Rozwój przemysłu, rosnący poziom urbanizacji i nieracjonalny konsumpcjonizm prowadzi do degradacji środowiska. Każdego dnia stosowana jest ogromna ilości takich produktów, jak m.in. kosmetyki, detergenty, leki, farby, środki ochrony roślin, oleje i paliwa, które stanowią mieszaniny różnorodnych związków chemicznych. Są one wykorzystywane zarówno przez konsumentów w gospodarstwach domowych, ale również na większą skalę w działalności usługowej, przemysłowej czy też rolniczej. Prowadzi to do wzrostu ilości wytwarzanych ścieków o coraz bardziej złożonym składzie chemicznym i biologicznym. Nieustannie generowane ścieki powinny być zbierane i transportowane w systemach kanalizacyjnych do oczyszczalni ścieków, aby chronić środowisko i organizmy żywe przed bezpośrednim wprowadzaniem nieoczyszczonych ścieków.

System kanalizacji chroni środowisko i ludzi – skala potrzeb

Systemowe rozwiązania w postaci sieci kanalizacyjnych i oczyszczalni ścieków umożliwiają właściwe zarządzanie ściekami oraz wodami opadowymi odprowadzanymi z gospodarstw domowych, terenów miejskich i usługowych, ośrodków przemysłowych oraz rolnictwa. Analizując dane Głównego Urzędu Statystycznego dotyczące infrastruktury komunalnej w latach 2005-2018, można zauważyć ok. 99% wzrost długości sieci kanalizacyjnej w Polsce. W 2018 r. sieć kanalizacyjna osiągnęła długość 160,7 tys. km, a liczba przyłączy do budynków mieszkalnych wynosiła 3,4 mln. Jednak w latach 2005-2018 największy przyrost długości sieci o ok. 153% zaobserwowano na terenach wiejskich. W miastach do sieci kanalizacyjnej podłączonych jest ok. 75% budynków mieszkalnych, a na obszarach wiejskich niespełna 36%. Skalę problemu gospodarki ściekami obrazuje również ilość ścieków odprowadzonych z gospodarstw domowych, która w 2018 r. wyniosła 969,5 hm3 (miasta: 845,5 hm3, obszar wiejski: 124 hm3) i wzrosła w porównaniu z 2017 r. o 15 hm3 [1,2]. Na rys. 1 przedstawiono długość sieci kanalizacyjnej i ilość ścieków odprowadzanych z gospodarstw domowych w 2017 roku, uwzględniając podział na województwa. Województwa mazowieckie, śląskie, wielkopolskie, podkarpackie i małopolskie dysponują najbardziej rozbudowanymi sieciami kanalizacyjnymi w skali kraju. Natomiast na terenie woj. mazowieckiego, śląskiego oraz wielkopolskiego z gospodarstw domowych odprowadzana jest największa ilość ścieków w skali kraju [3].

Przytoczone dane statystyczne pozwalają stwierdzić, że istnieje konieczność stosowania odpowiednich rozwiązań logistycznych umożliwiających efektywne odbieranie i gromadzenie ścieków, a następnie ich transport do oczyszczalni w celu usunięcia zanieczyszczeń. Zapewnienie właściwego przebiegu wspomnianego procesu logistycznego jest możliwe poprzez wybór odpowiedniego typu systemu kanalizacyjnego składającego się ze współpracujących urządzeń. Projektowanie systemu kanalizacyjnego na danym obszarze jest zależne od takich czynników, jak m.in. ukształtowanie terenu, skład gleby, poziom wód gruntowych, wielkość kanalizowanego obszaru, gęstość zaludnienia. Ze względu na warunki działania, wyróżnia się następujące typy systemów kanalizacyjnych:

•    konwencjonalne (grawitacyjne, grawitacyjno-pompowe) z samoistnym przepływem ścieków na skutek działania siły grawitacji;

•    specjalne z wymuszonym przepływem ścieków: nadciśnieniowe (poprzez wtłaczanie za pomocą pompy do przewodów ciśnieniowych), podciśnieniowe (zasysanie pompą próżniową) [4,5].

Rozwiązania konwencjonalne są najczęściej stosowanymi sposobami zbierania i transportu ścieków na terenie Polski. Ich zastosowanie zapewnia niską awaryjność i niskie koszty eksploatacji. Jednak systemy tego typu mają ograniczenia w postaci m.in. konieczności zapewnienia co najmniej 1% spadku przewodów o dużych średnicach, możliwości wystąpienia utrudnień wykonania sieci wynikających z ukształtowania terenu oraz niskiej szczelności sieci [5]. Natomiast wykonanie kanalizacji z wymuszonym przepływem ścieków jest mniej kosztowne w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami (m.in. mniejsze średnice przewodów, brak wymogu 1% spadku przewodów) oraz zapewnia większe bezpieczeństwo dzięki szczelności układów. Jednak urządzenia odpowiedzialne za funkcjonowanie tego typu systemów wymagają ciągłego zasilania energią elektryczną oraz mogą ulegać awariom wymagającym specjalistycznej obsługi serwisowej. Również obszar objęty sieciami niekonwencjonalnymi jest stosunkowo niewielki (np. osiedle mieszkaniowe, dzielnica) o niskim stopniu zaludnienia bądź wykorzystywany tylko sezonowo [5-7].

Wrażliwe punkty systemów kanalizacyjnych – emisja odorów

Dostępne sposoby zarządzania ściekami mają na celu zapewnienie kontrolowanego zbierania i transportu ścieków oraz ich oczyszczania. Wspomniane rozwiązania systemowe umożliwiają ograniczenie degradacji środowiska ze względu na zmniejszenie niekontrolowanej emisji substancji toksycznych i czynników biologicznych, które mogą trafić do poszczególnych ekosystemów wraz z nieoczyszczonymi ściekami. Jednak poszczególne rozwiązania wymagają wyposażenia systemów kanalizacyjnych w kilometry rurociągów: grawitacyjnych lub ciśnieniowych (podłączeniowych, zbiorczych, tranzytowych, podciśnieniowych) wraz z elementami wspomagającymi: pompy ściekowe i próżniowe, przepompownie ścieków (pośrednie i strefowe pompownie oraz tłocznie), studzienki zbiorcze, zawory odpowietrzająco-napowietrzające, zbiorniki podciśnieniowe gromadzące ścieki; a także wylotami urządzeń do wprowadzania ścieków do wód lub gleby, urządzeniami podczyszczającymi i instalacjami oczyszczającymi ścieki [5,8]. Rozbudowane instalacje kanalizacyjne skutkują długim czasem przetrzymywania ścieków w warunkach ograniczonego dostępu tlenu, co prowadzi do występowania problemów eksploatacyjnych, przekładających się na zwiększoną odorowość systemów uciążliwą dla okolicznych mieszkańców. W przepompowniach przy stosowaniu tzw. technologii mokrej ścieki stale zalegają. Prowadzi to do sedymentacji cząstek stałych i namulania, a w konsekwencji zagniwania i uwalniania związków odorowych (m.in. siarkowodoru). Okresowe usuwanie naniesionej materii z komory przepompowni jest najczęściej stosowanym rozwiązaniem, by ograniczyć uciążliwość odorową. Wykorzystanie technologii tłoczni (przepompowni typu suchego) obejmuje podczyszczenie ścieków (odseparowanie skratek), a następnie ich skierowanie do zbiornika retencyjnego. W tym rozwiązaniu stosowanie wkładów filtracyjnych w kominku wentylacyjnym przepompowni ogranicza emisję odorów [9]. Jednak stosowanie tłoczni jest zasadne w przedziale pompowania od 2 do 800 m³/h (warunki miejskie). Natomiast mniejsze ilości pompowanych ścieków na terenach wiejskich (do 20 m³/h) wymagają wykorzystania przepompowni typu mokrego. W przypadku tłoczni może wystąpić przewymiarowanie układu tłocznego, co doprowadziłoby do wystąpienia problemu zagniwania ścieków i emisji odorów [10].

Przewody tłoczne powinny stanowić hermetyczną część systemu kanalizacyjnego i nie powinny oddziaływać na środowisko. Ilości gazów wydobywających się z zaworów odpowietrzająco-napowietrzających również nie stanowią źródła uciążliwego zapachu dla okolicznych mieszkańców. Jednak ze względu na transport ścieków w przewodach tłocznych na duże odległości, może dochodzić w nich do procesów zagniwania w warunkach beztlenowych. Dodatkowo objętości napływających ścieków do przepompowni oraz ich czas transportu do studzienki rozprężnej wpływa na zwiększone zagniwanie w przewodzie tłocznym. Jeśli ścieki dotrą po kilku dniach do studzienki rozprężnej, to wspomniany proces jest na tyle zaawansowany, że stężenie siarkowodoru przekracza kilkunastokrotnie dopuszczalne normy i stwarza zagrożenie dla zdrowia i życia pracowników instalacji oraz okolicznych mieszkańców. Procesy beztlenowe w systemach kanalizacyjnych i związana z tym emisja odorów mogą być ograniczone poprzez dozowanie do ścieków odpowiednich preparatów, m.in. na bazie żelaza (możliwość korozji układu), saletry amonowej (powoduje spadek ładunku zanieczyszczeń, co może negatywnie wpływać na działanie oczyszczalni ścieków). Jednym z rozwiązań jest również wprowadzenie pneumatycznego transportu ścieków z możliwością przetłaczania oraz przedmuchu, co wymaga znacznych kosztów inwestycyjnych. Kolejnymi elementami w systemie kanalizacyjnym, które mogą stanowić źródło emisji uciążliwych związków, są studzienki rozprężne. Stosowane rozwiązania zaradcze (m.in biofiltry) usuwają jedynie miejscowo do 50 ppm siarkowodoru, którego stężenia mogą osiągać poziom nawet 120 ppm. Prowadzenie sprawnego systemu kanalizacyjnego nieuciążliwego i bezpiecznego dla okolicznych mieszkańców i pracowników wymaga odpowiednich inwestycji w infrastrukturę sieci oraz doświadczenia osób odpowiedzialnych za dane obiekty [9].

Emisja substancji uciążliwych dotyczy również procesów technologicznych wykorzystywanych w czasie oczyszczania ścieków, a zwłaszcza przy przetwarzaniu osadów ściekowych [11]. Biologiczne i chemiczne procesy na poszczególnych etapach oczyszczania ścieków zmniejszają ilość zanieczyszczeń, w tym substancji zapachowych. Jednak niewłaściwa eksploatacja urządzeń oraz powstawanie warunków beztlenowych na etapie mechanicznego oczyszczania ścieków może skutkować zwiększoną emisją substancji odorowych. Przetwarzanie osadów ściekowych stanowi znaczące źródło odorantów w oczyszczalniach, których uciążliwość jest zależna od zastosowanych technologii i urządzeń (otwarte, zamknięte). W procesie zagęszczania, stabilizacji i usuwania wody z osadów, zagniwania w warunkach beztlenowych lub niewłaściwego czyszczenia urządzeń może dochodzić do znacznej emisji odorów [12,13]. Na rynku dostępnych jest wiele metod dezodoryzacji powstających aerozoli, m.in. metody biologiczne, metody absorpcyjne i adsorpcyjne, procesy spalania katalitycznego, neutralizacja/maskowanie [14].

Omawiając funkcjonowanie systemów kanalizacyjnych na terenach o intensywnej zabudowie mieszkaniowej, usługowej i przemysłowej należy wspomnieć o zaburzonym obiegu wody, w szczególności wód opadowych. Jest to spowodowane dużym udziałem uszczelnionych powierzchni, z których wody opadowe muszą być odprowadzane do kanalizacji w celu przeciwdziałania podtopieniom, a tym samym bezpowrotnie tracone z przestrzeni miejskiej (średnio aż 70%), zwiększając ilości ścieków kierowanych do oczyszczani. W celu ograniczenia tego problemu wprowadzana jest infrastruktura retencji wód opadowych w formie odpowiednio zaprojektowanych parków, ogrodów deszczowych, zbiorników retencyjnych, zrewitalizowanych cieków wodnych i przydrożnych rowów. Te rozwiązania pozwalają na zrównoważoną gospodarkę wodami opadowymi oraz odciążenie funkcjonujących systemów kanalizacji na terenie intensywnej zabudowy. Takie podejście w zarządzaniu wodami stanowi przeciwdziałanie również stratom ekonomicznym, obniżeniu komfortu bądź zagrożeniu życia i zdrowia mieszkańców (m.in. infiltracja wód opadowych, ograniczenie podtopień, przeciwdziałanie powstawania wysp ciepła, zwiększenia bioróżnorodności, poprawa estetyki obszarów zabudowy) [15,16].

Cały artykuł opublikowany został w nr 3/2019 magazynu Kierunek Wod-Kan.