4. Kanalizacja ciśnieniowa

System kanalizacji ciśnieniowej stosowany jest najczęściej do przepompowywania ścieków bytowo-gospodarczych powstałych w zabudowie mieszkalnej i usługowej z terenów niżej położonych na poziom wyższy.

Wymagania ogólne dotyczące działania, projektowania, konserwacji i montażu wraz z weryfikacją i metodami badań systemów kanalizacji ciśnieniowej odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze z wyłączeniem wód deszczowych poza budynki, zawarte są w normie PN-EN [1671] i [1293].

Pompa (jedna lub kilka) wytwarzająca ciśnienie zainstalowana jest w studzience podłączeniowej, do której ścieki wpływają grawitacyjnie. Do pompy tej podłączony jest przewód ciśnieniowy dochodzący do wyżej położonego odbiornika, w którym panuje ciśnienie atmosferyczne, może to być np. włazowa studzienka kanalizacyjna, przewód kanalizacji grawitacyjnej lub zbiornik w oczyszczalni ścieków.

Studzienka podłączeniowa może obsługiwać jeden lub grupę budynków i zależnie od lokalnych przepisów uwzględniających stopień ryzyka może być zlokalizowana wewnątrz lub poza budynkiem. Studzienki umieszczone poza budynkami powinny być wodoszczelne, nie przeciekające, zabezpieczone przed napływem wód deszczowych. Dno zbiornika powinno być tak zaprojektowane, ażeby było samoczyszczące w celu zminimalizowania ryzyka sedymentacji ścieków i pracy przy małych objętościach tak, ażeby zmniejszyć czas retencji.

Zespoły pompowe powinny być zaopatrzone w rozdrabniacze oraz wyposażone w urządzenia sterujące i alarmujące w przypadku wadliwego działania. Najczęściej stosowane są pompy zatapialne, które mogą również współpracować z układami sprężonego powietrza podłączone w miejscach strategicznych w celu wspomagania przepływu ścieków poprzez napowietrzanie systemu przewodów.

Systemy kanalizacji ciśnieniowej różnią się tym od systemów kanalizacji grawitacyjnej, że zamiast układów przewodów kanalizacyjnych otwartych z wieloma studzienkami dopływowymi są to układy zamknięte, pracujące okresowo, mogące stanowić alternatywę dla systemu grawitacyjnego w sytuacji, gdy występuje jeden lub więcej czynników uzasadniających to rozwiązanie, które jest znacznie droższe w eksploatacji lecz znacznie tańsze inwestycyjnie.

Do takich czynników można zaliczyć:

- topografię terenu z małymi spadkami, gdzie wymagane jest zdecydowane zagłębienie przewodów;
- wysoki poziom wód gruntowych konieczny do obniżenia w czasie układania przewodów grawitacyjnych;
- mała gęstość zaludnienia lub okresowy dopływ ścieków np. na terenach rekreacyjnych eksploatowanych sezonowo;
- występowanie gruntów słabonośnych wymagających specjalnego zabezpieczenia w celu stabilizacji przewodów;
- wysokie wymagania ochrony środowiska nie zezwalające na wykonywanie głębokich wykopów z odwodnieniem;
- znaczne koszty naprawy jezdni lub inne wydatki wynikające z konieczności budowy i napraw studzienek włazowych;
- występowanie zabudowy usługowej na terenach z obciążona już kanalizacją grawitacyjną, wytwarzającej dodatkowo znaczne ilości ścieków.

Przy planowaniu i projektowaniu układów pompowych należy brać pod uwagę:
- całkowite koszty wykonania kanalizacji grawitacyjnej i kanalizacji ciśnieniowej;
- zużycie energii w rozpatrywanym czasie eksploatacji;
- wymagania dotyczące nadzoru użytkownika i eksploatacji;
- ryzyko konsekwencji w przypadku awarii;
- ochrona zdrowia i bezpieczeństwo użytkowników i obsługi;
- oddziaływanie na środowisko;
- właściwości ścieków, które mogą by agresywne na przewody i środowisko oraz mogą zawiera składniki stałe ulęgające sedymentacji lub stwarzać możliwość wybuchów.

Siec przewodów może tworzyć układy przewodów rozgałęzionych lub może by to jeden przewód tłoczący. Przewody ciśnieniowe mogą być układane zgodnie z ukształtowaniem terenu na głębokościach poniżej linii przemarzania przewodów. W punktach wysokich rzędnych przewody powinny być zaopatrzone w urządzenie odpowietrzająco-napowietrzające. Należy jednak pamiętać, że mogą wystąpić w tych miejscach nieprzyjemne zapachy. Przewody ciśnieniowe powinny być przewidziane na ciśnienie robocze co najmniej 600 kPA [6 bar].

W celu samooczyszczenia przewodów powinna występować, co najmniej raz na dobę, minimalna prędkość przepływu 0,7 m/s (podobnie jak w kanalizacji grawitacyjnej) ze względu na możliwość sedymentacji i osadzanie się części stałych. W przypadku ścieków w postaci naturalnej oraz, jeżeli są stosowane pompy z rozdrobnieniem, można również przyjąć minimalną prędkość 0,6 m/s pod warunkiem, że występuje taka prędkość dwa razy na dobę. Preferuje się jednak projektowanie przewodów tłocznych ze względów na bezpieczeństwo samooczyszczania przewodów na poziomie 0,9 m/s lecz takie podwyższanie prędkości przepływu związane jest z wyższymi stratami ciśnienia i koniecznością instalacji pomp o wyższym stopniu podnoszenia ścieków.

Maksymalny czas retencji związany z ograniczeniem powstawania siarkowodoru (H2S) na drodze beztlenowej z przetrzymywanych ścieków nie powinien być dłuższy od 8 godz. Niezbędna pojemność rezerwowa studzienek podłączeniowych ze względu np. zaniku zasilania energetycznego, powinna wynosić co najmniej 25% przepływu dobowego i powinna znajdować się powyżej normalnego poziomu załączania pomp.

Dobór wielkości średnic przewodów tłoczonych zależy od wielkości przepływu i odległości, na które trzeba transportować ścieki. Przepływ zależy od wydajności i częstotliwości pracy każdej pompy, liczby pomp pracujących jednocześnie oraz dopływu ścieków do studzienek podłączeniowych. Dla zapewnienia założonej prędkości przepływu wewnątrz przewodu przy zadanej statycznej różnicy wysokości ciśnień (h_st) wymagane jest uzyskanie wysokości podnoszenia (H_c) pompy pomiędzy początkiem i końcem przewodu oraz pokonanie wysokości strat ciśnienia (h₂) wywołanej oporami liniowymi i oporami miejscowymi.

H_c=h_st + h_s               [m]               (11)

Przy założeniu minimalnej szybkości przepływu (0,7-0,9 m/s) należy dobrać odpowiednią pompę. Następnie należy, wykorzystując charakterystykę pracy pompy, upewnić się co do jej wydajności i prędkości przepływu. Przewody ciśnieniowe powinny mieć średnicę wewnętrzną równą lub większą od średnicy wylotu pompy. Nie może występować zmniejszenie średnic zgodnie z kierunkiem przepływu ścieków. Należy również zapewnić zabezpieczenie przed występowaniem przepływu wstecznego przy wyłączonej pompie.

Zasady układania przewodów kanalizacji ciśnieniowej są podobne jak dla przewodów wodociągowych. Głębokość ułożenia przewodów zależna jest od strefy klimatycznej, powiększona o 0,4m poniżej strefy przemarzania gruntu. Należy unikać gwałtownych zmian kierunku prowadzenia przewodów (nie stosować kolan o małym promieniu lecz gięte z rur łuki), ażeby nie powodować powstawania zatorów. Przy zmianie kierunku przy przewodach z PVC-U łączonych kielichowo na uszczelki gumowe, należy stosować betonowe bloki oporowe lub cięgna na połączeniach kielichowych uniemożliwiających wysuwanie się bosego końca rury z kielicha.

Wymagania dotyczące elementów rurociągów i systemu dla rur do kanalizacji ciśnieniowej z PVC-U układanej pod ziemią i nad ziemią zawarte są w normie PN-EN [1456]. W załączniku do tej normy podane są również wytyczne wykonania montażu. Badania odbiorcze - próby ciśnieniowe przeprowadza się podobnie jak dla przewodów wodociągowych.

Na dolnym końcu przy pompie przewodu tłoczonego powinno być wykonane podejście dla możliwości płukania awaryjnego przewodu wodą w czasie powstania zatoru, co należy uznać jako wyjątkową awarię. Nie wolno jednak do tego podejścia podłączać na stałe systemu wody do picia.