Zawory odpowietrzająco-napowietrzające

Zawory odpowietrzająco-napowietrzające do ścieków generują 3 zasadnicze problemy, które nie tylko utrudniają projektowanie instalacji oraz jej konserwację i eksploatację, ale również mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia czy życia ludzkiego. Głównymi problemami napotykanymi podczas stosowania zaworów napowietrzająco-odpowietrzających są:

problem natury BHP – zagrożenie siarkowodorem,
problem lokalizacyjny – przeszkoda na terenach rolniczych i leśnych,
problem eksploatacyjny – częste czyszczenie zaworu odpowietrzająco-napowietrzającego.

1. Problem natury BHP

Każda studnia i komora stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzkiego, gdyż może gromadzić wszelkie zanieczyszczenia gazowe cięższe od powietrza. Umieszczenie w studni zaworu odpowietrzająco-napowietrzającego jest źródłem szczególnego zagrożenia zarówno na rurociągach tłocznych kanalizacji sanitarnej, jak i wodociągach (odnotowane wypadki śmiertelne).

Gazy wydobywające się z zaworów odpowietrzająco-napowietrzających muszą być bezwzględnie usuwane na zewnątrz obiektów, w których są zlokalizowane. Gaz w trakcie procesu odpowietrzania winien być ujmowany z króćca wydechowego zaworu, przewodem rurowym odpornym na korozję i odprowadzany do specjalnej studzienki lub innego zewnętrznego urządzenia rozprężnego.

Sam obiekt z zaworem odpowietrzająco-napowietrzającym musi posiadać wentylację grawitacyjną, co jednak nie zwalnia od zachowania szczególnej ostrożności, jak przy wchodzeniu do studzienek kanalizacyjnych. Oznacza to, że do komór wchodzić mogą pracownicy przeszkoleni, w zabezpieczeniu. Zanim wejdą, włazy są uchylane dla tzw. przewietrzenia, a specjalnymi czujnikami należy sprawdzić, czy wejście jest bezpieczne.

Zasadnicze regulacje prawne w tym zakresie to:

Rozdział 6 Dział IV „Prace szczególnie niebezpieczne” – p. C. „Prace w zbiornikach, kanałach, wnętrzach urządzeń technicznych i w innych niebezpiecznych przestrzeniach zamkniętych” rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (tekst jedn.: Dz.U. z 2003 r. nr 169, poz. 1650 ze zm.);
§ 16 ust. 5, § 41 ust. 4. rozporządzenia Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z 1 października 1993 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy w oczyszczalniach ścieków(Dz.U. nr 96, poz. 438).

Przytoczone przepisy mówią, że studzienki/komory kanalizacyjne służą do okazjonalnego zejścia pracownika przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjnego do tego rodzaju przestrzeni zamkniętych na sieciach, natomiast dla prawidłowego działania zaworów odpowietrzająco-napowietrzających okazjonalne serwisowanie jest zdecydowanie niewystarczające.Jak z powyższego wynika, najlepszym rozwiązaniem jest unikanie instalacji odpowietrzników we wszelkich kubaturach, nawet tylko potencjalnie dostępnych dla pracowników zakładów wodnokanalizacyjnych. Problem ten został dostrzeżony przez producentów armatury.

Od kilku lat dostępne są na rynku zawory odpowietrzająco-napowietrzające do aplikacji dla ścieków w wersji doziemnej o różnych konstrukcjach. Obecnie wersja zaworu w komorze i wersja doziemna funkcjonują jako rozwiązania równoważne, lecz zasady bezpieczeństwa, koszty przewodu tłocznego z zaworami odpowietrzająco-napowietrzającymi na użytkach rolnych lub przyleśnych pasach instalacji i funkcjonalność wskazują jednoznacznie na przewagę wersji doziemnej zaworów odpowietrzająco-napowietrzających.

2. Problem lokalizacyjny

Obecnie częstym problemem w pracach projektowych jest lokalizacja przewodu tłocznego z zaworami odpowietrzająco-napowietrzającymi na użytkach rolnych lub przyleśnych pasach przeciwpożarowych. Właściciele terenów rolnych nie godzą się na lokalizację jakichkolwiek urządzeń w warstwie uprawnej z uwagi na obawę uszkodzenia maszyn rolniczych, nierzadko o znacznych gabarytach, co ogranicza pole obserwacji, a duże promienie skrętu maszyn powodują, że każda przeszkoda uniemożliwia uprawę znacznej powierzchni terenu, stanowiąc ewidentną stratę dla rolnika.

W przypadku pasów przeciwpożarowych występuje konieczność ich utrzymania w stanie zapewniającym użyteczność przez cały rok, bez martwych drzew, leżących gałęzi i nieokrzesanych ściętych lub powalonych drzew oraz podszytu gatunków iglastych. Wymienione prace wykonuje się też z reguły sprzętem mechanicznym.

Brak możliwości umieszczenia odpowietrznika w optymalnym punkcie profilu rurociągu tłocznego zmusza projektanta do uwzględnienia tego faktu i odpowiedniego zwiększenia wysokości podnoszenia pomp dla zwalczenia dodatkowego oporu korka powietrznego. W warunkach rzeczywistego dynamicznego przepływu oznacza to, że do geometrycznej wysokości podnoszenia pompy należy dodać wysokość odcinka przewodu, który może wypełnić się pęcherzem powietrza, położonego za teoretyczną lokalizacją odpowietrznika (tego, którego nie pozwolono nam zlokalizować w terenie, zgodnie ze sztuką inżynierską). Wysokość pęcherza powietrza można w przybliżeniu obliczyć, jeżeli przeanalizujemy cały rurociąg tłoczny, jego wielkość zależy bowiem od wysokości przeciwciśnienia za „korkiem”.

Należy rozważyć jednak, czy nie powiększyć wysokości geometrycznej Hg o całą wysokość odcinka wrażliwego na zapowietrzenie. Dokładność obliczeń w tym wypadku jest raczej niewskazana. Wyjaśnienie zjawiska zapowietrzenia rurociągu bez odpowietrznika jest następujące:

na odcinkach przewodów wznoszących się – pęcherze powietrza są porywane zgodnie z kierunkiem przepływu i dlatego nie stawiają oporów,
na odcinkach przewodów opadających – lekkie pęcherze powietrza mają zwrot przeciwny do kierunku przepływu cieczy z uwagi na znaczną różnicę ciężarów objętościowych (gęstość powietrza – 1,293 kg/m³, gęstość ścieków ~1030 kg/m³).

3. Problem eksploatacyjny

Odpowietrzniki lub zawory odpowietrzająco-napowietrzające zlokalizowane są w najwyższych punktach rurociągów tłocznych lub lokalnych przewyższeniach, co sprzyja zaklejaniu tłuszczem ich króćców przyłączeniowych. Hydrofobowe tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie, lecz się na niej unoszą, w związku z powyższym w trakcie postoju pomp cząsteczki tłuszczu mają szczególnie sprzyjające warunki, by przemieszczać się w kierunku lokalizacji zaworów odpowietrzająco-napowietrzających. Tłuszcze w połączeniu ze skrobią i zanieczyszczeniami mineralnymi zawartymi w ściekach tworzą kłopotliwe do usunięcia czopy wypełniające pionowy króciec między trójnikiem i zaworem na przewodzie tłocznym.

Producenci zaworów odpowietrzająco-napowietrzających podają w DTR, że zawory te należy czyścić co najmniej raz do roku lub całkiem nieprecyzyjnie „w zależności od lokalnych uwarunkowań i doświadczeń eksploatacyjnych”. W tłumaczeniu na język zrozumiały dla każdego: „Jeżeli odpowietrznik nie działa, to znaczy, że go źle eksploatowałeś”. Niestety jest to prawda. Zawory odpowietrzająco-napowietrzające to rodzaj armatury wymagający szczególnej troski eksploatatora.

Przy dużych podnoszeniach pomp zdarza się, że po stosunkowo krótkim czasie eksploatacji pojawiają się problemy z uruchamianiem pomp, co sugeruje złą jakość pomp. Jeżeli dotyczy to zastosowanych pomp rozdrabniających, współpracujących z rurociągiem tłocznym, wytłumaczenie nasuwa się jednoznaczne. Otóż niekoniecznie – przyczyną mogą być właśnie unieruchomione odpowietrzniki, a „wyśrubowany” układ tłoczny nie pozwala na przepchnięcie tworzących się korków powietrznych.

Niestety do tej pory nie wyprodukowano zaworów odpowietrzająco-napowietrzających do ścieków odpornych na działanie zanieczyszczeń tłuszczowych. Wyjściem jest separacja tłuszczu ze ścieków przed ich pompowaniem, co jest raczej trudne do realizacji i wielce kłopotliwe, lub zmiana sposobu pompowania ścieków na taki, który nie wymaga stosowania odpowietrzników. Odpowiednią propozycją w tym zakresie są systemy pneumatyczne, gdzie zawory odpowietrzająco-napowietrzające są całkowicie zbędnym elementem instalacji.