Co trzeba wiedzieć o ściekach w domu jednorodzinnym?

Gdzie płyną ścieki?

Od niepamiętnych czasów ludzkości towarzyszy woda, nie możemy się bez niej obejść, ani nie możemy jej niczym zastąpić. Woda była, jest i będzie naszym dobrem. Ponieważ woda nieustannie cyrkuluje w naszym środowisku, musimy zadbać, aby taka jaką pobieramy ze źródeł takich jak studnie, rzeki lub jeziora, po zużyciu trafiała ponownie do obiegu, w postaci jak najbardziej zbliżonej do stanu w jakim chcielibyśmy ją znowu pozyskać.

Zużywana przez nas woda przekształca się w ścieki bytowo-gospodarcze, pochodzące z toalet, pryszniców, pralek, umywalek, itp. lub przemysłowe, pochodzące z zakładów produkcyjnych, usługowych i różnego rodzaju przetwórstwa, np.: myjni samochodowych, masarni, cukrowni, papierni etc. W takiej postaci ścieki nie mogą trafiać do środowiska, ponieważ spowodowałyby skażenie i zagrażały naszemu ekosystemowi. W związku z tym, są one pośrednio lub bezpośrednio kierowane do oczyszczalni ścieków, gdzie poddane odpowiednim procesom mechaniczno-fizyczno-chemicznym, osiągają poziom oczyszczenia umożliwiający bezpieczne odprowadzenie do cieków wodnych.

Czym jest proces zagniwania i ile trwa?

W ściekach, które są mieszaniną wody z innymi płynami i zawiesinami cały czas zachodzą procesy przemiany, tworzenia się różnych związków lotnych, płynnych i stałych. Wiele z nich jest groźnych dla ludzi i zwierząt, a także dla elementów infrastruktury (pompy, rurociągi, zbiorniki, etc.).

Przyjmuje się, że dla ścieków bytowo-gospodarczych proces zagniwania rozpoczyna się już po ok. 3-4 godzinach. Zaczynają się wtedy wydzielać gazy, takie jak metan i siarkowodór, które mają działanie toksyczne dla ludzi i zwierząt oraz destrukcyjne dla materiałów takich jak:

• beton,
• guma
• wiele gatunków metali.

Wyłączając bezodpływowe szamba, w których zagniwanie jest procesem nieuniknionym, w systemach grawitacyjnych i ciśnieniowych odprowadzania ścieków do oczyszczalni przykłada się dużą wagę do kompromisu pomiędzy najkrótszym czasem transportu ścieków, a możliwościami infrastrukturalno-ekonomicznymi (długości, średnice i kształty rurociągów, moce, rodzaje i ilości pomp, nierównomierność napływu, etc.).

Pompa do ścieków Dambat WQF 250 fot. Dambat 

Średnice typowych rurociągów

Odprowadzenie ścieków z poszczególnych sanitariatów w domu odbywa się różnymi średnicami rurociągów. Dla przykładu, typowy odpływ z umywalki jest rurą o średnicy Ø40mm, z wanny czy brodzika Ø50mm, a z muszli sedesowej Ø110mm. Standardem jest odpływ grawitacyjny z domu jednorodzinnego rurą PVC160, niezależnie czy mamy do czynienia z szambem, odpływem grawitacyjnym, czy przepompownią. W kanalizacji ciśnieniowej (przydomowej) najczęściej spotykanymi nominalnymi średnicami rurociągów są DN40, DN50, DN65 i DN80. Większe średnice stosowane są już raczej w sieciach obejmujących duże ilości użytkowników.

Skąd taki wybór i jakie są kryteria wyboru rurociągu tłocznego? Na średnicę rurociągu składa się wiele parametrów takich jak: rodzaj ścieków (bytowe lub przemysłowe), ich ilość (powiązana zazwyczaj z ilością użytkowników tzw. RLM*-ów), różnica poziomów pomiędzy lustrem medium w przepompowni a odbiornikiem (ukształtowanie terenu) oraz odległość od odbiornika wymuszająca długość rurociągu tłoczenia, który nie zawsze może iść najkrótszą drogą.

^*RLM - Relatywna liczba Mieszkańców. 1RLM to odpowiednik jednego użytkownika, czyli według normy 150 l/dobę.

Objętość rurociągu

Ciśnieniowy rurociąg tłoczny to najczęściej wykonana z polietylenu rura o długości L metrów i średnicy Ø_. Na potrzeby obliczeń zakładamy, że jest to idealny walec, o znanej objętości. I tak dla porównania w 100m rurociągu:

• DN50 rura PE63x3,8 o Ø_wew= 55,4mm mamy pojemność 241 litrów,
• DN65 rura PE75x4,5 o Ø_wew = 66mm mamy pojemność 342 litry,
• DN80 rura PE90x5,4 o Ø_wew = 79,2mm mamy pojemność 492 litry.

Wniosek jest taki, że im węższy rurociąg tym szybciej transportowane są ścieki, ale również ryzyko jego zatkania się jest większe.

Pompa do ścieków Dambat WQF 1100 fot. Dambat 

Prędkość unoszenia

Ścieki pochodzenia domowego niosą ze sobą dużą ilość zawiesiny w postaci:

• piasku,
• żwiru,
• odpadków kuchennych,
• środków czyszczących,
• tłuszczu itp.

Duża część z nich wytrąca się w stojącej lub wolno płynącej cieczy powodując powstawanie kłopotliwych osadów, które mogą powodować zwężanie przekroju rurociągu, a z czasem jego zatkanie. Zapobiegać temu należy poprzez utrzymywanie w rurociągu odpowiedniej prędkości przepływu, zwanej prędkością unoszenia lub samooczyszczania rurociągu. Jest ona określona jako ~0,81 – 1m/s dla drobnoziarnistego piasku.

Przy tej prędkości zawiesiny zostają porwane przez strumień i nie tylko płyną, ale również szlifują powstałe wcześniej w rurociągu osady. Jednak znaczne przekroczenie tej prędkości np. powyżej 3m/s powoduje nadmierne wycieranie elementów infrastruktury i przy długotrwałym przepływie ich destrukcję. Dlatego zawsze należy poddać wnikliwej analizie przewidywane prędkości i czas przepływu.

Jak długo płyną ścieki?

Teoretycznie, dla gospodarstwa domowego równoważnego 4RLM tj. produkcji ścieków odpowiadającej czterem przeciętnym osobom mamy do czynienia z produkcją 600 litrów ścieków na dobę. Pomijając godziny aktywności użytkowników i rozkład nierównomiernego spływania ścieków oraz pojemności zbiornika przepompowni, całkowita objętość ścieków zajmuje w rurociągu długość od 250 metrów dla DN50 do 122 metrów dla DN80. To oznacza, że przy rurociągach o wspomnianej długości czas przebywania w nim ścieków wyniesie ponad 24 godziny i będzie wiązało się z procesem intensywnego zagniwania, powstawania nieprzyjemnych odorów i wydzielania się toksycznych gazów. Żeby temu zapobiegać, projektuje się systemy pompowe tak, aby jak najczęściej opróżniać zbiornik przepompowni jak najniższym kosztem.

Ideałem byłoby utrzymywać stały przepływ ścieków z prędkością ok. 1m/s, dzięki któremu ścieki trafiałyby do oczyszczalni odległej o wiele kilometrów zaledwie w ciągu kilku godzin. Niestety nie jest to ekonomicznie uzasadnione w przypadku małych napływów. Konstrukcja pomp determinuje minimalną wielkość retencji w zbiorniku przepompowni i jest dobierana tak, aby regularnie i możliwie najbardziej ekonomicznie go opróżniać. Ścieki przesuwają się w rurociągu porcjami po np. 50 lub 80 litrów co przekłada się na krótkie odcinki przetłaczania. Dodatkowo staramy się zachować prędkość unoszenia, o której wcześniej wspomniałem.

Jakie pompy zastosować?

Dobór odpowiednich pomp musi być zawsze skorelowany z parametrami rurociągu, pojemnością przepompowni i ilością napływających ścieków. Pompy o zbyt małej wydajności nie zapewnią odpowiedniej prędkości, a zbyt duży przekrój rurociągu spowoduje długi czas transportu ścieków. Pompy o zbyt dużej wydajności w stosunku do możliwości przepływu przez rurociąg spowodują niepotrzebne opory i straty energii.

Za duży zbiornik przepompowni lub niewłaściwe dobrane sterowanie spowoduje długi czas oczekiwania na załączenie pomp i szybki proces zagniwania w zbiorniku. Trzeba pamiętać, że nawet drogie i doskonałe jakościowo pompy najlepszych producentów, dobrane niewłaściwie, będą fabryką strat i kosztów. Dlatego doborem i sprzedażą pomp powinni zajmować się specjaliści, posiadający odpowiednią wiedzę i przygotowanie techniczne do wykonywania obliczeń i określania parametrów pracy układu hydraulicznego.

mgr inż. Marcin Świątek
Kierownik działu pomp i przepompowni do ścieków PHU Dambat