Sieci kanalizacyjne są liniowymi obiektami operującymi poniżej poziomu terenu, stanowiącymi ważny element składowy infrastruktury miejskiej. Kolektory, przewody o największych przekrojach, przebiegają zgodnie z kierunkiem spadku podłużnego zlewni i wyznaczają główne osie transportu ścieków. Do nich podłączone są kanały główne, zlokalizowane z reguły w korpusie dróg publicznych. Wody bytowe z poszczególnych parceli odprowadzane są przez przykanaliki do kanałów głównych. Sieci kanalizacyjne o wyłącznie grawitacyjnym charakterze występują bardzo rzadko, gdyż zlewnie o korzystnym spadku podłużnym mają liczne lokalne zagłębienia i niecki. Te fragmenty sieci odwadniają lokalne stacje pomp transportujące ścieki za pomocą przewodów ciśnieniowych do najbliższego przewodu grawitacyjnego. W najniższym punkcie zlewni, w pobliżu cieku wodnego, umiejscowiona jest oczyszczalnia ścieków, jeżeli ciek wodny ma wystarczającą zdolność samooczyszczania. W przeciwnym przypadku sieć podłączona jest bezpośrednio lub pośrednio przez inną sieć do centralnej oczyszczalni ścieków.

Eksploatacja sieci kanalizacyjnej to duże wyzwanie organizacyjne obejmujące wiele dziedzin techniki i gospodarki. Ostatnie trzy dekady przyniosły istotny postęp w zakresie monitoringu i renowacji liniowych obiektów kanalizacyjnych. Przełomowe znaczenie miało wprowadzenie do praktyki eksploatacyjnej w latach 90. ubiegłego stulecia banków danych korespondujących z grafiką, które od kilku lat operują online.

Techniczne aspekty eksploatacji sieci kanalizacyjnej

Techniczna eksploatacja sieci kanalizacyjnej obejmuje trzy zasadnicze obszary działań: konserwację, renowację (odnowę) i rozbudowę. W czasach, kiedy europejskie sieci kanalizacyjne są dobrze rozbudowane, najważniejszymi komponentami eksploatacyjnymi są konserwacja i odnowa (rys. 1). Nad trzema filarami eksploatacyjnymi umieszczony jest bank danych mający kluczowe znaczenie w  utrzymaniu sieci. W celu stworzenia tego banku konieczne jest odpowiednie oprogramowanie i geodezyjny pomiar wszystkich studzienek rewizyjnych oraz odległości między nimi. Na uzyskany w  ten sposób schemat sieci nakłada się cyfrowy plan parceli wraz ze wszystkimi zabudowaniami. Modularną jednostką banku danych jest odcinek sieci (przewód między dwiema studzienkami rewizyjnymi), zawierający takie informacje, jak: materiał roboczy, średnicę, profil, spadek podłużny, długość i wszystkie dane eksploatacyjne. Istotnym elementem składowym banku danych jest inspekcja optyczna. Do każdego odcinka sieci można „podwiesić” protokół badań telewizyjnych wraz z odpowiednim filmem.

Nowoczesne oprogramowania inspekcji optycznej umożliwiają automatyczną klasyfikację stanu technicznego każdego odcinka w oparciu o standardowe kody uszkodzeń. Możliwość ta nie zwalnia jednak eksploatatora z  analizy i  ewentualnej korekty dokumentacji badań telewizyjnych. Tworzenie banku danych od podstaw jest przedsięwzięciem pracoi czasochłonnym, ale nie mniej czasochłonnym zadaniem jest jego aktualizacja. Dobrze rozbudowany bank danych to źródło informacji umożliwiających opracowywanie planów hydrodynamicznego oczyszczania, inspekcji optycznej, konserwacji, odnowy i  rozbudowy sieci kanalizacyjnej. Ekonomiczna eksploatacja dużego obiektu liniowego bez wsparcia banku danych jest aktualnie niemożliwa.

Konserwacja sieci kanalizacyjnej

Ważnymi komponentami konserwacji sieci kanalizacyjnej są: hydrodynamiczne czyszczenie i inspekcja optyczna. Zgodnie z wytycznymi niemieckiej organizacji DWA, sieć grawitacyjna powinna być czyszczona kompletnie przynajmniej raz w  roku. Jest to podyktowane aspektami higienicznymi i  eksploatacyjnymi. Emisja ścieków ulega zdecydowanej redukcji, co z kolei zwiększa tendencję do tworzenia się osadów. Czyszczenie przewodów przed wykonaniem inspekcji optycznej wymaga większej precyzji, umożliwiającej realniejszą diagnostykę stanu technicznego badanego obiektu. Wszystkie niezbędne urządzenia takie jak pompy, węże, dysze, zbiorniki wody, etc. zlokalizowane są na jednym pojeździe. Nowoczesne pojazdy tankują ścieki z kanału i oczyszczają je do tzw. wody szarej, będącej medium czyszczącym przewody kanalizacyjne. Zastosowanie tej techniki prowadzi do redukcji wód obcych obciążających sieć. Dysza jest urządzeniem aktywnie czyszczącym, które posiada różne formy i konstrukcje w zależności od średnicy, stanu zanieczyszczenia i materiału roboczego przewodu kanalizacyjnego.

Pojazdy nowszej generacji są wyposażone w system nawigacji GPS, lokalizujący studzienki rewizyjne oraz system SPS umożliwiający automatyczną dokumentację głównych parametrów czyszczenia, takich jak: ciśnienie na pompie, na dyszy i  czas trwania operacji. Czyszczenie sieci jest dobrą okazją do kontroli i dokumentacji stanu technicznego studzienek rewizyjnych. Cały ten pakiet informacji po wprowadzeniu do banku danych jest poddawany wnikliwej analizie umożliwiającej optymalizację następnych planów czyszczenia sieci. Roczne plany należy skoordynować z planami czyszczenia dla potrzeb inspekcji optycznej.

Tajemnicą fachowego czyszczenia hydrodynamicznego jest stosunek wartości ciśnienia na dyszy do wydatku strumienia wody. Jeżeli czyszczenie nie może być szczególnie intensywne, to należy zastosować większy wydatek strumienia wody, a mniejszą wartość ciśnienia na dyszy. Osiąga ono maksymalnie wartość 100-120 bar, co może doprowadzić do progresu istniejących i  powstania nowych uszkodzeń. Dlatego też specjaliści renowacyjni zalecają czyszczenie odcinków z  wbudowanymi rękawami przy zastosowaniu ciśnienia w zakresie 60-80 bar. Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że prawie 20% uszkodzeń, szczególnie rys w przewodach sztywnych, powstaje wskutek niefachowego czyszczenia. Jakość czyszczenia zależy w dużej mierze od doboru odpowiedniej dyszy z  uwagi na materiał roboczy, średnicę, profil i stopień zanieczyszczenia przewodu wyrażany w formie procentowej redukcji czynnego przekroju (np. 10%, 20% i 30%).

Eksploratorzy dużych sieci kanalizacyjnych opracowali w ramach procesu benchmarkingu specjalną wersję czyszczenia, zorientowaną na rzeczywiste potrzeby w  tym zakresie. Decydujące znaczenie w dyskusji na ten temat miał fakt, że wiele fragmentów sieci dysponuje dobrym spadkiem podłużnym i transportuje pokaźny wydatek ścieków bytowych. W związku z tym tworzenie się osadów jest w skali jednego roku mało prawdopodobne. Dlatego też przewody lub ich grupy wykazujące podobne charakterystyki mogą być czyszczone w cyklu dwu- lub nawet trzyletnim, prowadzącym do uzyskania pokaźnych efektów ekonomicznych.

Cały artykuł został opublikowany w nr 3/2020 magazynu Kierunek Wod-Kan