8.Jure Skripta Kanalizacija

Sveučilište u Splitu Fakultet građevinarstva, arhitekture i geodezije Sveučilište u Zagrebu Geotehnički fakultet, Varaždin

Prof. dr. Jure Margeta, dipl. ing. građ.

ODVODNJA NASELJA – autorizirana skripta –

Split/Varaždin, 2011.

Sadržaj

1.

Kanalizacija – osnove, tipovi i sheme ...............................................................1 Uvod .................................................................................................................................1 1.1 Kanalizacijske vode: podrijetlo, karakteristike i utjecaji na okoliš..........................5 1.2 Tipovi odvodnje .....................................................................................................13 1.3 Izbor tipa odvodnje ................................................................................................21 1.4 Osnovne sheme kanalizacije ..................................................................................24

2.

Mjerodavne količine otpadnih i oborinskih voda..........................................31 Uvod ...............................................................................................................................31 2.1 Otpadne vode .........................................................................................................32 2.2 Oborinske vode ......................................................................................................50 2.3 Bilanca voda u kanalizaciji ....................................................................................70

3.

Projektiranje kanalizacijske mreže ................................................................75 Uvod ...............................................................................................................................75 3.1 Osnovne teorijske postavke za dimenzioniranje kanalizacijskog kolektora ..........77 3.2 Pogonska hrapavost................................................................................................78 3.3 Ograničenje brzina .................................................................................................80 3.4 Ograničenje padova................................................................................................83 3.5 Ograničenje minimalnih profila .............................................................................85 3.6 Ograničenja visine punjenja kanalizacijskih kolektora ..........................................85 3.7 Visinsko (vertikalno) vođenje trase .......................................................................86 3.8 Horizontalno (tlocrtno) vođenje trase kanala .........................................................92 3.9 Promjena pravca.....................................................................................................94 3.10 Položaj kanala u prometnici i kućni priključci.......................................................95 3.11 Križanje s instalacijama i preprekama....................................................................99 3.12 Statički proračun kolektora ..................................................................................106 3.13 Dimenzioniranje kanalizacijske mreže.................................................................113 3.14 Projektiranje vakuumske kanalizacije ..................................................................114 3.15 Projektiranje tlačne kanalizacije...........................................................................120

4.

Kanalizacijski kolektori.................................................................................127 Uvod .............................................................................................................................127 4.1 Vrste kanala, tipovi, oblici i osnovne karakteristike ............................................129 4.2 Ugradnja kanalizacijskih kolektora......................................................................139 4.3 Ispitivanje vodonepropusnosti gravitacijskih kanala ...........................................153

5.

Opremanje kanalizacijske mreže..................................................................159 Uvod .............................................................................................................................159 5.1 Revizijska okna ....................................................................................................159 5.2 Okna za prekid pada.............................................................................................170 5.3 Objekti za spajanje i skretanje kanala ..................................................................174 5.4 Objekti za sakupljanje površinskih voda s prometnica i drugih površina ............176 5.5 Mjerni uređaji.......................................................................................................183 5.6 Uređaji za zatvaranje............................................................................................183 5.7 Zaštitni uređaji .....................................................................................................186 5.8 Ulazne građevine..................................................................................................191 I

J. Margeta: Odvodnja naselja

6.

Objekti kanalizacijskog sustava....................................................................193 Uvod .............................................................................................................................193 6.1 Rasteretne građevine ............................................................................................193 6.2 Crpke i crpni sustavi.............................................................................................228 6.3 Bazeni za oborinsku vodu ....................................................................................282

7.

Ispusti ..............................................................................................................301 Uvod .............................................................................................................................301 7.1 Općenito ...............................................................................................................301 7.2 Određivanje mjesta i načina ispuštanja voda .......................................................302 7.3 Hidrauličko dimenzioniranje................................................................................306 7.4 Statičko dimenzioniranje......................................................................................307 7.5 Konstruktivne karakteristike ispusta ....................................................................308

8.

Održavanje i upravljanje kanalizacijom......................................................313 Uvod .............................................................................................................................313 8.1 Štetna djelovanja voda na kanalizaciju ................................................................315 8.2 Infiltracija i nekontrolirani dotoci u kanalizaciju .................................................316 8.3 Ostala štetna djelovanja........................................................................................319 8.4 Motrenje i baze podataka .....................................................................................320 8.5 Održavanje kanalizacije .......................................................................................325 8.6 Popravci ...............................................................................................................330

9.

II

Literatura........................................................................................................333

1.

Kanalizacija – osnove, tipovi i sheme

Uvod Pod pojmom kanalizacije podrazumijeva se skup objekata, uređaja i mjera za: a) sakupljanje otpadnih i oborinskih voda u urbanim i industrijskim sredinama; b) transport do mjesta pročišćavanja i ispuštanja; c) čišćenje do stupnja uvjetovanog lokalnim prilikama i zakonskim uredbama; d) ispuštanje pročišćene vode u odgovarajući prijamnik; i e) zbrinjavanje mulja koji nastaje u postupku pročišćavanja.

Funkcije kanalizacijskog sustava Lokalno sakupljanje i odvodnja

Odvodnja

Pročišćavanje

Preljev na mješovitoj kanalizaciji Sakupljanje

Odvodnja

T

Voda

Mulj

Korištenje voda

Ispuštanje

Vodni resursi

Sakupljanje otpadnih voda u objektu

Oborine

Kućna kanalizacija

Kanalizacijska mreža i objekti

Glavni kanali

Uređaj za pročišćavanje

Obrada mulja

Pogonske komponente i troškovi

Slika 1.1: Osnovni dijelovi sustava za gospodarenje otpadnim vodama u naseljenim područjima

1


Osnovni zadatak kanalizacije je da se zagađene i oborinske (površinske) vode iz naselja što brže odstrane iz ljudske blizine uz što povoljnije sanitarne, tehničke, tehnološke i ekonomske uvjete. Usto, zadatak kanalizacije je i taj da sve sakupljene vode pročisti do potrebnog stupnja i disponira ih u prijamnike, a sve u skladu s ekološkim zahtjevima, zakonskim propisima i pravilima struke. U ovoj knjizi neće se detaljnije obrađivati problematika pročišćavanja otpadnih voda. Međutim, u poglavlju 9 daju se osnovne smjernice za pročišćavanje komunalnih otpadnih voda. Prema tome, može se reći da je zadatak kanalizacije da u skladu sa značajkama prostora najkraćim putem i u najkraćem vremenu odstrani otpadnu vodu iz naše blizine do mjesta pročišćavanja i konačnog ispuštanja. Pri tom je najkraći put važan zbog povoljnih ekonomskih učinaka (najmanja duljina kolektora, najmanji problemi sa zemljištem, minimalne visine precrpljivanja, itd.), a najkraće je vrijeme važno zbog dobrih ekoloških, sanitarnih i pogonskih učinaka (najkraće zadržavanje otpada u kolektorima). Kanalizacijska voda je ona voda koja se odvodi kanalizacijskim kanalima. Može se sastojati od jedne ili više vrsta otpadnih voda. U kanalizaciji razlikujemo sljedeće osnovne grupe otpadnih voda: Sanitarne otpadne vode: vode koje potječu iz sanitarnih čvorova kuća, industrije, ugostiteljstva, zdravstva, poslovnih prostora, itd. Radi naglašavanja njihovoga najproblematičnijeg dijela, sanitarne se vode često nazivaju i “fekalne vode” (iako, strogo gledano, naziv “fekalne vode” obuhvaća samo vode iz nužnika). Kućanske otpadne vode: vode uporabljene u kućanstvu, ugostiteljstvu, zdravstvu, školstvu i drugim sličnim neproizvodnim djelatnostima, uključujući i sanitarne otpadne vode. Često se poistovjećuju sa sanitarnim otpadnim vodama. Oborinske vode: dio oborina koje nakon isparavanja i procjeđivanja otječu po površini naselja, odnosno po površini slijeva sustava javne odvodnje, kao i vode od pranja ulica. Tuđe vode: podzemne i/ili površinske vode koje se procjeđuju kroz spojeve kanala, revizijskih okana, kroz poklopce ulaznih okana, dijelove revizijskih okana i drugih građevina, kao i drenažne vode i oborinske vode “pogrešno” priključene na kanalizaciju otpadnih voda, odnosno otpadne vode “pogrešno” priključene na kanalizaciju oborinskih voda. Mješovite vode: mješavina otpadnih i oborinskih voda. Komunalne ili urbane otpadne vode: kućanske otpadne vode ili mješavina kućanskih i otpadnih voda neproizvodnih i manjih proizvodnih djelatnosti u naselju. Komunalne ili urbane vode: oborinske i komunalne otpadne vode. Industrijske ili tehnološke otpadne vode: uporabljene vode u proizvodnim djelatnostima i raznim tehnološkim procesima, koje se ispuštaju nakon završenog tehnološkog procesa. Mulj: preostali (obrađeni ili neobrađeni) dio mulja iz uređaja za pročišćavanje komunalnih urbanih voda. Da bi kanalizacija ispunila potrebne ciljeve mora se izgraditi cijeli niz objekata i kanala koji čine kanalizacijski tehnološki sustav (Slika 1.2), koji se skraćeno u praksi nazi2

1. Kanalizacija – osnove, tipovi i sheme

va kanalizacija ili kanalizacijski sustav. Međutim, potrebno je razlikovati sustav za gospodarenje otpadnim vodama od kanalizacijskog tehnološkog sustava. Sustav za gospodarenje otpadnim vodama je širi sustav koji osim kanalizacijskog tehnološkog sustava sadrži i ostale funkcijske dijelove koji omogućuju funkcioniranje kanalizacijskog tehnološkog sustava, a to su: financijski, planski, upravljački, regulativni i drugi. Prema tome, ovakav širi sustav trebao bi se zvati sustav za gospodarenje otpadnim vodama u naseljenim područjima (Slika 1.1).

a

b

a

a

b

b

b b

b

c

d prijamnik

a – sekundarni kolektori b – glavni kolektori

c – uređaj za pročišćavanje d – ispusni kanal

Slika 1.2: Osnovni elementi kanalizacijskog tehnološkog sustava /93/

Osnovni elementi kanalizacijskog tehnološkog sustava su: Kolektor (sakupljač) ili kanalizacijski kanal: cijev ili kanal odgovarajućeg oblika, uglavnom zatvoren i uglavnom nikad ispunjen do vrha, koji služi za odvod otpadnih i oborinskih voda, odnosno njihovo sakupljanje. Kolektor kućanskih otpadnih voda: odvodnjava samo kućanske otpadne vode. Uobičajeno je da služi i za odvodnju otpadnih voda iz neproizvodnih djelatnosti kao i manjih industrijskih pogona smještenih u urbanim sredinama, s time da je kakvoća ovih voda jednaka ili bolja od kakvoće kućanskih otpadnih voda i da one ne ugrožavaju kolektore i proces pročišćavanja. Oborinski kolektori: služe za odvod oborinskih voda, uključujući i vode od pranja ulica. Mješoviti kolektori: odvodnici koji služe za odvodnju više vrsta voda, kao što su: kućanske, industrijske i oborinske vode. Kućni kolektori (priključci): cijevni odvodnici od kućne instalacije do mjesta priključka na javni odvodni sustav. Lateralni (bočni) kolektori: odvodnici koji nemaju nikakvih priključaka. Sekundarni kolektori: odvodnici koji primaju na sebe cijeli niz lateralnih kolektora. Primarni kolektori: odvodnici koji primaju na sebe cijeli niz sekundarnih kolektora. Glavni kolektor: kolektor koji sve sakupljene vode odvodi na uređaj za čišćenje voda ili do ispusta. Ispusni kanal: odvodnik koji sakupljene vode (uglavnom pročišćene) odvodi u prijamnik. 3


4

Preljevni ili odteretni kanal: odvodnik koji služi za odvođenje preljevnih ili odteretnih voda iz sustava. Pročišćavanje otpadnih voda: skup postupaka i radnji kojima se poboljšava kakvoća otpadnih voda, u cilju smanjenja ili eliminiranja njihovog štetnog djelovanja u prijamnicima ili kanalima kanalizacije. Ispuštanje (dispozicija) otpadnih voda: postupak ispuštanja voda u odgovarajući prijamnik s prethodnim pročišćavanjem. Objekti kanalizacijskog sustava: posebne građevine u kanalizacijskom sustavu koje imaju posebne funkcije: crpne stanice, preljevi, retencije, itd. Urbano (izgrađeno) područje: površina zemljišta na kojem su stambene i/ili gospodarske djelatnosti dovoljno koncentrirane da je moguće i nužno sakupljati otpadne vode, odvoditi ih do uređaja za čišćenje, odnosno do konačnog ispusta. Sustav javne odvodnje: skup građevina i naprava za prikupljanje, odvođenje, čišćenje i ispuštanje komunalnih otpadnih voda. Obalni ispust: građevina za ispuštanje pročišćene otpadne vode na obalnoj crti (crti najniže plime na kopnu), kao i na udaljenosti manjoj od 500 m od obalne crte i dubini manjoj od 20 m od površine vode prijamnika. Podmorski ispust: građevina za ispuštanje pročišćene otpadne vode na udaljenosti najmanje 500 m od obalne crte i na dubini većoj od 20 m od površine vode prijamnika. Onečišćenje vode: promjena kakvoće vode nastala unošenjem, ispuštanjem ili odlaganjem u vode hranjivih i drugih tvari, toplinske energije te drugih uzročnika zagađenja, u količini kojom se mijenjaju svojstva vode u odnosu na njihovu ekološku funkciju i namjensku uporabu. Zagađenje vode: onečišćenje veće od dopuštenog, a nastaje unošenjem, ispuštanjem ili odlaganjem opasnih tvari u vodu. Zagađenje se očituje pogoršanjem utvrđene vrste (kategorije) vode. Zagađenjem voda dovodi se u opasnost zdravlje, pa i životi ljudi, a stanje kakvoće vodnog okoliša može prouzročiti i poremećaje u gospodarstvu i drugim područjima. Ekvivalentni stanovnik (ES): jedinica opterećenja koja se primjenjuje u izražavanju kapaciteta uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, ili opterećenja voda i kanalizacijskog sustava. Dobiva se dijeljenjem ukupnog BPK5 (biokemijska potrošnja kisika) sa vrijednosti koja otpada na jednog stanovnika, a koja iznosi 60 g kisika na dan, iskazano kao BPK5. Uređaj za prethodno čišćenje otpadnih voda: vodna građevina s postrojenjem u kojem se primjenom odgovarajuće tehnologije uklanjaju opasne i druge tvari iz tehnoloških otpadnih voda prije njihova ispuštanja u sustav javne odvodnje. Uređaj za pročišćavanje: vodna građevina s postrojenjima u kojima se otpadne vode iz sustava javne odvodnje pročišćavaju prije njihovog ispuštanja u prijamnik. Prethodni stupanj pročišćavanja: radnje i postupci kojima se iz otpadnih voda uklanjaju krupne raspršene i plutajuće otpadne tvari. Prvi stupanj pročišćavanja: primjena fizikalnih i/ili kemijskih postupaka čišćenja otpadnih voda kojima se iz otpadne vode uklanja najmanje 50% suspendiranih tvari, a vrijednost BPK5 smanjuje za 20% u odnosu na vrijednosti ulazne vode (influenta).


Drugi stupanj pročišćavanja: primjena bioloških i/ili drugih postupaka čišćenja otpadnih voda kojima se iz otpadne vode smanjuje koncentracija suspendiranih tvari i BPK5 influenta za 70 – 90%, a koncentracija KPK (kemijska potrošnja kisika) za najmanje 75%. Treći stupanj pročišćavanja: primjena fizikalno-kemijskih, bioloških i drugih postupaka čišćenja otpadnih voda kojima se iz otpadne vode smanjuje koncentracija hranjivih tvari influenta (fosfor, dušik) za najmanje 80%, odnosno uklanjaju i drugi posebni pokazatelji otpadnih tvari, u granicama vrijednosti koje nije moguće postići primjenom drugog stupnja čišćenja (npr. bakteriološki pokazatelji). Odgovarajući stupanj pročišćavanja: primjena bilo kojeg postupka čišćenja ili načina ispuštanja voda kojim se u ispuštenim vodama (efluentu) i u prirodnom prijamniku postižu propisane dopuštene vrijednosti za utvrđene pokazatelje, odnosno dobro stanje voda.

1.1 1.1.1

Kanalizacijske vode: podrijetlo, karakteristike i utjecaji na okoliš Promjena kakvoće vode

Kruženjem u prirodi voda mijenja svoj sastav i samo je manji dio vodne mase na Zemlji pogodan za korištenje u vodoopskrbi stanovništva, industrije i poljoprivrede. S obzirom da se vodni resursi koriste kao izvorišta za vodoopskrbu, ali istovremeno i kao prijamnici uporabljene (otpadne) vode, to je mogućnost promjena kakvoće vode sve veća, kod čega kao faktor promjene najveću ulogu ima čovjek sa svojim aktivnostima. Korištenjem voda nastaje korisnički hidrološki ciklus voda (Slika 1.3). Tri su glavna korisnika voda: industrija, poljoprivreda i stanovništvo (odnosno naselja). Shodno karakteristikama samog korištenja, voda mijenja svoju kakvoću. Svako korištenje voda u pravilu mijenja njene karakteristike, pa se tako mijenjaju i vode koje stanovništvo koristi u naseljima, odnosno domaćinstvima (Slika 1.4). Voda u prirodi u pravilu nije dovoljno čista da bi se mogla koristiti za vodoopskrbu, i zbog toga se pročišćava (prerađuje). Čista i sanitarno ispravna voda zagađuje se korištenjem u domaćinstvu i postaje otpadna voda. Ta se voda sakuplja kanalizacijskim sustavom i odvodi na uređaj za pročišćavanje na kojem se pročišćava barem do razine propisane zakonom. Na sličan način dolazi i do promjene kakvoće vode korištenjem u industriji i poljoprivredi.

5


Nekonvencionalni izvori vode

Oborine

Vodni resursi (prirodni, umjetni)

Evapotranspiracija

Kućanske vode (uključujući turizam)

K

K K

Industrija

More

Poljodjelstvo

K - kontrola kakvoće vode s uređajima za pročišćavanje

Slika 1.3: Korisnički hidrološki ciklus

Voda mijenja svoje značajke u cijelom prirodnom hidrološkom ciklusu, a pogotovo otjecanjem preko poljoprivrednih, industrijskih i urbanih površina. Budući da voda ima veliku sposobnost otapanja tvari, u prirodi nigdje nema čiste vode (to ne znači da voda u prirodi ne može biti zdrava za piće). Na žalost, najveće i najopasnije promjene po zdravlje čovjeka i živog svijeta događaju se čovjekovom uporabom vode i njenim korištenjem u svakodnevnim čovjekovim aktivnostima.

Područje kakvoće P čišć rethod no enje pitke na razin vode u

IZVORIŠTE

(podzemna voda)

vode

Područje kakvoće

raba Upo

Kakvoća vode

VODA ZA KORIŠTENJE

ZAHVAT (površinska voda)

ISPUŠTANJE U PRIJAMNIK

Proč iš (raz ćavanje n proč i stupn vode je išća vanja vi )

Područje kakvoće

Područje kakvoće OTPADNA VODA

Vrijeme

Slika 1.4: Promjena kakvoće vode uporabom u domaćinstvu /86/

6


Za razliku od promjena kakvoće voda koje se odvijaju nekontrolirano kruženjem vode u prirodi, promjene koje se odvijaju na području urbanih i industrijskih sredina i korištenjem voda u tim sredinama, mogu se kontrolirati. Promjene kakvoće oborinskih voda kao dijela hidrološkog ciklusa u ovim sredinama i voda uporabljenih za razne namjene mogu se kontrolirati prije svega izgradnjom kanalizacijskog sustava. Osnovni zadatak ovog sustava je da uporabljene i oborinske vode sakuplja i odvodi na postrojenje za pročišćavanje voda pomoću kojega se kontrolira kakvoća voda koje se ispuštaju u vodne resurse, a time i njihovo zagađenje ili onečišćenje. Zbog toga je kanalizacija od temeljne važnosti za zaštitu okoliša i provođenje koncepta održivog razvoja. Osnovni preduvjet za to jest djelotvornost kanalizacijskog sustava. Zbog toga se naselja svrstavaju u točkaste izvore zagađenja čija se kontrola provodi izgradnjom uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Onečišćene vode koje nekontrolirano otječu (površinski i podzemno) u vodne resurse, svrstavaju se u raspršene izvore zagađenja (npr., vode s poljoprivrednih površina, stajskih pogona, urbanih površina, itd.). Promjena kakvoće vode i sastav zagađenja u vodi najlakše se mogu odrediti ako se analizira postupak trošenja vode za određene namjene. Pođimo od onoga što nam je najbliže, a to je potrošnja vode u domaćinstvu. Poznato je da se voda u domaćinstvu troši radi održanja svih životnih funkcija (voda za piće, kuhanje i druge pripreme hrane), sanitarnih potreba (pranje, kupanje, ispiranje sanitarnih čvorova), kao i za komunalne potrebe vezane za stanovanje u urbanim naseljima (pranje ulica, zalijevanje zelenila, itd.). Prema tome, sastav i količine uporabljenih voda (otpadnih voda) bit će rezultat ovih aktivnosti. Slične aktivnosti odvijaju se u cijelom nizu javnih ustanova: u ugostiteljskim objektima, školama, bolnicama, vojarnama, uredima, itd., pa će sastav uporabljenih voda iz ovih ustanova biti sličan. Naravno, u nekima od ovih ustanova odvijaju se i neke specifične aktivnosti koje rezultiraju određenom posebnom kakvoćom uporabljenih voda. Sve ove uporabljene vode sakupljaju se jedinstvenim kanalizacijskim sustavom u kojem se formira određena kakvoća uporabljenih voda u skladu s veličinom i načinom njihova korištenja. To su takozvane kućanske otpadne vode. U naseljima se odvija i cijeli niz industrijskih i zanatskih aktivnosti koje također troše vodu u svojem tehnološkom procesu, ali i za potrebe radnika. Ove vode u tehnološkom procesu mijenjaju svoj sastav i postaju zagađene vode koje čine grupu takozvanih tehnoloških otpadnih voda. Tehnološke otpadne vode rezultat su određenog tehnološkog procesa i međusobno se bitno razlikuju. Mogu biti manje ili više zagađene, ali i zagađene izrazito opasnim tvarima. Ukoliko njihov sastav nije bolji od sastava tipičnih kućanskih otpadnih voda, tehnološke otpadne vode prikupljaju se zasebnom kanalizacijskom mrežom. Koristeći vodu u svakodnevnom životu za boravka u poduzećima, restauracijama i slično, djelatnici stvaraju otpadne vode koje imaju sastav sličan kućanskim otpadnim vodama. Tamo gdje je to moguće, ove se vode priključuju izravno na gradski kanalizacijski sustav; tamo gdje to nije moguće, ove se vode sakupljaju posebnim kanalizacijskim sustavom. Ne treba zaboraviti ni oborinske vode na području naselja i industrijskih pogona koje se javljaju za vrijeme oborina. Oborinske vode koje nastaju na području naselja nisu čiste vode – njihova kakvoća rezultat je ispiranja zraka iznad naselja i ispiranja taloga i površina preko kojih voda otječe. To, pak, znači da je njihova kakvoća rezultat aktivnosti koje se odvijaju u naselju s kojeg se oborinska voda sakuplja. Oborinska voda se 7


danas uglavnom sakuplja zasebnom kanalizacijskom mrežom, a može se sakupljati i zajedno s kućanskim otpadnim vodama. Isto se može reći i za oborinske vode s područja određenog industrijskog pogona. Ove vode ispiru radne i druge površine na tom prostoru i poprimaju određeni sastav u skladu s aktivnostima na tom prostoru. Ove vode se uglavnom sakupljaju zasebnom oborinskom kanalizacijom. Prema tome, uporabljene i oborinske vode u urbanim sredinama su zagađene vode koje se moraju sakupljati, odvoditi i disponirati u vodne resurse na određeni način koji neće ugroziti sanitarne karakteristike naselja i okoliša, a posebno vodne resurse. Isto vrijedi i za sve otpadne i oborinske vode pojedinih industrijskih područja. 1.1.2

Sastav i karakteristike urbanih uporabljenih i oborinskih voda

Kućanske otpadne vode Sastav i količine urbanih otpadnih voda su promjenjivi u tijeku jednog dana i tijekom vremena i rezultat su stanja, aktivnosti i intenziteta korištenja voda u naselju. Rezultate nekih ispitivanja u pojedinim zemljama prikazuju Slika 1.5 i Slika 1.6.

Kemijska potrošnja kisika (KPK) (mg/h)

44.000

tuširanje, kupanje

40.000

36.000

32.000

28.000

otpaci od hrane i kuhanja 24.000

20.000

perilica

16.000

sudoper

12.000

8.000

nužnik 4.000 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Vrijeme (h)

Slika 1.5: Tipična promjena organskog zagađenja u naselju u tijeku dana /11/

8

1. Kanalizacija – osnove, tipovi i sheme 1100

20

1800 mg/l

Teret zagađenja (opterećenje) ukupne krute tvari

15

kg/min

800

mg/l

30,0 kg/min

Koncentracija zagađenja ukupne krute tvari

1000

600 KMnO4 – potrošnja

KMnO4 – potrošnja

10

400

BPK5 BPK5

200

2

4

14 12 10 8

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24 sati

nitrati

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24 sati

2

4

6

8

150

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24 sati

nitrati

100

6 4

2 200

g/min

mg/l

5

10

12

14

16

18

20

22

24 sati

50

2

4

Slika 1.6: Tipična promjena sastava kućanskih otpadnih voda u tijeku dana za naselje od 50.000 ES /64/

Svako naselje živi svojim specifičnim životom u skladu sa svojim položajem, kulturom, tradicijom, standardom, klimatskim i drugim prirodnim karakteristikama. Zbog toga sastav kućanskih otpadnih voda nije nikad isti, ali kada se razmatra šira regija ili područje, sastav kućanskih otpadnih voda nije ni bitno različit. Kod ovoga treba imati u vidu da sastav kućanskih otpadnih voda u velikoj mjeri ovisi o standardu življenja stanovnika koji je dosta promjenjiv, pa su i sastav i količine otpadnih voda promjenjivi. Stvarni trenutni sastav se može dobiti jedino odgovarajućim ispitivanjem kakvoće uporabljenih voda. Ispitivanjem se analizira fizikalni, kemijski i biološki sastav voda. Analiza fizikalnog sastava obuhvaća krutine, temperaturu, boju i miris. Od kemijskog sastava potrebno je analizirati organski sastav (proteini, ugljikohidrati, masti i ulja, fenoli, pesticidi), anorganski sastav (pH, kloridi, alkalitet, dušik, fosfor, sumpor, toksične komponente, teški metali) i plinove (kisik, metan, sumporovodik). Od biološkog sastava potrebno je analizirati protozoe, viruse, biljke, životinje, mikroorganizme i patogene organizme. Slika 1.7 prikazuje shematski dijagram osnovnih karakteristika otpadnih voda koje se obično analiziraju.

9

J. Margeta: Odvodnja naselja Otpadne vode Osnovna analiza: - boja - mutnoća - temperatura - toksičnost - miris

Analiza organskog sastava

Analiza čestica

Mikrobiološka analiza

Ukupne

Otopljene Kiselost

Lužnatost

pH

Sulfidi

Taložive

Anorganski ioni

Kloridi

Sulfati

Ispareno

Fekalni koliformi

Ukupne masnoće

Ispareno

Amonijak

Koncentracija organskog ugljika

Suspendirane

Ispareno

Koliformne bakterije

Potrošnja kisika

Ispareno

Veličina konsolidacije mulja

Veličina taloženja

Ukupni fenoli

Otopljene tvari

Nitrati

Fosfati

Ostalo po potrebi

Teški metali Anorganski

Organske funkcijske grupe

Slika 1.7: Shematski dijagram ispitivanja osnovnih karakteristika otpadnih voda

Tablica 1.1 prikazuje uobičajene veličine pojedinih tvari koje čine sastav komunalnih otpadnih voda prikazuje i karakteristične su za europske zemlje. Podatke za SAD prikazuje Tablica 1.2.

Tablica 1.1: Tipične karakteristike kućanskih otpadnih voda prema ATV /64/ Koncentracija pH Taložive tvari (ml/l ⋅1h) Neotopljene tvari (mg/l) Otopljene tvari (mg/l) BPK5 – biokemijska potrošnja kisika (mg/l) KPK – kalijev permanganat (mg/l) Amonijak (NH4) (mg/l) Specifična količina otpadnih voda (l/ES/dan)

10

Slaba

Srednja

Jaka

7,0 – 7,5 2,0 300 – 500 400 – 600 100 – 200 150 – 250 15 – 30 250 – 500

7,2 – 7,8 4,5 500 – 700 600 – 800 200 – 400 250 – 500 30 – 50 120 – 250

7,5 – 8,0 > 5,0 > 700 > 800 > 400 > 500 > 50 < 120


Tablica 1.2: Prosječni sastav kućanskih otpadnih voda (mg/l) /11/ i /90/ Sastav Ukupne krutine Suspenzije Minerali Organske tvari Ukupne suspendirane tvari Minerali (anorganske tvari) Organske tvari Ukupne taložive tvari Minerali (anorganske tvari) Organske tvari Biološka potrošnja kisika BPK (20ºC): BPK5 ugljični BPK konačni ugljični BPK konačni dušični BPK ukupna potrošnja kisika Kemijska potrošnja kisika (KPK) Ukupni organski ugljik Ukupni dušik kao N Organski N Slobodni amonijak Nitriti Nitrati Ukupni fosfor kao P Organski P Anorganski P Kloridi Alkalitet kao CaCO3 Masnoće

Veličina 700 – 1.000 400 – 700 250 – 450 100 – 300 180 – 300 40 – 70 140 – 230 150 – 180 40 – 50 110 – 130 100 – 400 240 – 420 80 – 140 400 – 500 550 – 700 200 – 250 20 – 85 8 – 35 12 – 50 – – 5 – 15 1–5 7 – 11 30 – 100 100 – 125 90 – 110

Na žalost, u Hrvatskoj nisu obavljana sustavna istraživanja otpadnih voda tako da ne postoji pouzdani uzorak podataka na temelju kojeg bi se dale uobičajene veličine. Međutim, rađena su pojedinačna ispitivanja u pojedinim gradovima. Zadnjih je godina kod nas i u drugim državama značajan trend smanjenja potrošnje vode, tako da su danas uobičajene veličine za naselja od 120 – 180 l/stanovnik/dan. Smanjenje potrošnje vode u domaćinstvima rezultira povećanjem koncentracije otpadnih tvari u otpadnim vodama, jer je količina otpadnih tvari koje vode primaju tijekom korištenja ostala nepromijenjena ili se povećala, a količina vode se smanjila. Koncentracije dane u prikazanim tablicama rezultat su razrjeđenja količine pojedine tvari ispuštene u kanalizaciju s istovremeno ispuštenim količinama vode. Stoga su te vrijednosti samo orijentacijske veličine.

11


Industrijske otpadne vode Kada se govori o sastavu i karakteristikama industrijskih otpadnih voda, tada se analizira sastav u odnosu na moguće utjecaje na čovjeka i okoliš, ali i na utjecaj na objekte kanalizacijskog sustava i proces pročišćavanja otpadnih voda. Naime, postoje industrijske otpadne vode koje u svom sastavu imaju i tvari koje štetno djeluju na kanale i druge kanalizacijske objekte ili toksično djeluju na biološke aktivnosti na uređaju za pročišćavanje i kanalizacijskom sustavu. Osim toga, one mogu ugroziti zdravlje radnika koji rade na održavanju kanalizacijskog sustava. Kao što je rečeno, sastav i količine otpadnih industrijskih voda su izravna posljedica tehnološkog procesa pojedine industrije, stoga se ne može govoriti o uobičajenom sastavu i količinama, već jedino o konkretnom sastavu pojedinog tehnološkog procesa. Kod toga treba znati da taj sastav može biti vrlo toksičan i agresivan i time štetan po čovjeka, okoliš i kanalizacijski sustav. Zbog ovoga se industrijske otpadne vode nikada izravno ne spajaju na kanalizacijsku mrežu komunalnih otpadnih voda ukoliko njihov sastav nije sličan ili bolji od sastava komunalnih otpadnih voda s obzirom na sve komponente. Osim toga, objekti i kanali kanalizacije industrijskih pogona (vrsta cijevnog materijala) moraju se prilagoditi karakteristikama otpadnih voda kako bi se osiguralo kvalitetno i trajno funkcioniranje kanalizacijskog sustava. Oborinske vode Oborinske vode nisu čiste vode; na njihov sastav utječe zagađenje zraka i površina u naseljima. Ispiranjem zraka i površina, oborinske vode mijenjaju svoj sastav u skladu sa sastavom nečistoća u zraku i na površinama. Kako zagađenje zraka i površina nije svugdje isto, tako i sastav i zagađenje oborinskih voda nisu isti. U prirodnim sredinama i manjim naseljima bez industrije oborinske su vode razmjerno čiste, dok u većim gradovima s industrijskim pogonima ove vode mogu biti vrlo zagađene /71/. Za razliku od komunalnih i industrijskih otpadnih voda kod kojih su količine i sastav prepoznatljivi, odnosno imaju determinističke karakteristike, oborinske vode i njihov sastav imaju tipične stohastičke karakteristike. To znači da im je pridružena karakteristika slučajnosti, pa se uvijek govori o vjerojatnim količinama i sastavu. Razlog su oborine koje su tipična stohastička pojava. Ovo je bitna karakteristika oborinskih voda o kojoj svakako treba voditi računa kad se analiziraju njihove količine i sastav. Zagađenje u oborinskim vodama dosta je promjenjivo; najveće je u početku otjecanja (početku kiša), a s trajanjem otjecanja se smanjuje kao rezultat ispiranja slijevnih površina. Sam teret zagađenja koje oborinske vode nose izravno ovisi o dužini sušnog razdoblja koje je prethodilo oborinama. Što je duže sušno razdoblje, to je veće zagađenje koje se nakuplja na slijevnim površinama, pa će i teret zagađenja prvih oborina biti također veći. Sastav zagađenja oborinskih voda dosta se razlikuje od mjesta do mjesta, a uobičajeni sastav je sljedeći: anorganske suspenzije (prašina, pijesak i sl.), organske suspenzije, krupne plivajuće tvari (papir, lišće, trava i drugi otpaci flore i faune), bakterije, masnoće, mineralna ulja, industrijski talozi, talozi iz prometnih sredstava (metali, guma, olovo, itd.) i drugo u skladu s karakteristikama naselja i aktivnostima u naselju.

12


Zbog svega ovoga kod rješavanja kanalizacije treba voditi računa i o zahtjevima vezanim za ispuštanje oborinskih voda u prijamnike, i predložiti najpovoljnija tehnička rješenja /71/.

1.2

Tipovi odvodnje

Pod tipom odvodnje podrazumijeva se način sakupljanja i odvođenja različitih vrsta urbanih voda (kućanskih, industrijskih i oborinskih). Razlikujemo dva osnovna tipa odvodnje: mješoviti ili skupni; razdjelni ili separatni. U praksi se tipovi odvodnje obično nazivaju sustavima kanalizacije. Mješoviti ili skupni tip odvodnje sakuplja sve kategorije urbanih voda (kućanske, industrijske i oborinske) i odvodi ih zajedničkim kanalima i kolektorima (Slika 1.8). Razdjelni tip odvodnje sakuplja i odvodi različite vrste urbanih voda zasebnim kanalima i kolektorima (Slika 1.9).

1 – sekundarni kolektori 2 – primarni kolektori 3 – glavni kanal 4 – crpna stanica

5 – uređaj za pročišćavanje 6 – ispust pročišćenih voda 7 – kišni preljev

Slika 1.8: Mješoviti tip odvodnje /93/

sanitarni kolektori oborinski kolektori

8 – ispust oborinskih voda

Slika 1.9: Razdjelni tip odvodnje /93/ 13


1.2.1

Mješoviti tip odvodnje

Kao što je rečeno, kod mješovitog tipa sve vrste otpadnih voda odvode se zajedničkim kanalima i kolektorima (Slika 1.10). Najveći dio voda koje se prikupljaju ovim tipom su oborinske vode. Odnos oborinske i drugih voda u kanalima je između 1:20 i 1:60. U tom su smislu za dimenzioniranje veličine kanala najvažnije oborinske vode. Međutim, s obzirom na trajanje otjecanja, najkraće trajanje imaju oborinske vode (razdoblje kiša), a najduže kućanske vode, koje praktički teku neprekidno. Zbog toga kućanske vode imaju dugoročan i stalan, a oborinske periodičan utjecaj. Da bi se postiglo ekonomičnije rješenje, na mješovitom tipu se primjenjuju takozvana “kišna rasterećenja”. Pomoću ovih objekata se razrijeđene otpadne vode u vrijeme jakih kiša ispuštaju izravno ili posredno pomoću kišnih bazena u prijamnik uz odgovarajuće pročišćavanje prije ispuštanja. Naime, danas u Hrvatskoj, kao ni u većini europskih zemalja, dozvoljeno izravno ispuštanje mješovitih voda u vodne resurse.

Slika 1.10: Karakterističan poprečni presjek s izgrađenim mješovitim tipom odvodnje /93/

Slika 1.11 prikazuje je pogonsku shemu kišnog rasterećenja.

Slika 1.11: Pogonska shema kišnog rasterećenja

14


U sušnom razdoblju kroz kolektor protječu samo otpadne vode. Nadolaskom kiša stvara se mješovito protjecanje, pri čemu kod razrjeđenja:

Qotj = Qotp ⋅ (1 + n ) gdje je: Qotj Qotp n

(1.1)

– protok koji otječe dalje sustavom; – protok otpadnih voda; – koeficijent razrjeđenja,

dolazi do rasterećivanja razrijeđene otpadne vode. Ova stanja prikazuju Slika 1.11 i Slika 1.12. Mješoviti tip odvodnje je u pravilu najjeftiniji u pogledu izgradnje kanalizacijskih kolektora, jer se umjesto dvije ili više kanalizacijskih mreža gradi samo jedna jedinstvena. Međutim, u slučaju izgradnje na većim dubinama zbog kućnih priključaka, te većeg broja posebnih građevina (preljeva, ispusta, retencijskih bazena, uređaja za pročišćavanje preljevnih voda, crpnih stanica, itd.), izvedbeni, a posebno pogonski troškovi su višestruko veći jer se prepumpavaju i pročišćavaju sve vode u kanalima (ako nema preljeva) ili veći dio ovih voda, tako da ovaj sustav postaje pogonski i investicijski nepovoljan.

a) Kritično otjecanje (bez prelijevanja)

b) Otjecanje s prelijevanjem

Slika 1.12: Razina vode na kišnom rasterećenju

U tehničko-tehnološkom smislu najveći problem mješovitog tipa je veliko osciliranje otjecanja u kolektorima (sušno/kišno razdoblje). Kao rezultat imamo taloženje u kolektorima u sušnom razdoblju. Da bi se to izbjeglo, oblikuju se posebni poprečni profili koji mogu zadovoljiti oba režima otjecanja. Promjenjivost protoka izaziva velike probleme kod rada crpnih stanica, gdje imamo velike instalirane kapacitete koji se koriste u kratkim razdobljima, kao i kod uređaja za pročišćavanje gdje je vrlo teško naći racionalno i djelotvorno rješenje jer dolazi do velikih i naglih promjena količina i koncentracije otpadnih tvari u influentu. U sanitarnom i ekološkom pogledu, mješoviti tip odvodnje je nepovoljan zbog preljevnih voda koje u sebi sadrže i dio fekalnih i otpadnih voda (tvari) koje u ovom slučaju izravno otječu u prijamnik. Danas je to neprihvatljivo, pa se preljevne vode moraju pročišćavati, odnosno moraju se primijeniti rješenja kojima se ograničava ispuštanje 15


otpadnih tvari u prijamnike (retencije, mehaničko pročišćavanje, itd.). S druge strane, ovim tipom kanalizacije veći dio oborinskih voda se pročišćava. Mješoviti tip odvodnje ima dodatne izvore onečišćenja okoliša u odnosu na razdjelni tip. Ovaj se tip danas ne preporučuje, prvenstveno zbog sanitarnih zahtjeva, odnosno velikih poteškoća (ekonomskih i tehnoloških) kod pročišćavanja mješovitih voda i ispuštanja preljevnih voda. Uvijek je lakše pročišćavati kućanske otpadne vode zasebno od oborinskih voda te imati jedan umjesto više uređaja i ispusta. 1.2.2

Razdjelni tip odvodnje

Kod razdjelnog tipa postoje uglavnom dvije kanalizacijske mreže, i to jedna koja služi za odvođenje oborinskih voda i druga koja je namijenjena za kućanske i industrijske otpadne vode (ukoliko na području naselja postoji industrija) (Slika 1.13). U ovom slučaju kanali oborinske vode su po dimenzijama isti kao u mješovitom tipu, dok su kanali otpadnih voda prilagođeni njihovim količinama.

Slika 1.13: Karakteristični poprečni presjek prometnice s izgrađenim razdjelnim tipom odvodnje

U ekonomskom smislu razdjelni tip je skuplji jer je ukupna mreža dulja za 30 – 40% u odnosu na mješoviti tip. Međutim, s obzirom na prepoznatljivi sastav vode u svakoj kanalizaciji i s tim u vezi prilagođene uvjete pročišćavanja i ispuštanja, ovaj tip odvodnje ne mora biti skuplji od mješovitog kad se u razmatranje uzmu crpne stanice, uređaj za pročišćavanje i ispust. To posebno vrijedi u slučajevima kada se oborinske vode mogu u cijelosti i najvećim dijelom direktno gravitacijski ispuštati u prijamnik. U tehničko-tehnološkom smislu ovaj je tip vrlo povoljan, jer je svaka mreža tehnički i tehnološki u najvećoj mjeri prilagođena karakteristikama voda koje odvodnjava (količina i kakvoća). Zbog toga velike oborinske vode ne utječu na uređaj za pročišćavanje komunalnih otpadnih voda. Mali kanali otpadnih voda se lakše održavaju i čiste. Osim toga, u ovom se slučaju kanalizacija oborinskih voda (veliki profili) polaže pliće (jer se sakupljaju samo oborinske vode), dok se kanali otpadnih voda (mali profili) polažu

16


dublje radi kućnih priključaka. Zbog toga nema značajnog povećavanja zemljanih radova. U sanitarnom smislu ovaj tip je povoljan stoga jer se sve fekalne vode odvode na uređaj za pročišćavanje. U ekološkom smislu ovaj tip pruža mogućnosti dobre zaštite okoliša zbog toga što omogućava primjenu djelotvornog i ekonomski prihvatljivog pročišćavanja, uz uvjet da se i oborinske vode adekvatno pročišćavaju (retencijski bazeni i slično). 1.2.3

Ostali tipovi odvodnje

Uz ova dva osnovna tipa odvodnje, postoje tipovi koji su na neki način njihova kombinacija. Tako razdjelni tip odvodnje može biti potpun ili nepotpun. Potpuni razdjelni tip odvodnje je onaj kod kojega postoje dvije ili više potpuno samostalnih kanalizacijskih mreža (oborinske, kućanske, industrijske, itd.). Nepotpuni razdjelni (djelomično razdjelni) tip odvodnje je kanalizacijska mreža namijenjena odvodu samo industrijskih i kućanskih otpadnih voda. Oborinske se vode u ovom tipu odvode u prijamnik na jednostavniji i jeftiniji način (pomoću upojnih objekata, jaraka, rigola, otvorenih kanala i slično). To je takozvani prirodno usmjereni tip odvodnje oborinskih voda. Ovaj se tip zasniva na sljedećim principima odvodnje: smanjenje količine oborinskih voda podjelom slijevnog područja na manja područja i gradnjom propusnih slijevnih površina; neispuštanje u kanalizaciju oborinskih voda čija je kakvoća jednaka ili bolja od kakvoće efluenta s uređaja za pročišćavanje (na primjer, krovne vode); lokalno upuštanje/infiltracija u teren putem upojnih bunara i polja, ako se time postiže tražena kakvoća voda (lokalno pročišćavanje filtracijom); ispuštanje putem prirodnih odvodnih sustava (zeleni jarci i slični vodotoci pročišćavaju vode); zadržavanje vode korištenjem prirodnih retencijskih prostora.

Infiltracija se odvija cijelim nizom objekata koje dijelimo u dvije osnovne grupe (ATV 138): površinska infiltracija putem bazena (spremnika); podzemna infiltracija putem bunara i drenova (cijevi). Površinska infiltracija se preporučuje jer se tako postižu bolji učinci pročišćavanja. Naime, površinski sloj terena u bazenu je biološki reaktor u kojem se odvija pročišćavanje voda prije same infiltracije, a infiltracijom se odvija daljnje pročišćavanje voda. Ovakvi su bazeni dobro rješenje za preljevne i druge djelomično onečišćene vode. Uz navedeno, za nove se zgrade preporučuje izgradnja zelenih krovova, čime se zadržava voda i poboljšava lokalna mikroklima. Prednosti ovakvog tipa su brojne. Ovaj tip je najjeftiniji, jer se izbjegla izgradnja oborinske kanalizacije. Osim toga, oborinske se vode najvećim dijelom odvode prirodnim putem i time zadržavaju svoje prirodne značajke vezane za obnavljanje lokalnih vodnih resursa i održavanje pripadajuće biosfere (okoliša). Ovaj je tip najpovoljniji ukoliko odgovara značajkama prostora, stupnju izgrađenosti područja, te urbanističkim zahtjevima (rijetko naseljena područja). 17


Oborine, onečišćenje

Odvodnja, površinsko zagađenje

Infiltracijska građevina

Prethodno pročišćavanje (bazen s uronjenim pregradama)

Infiltracija u podzemlje

Podzemna voda

Slika 1.14: Lokalni tip odvodnje i ispuštanja oborinskih voda

Ovakvi tipovi su u pravilu prva faza rješavanja razdjelne kanalizacije nekog neizgrađenog područja kada se u početku gradi samo kanalizacija otpadnih voda koja je jeftinija i potrebnija u odnosu na zaštitu zdravlja ljudi i okoliša. Kada izgrađenost poraste i povećaju se količine oborinskih voda, pristupa se izgradnji zatvorenog tipa oborinske kanalizacije. Tako se dobiva potpuni razdjelni tip odvodnje. Osim mješovitog i razdjelnog tipa odvodnje, postoje: djelomično razdjelni (polurazdjelni) tip odvodnje; kombinirani tip odvodnje. Kod djelomično razdjelnog (polurazdjelnog) tipa odvodnje (Slika 1.15) mreža je ista kao kod punog razdjelnog, s tom razlikom što oborinska kanalizacija ima posebne dopunske uređaje pomoću kojih se odvodnja od pranja ulica i oborinske vode u vrijeme kiša malog intenziteta automatski uvode u kanalizacijsku mrežu kućanske kanalizacije. Na ovaj se način prvi, zagađeniji, manji dotoci oborinske vode odvode na uređaj, a ostale, razmjerno čiste ali znatno veće oborinske vode, ispuštaju izravno u prijamnik uz eventualno zadržavanje plivajućih tvari i krupnih suspenzija.

9 – razdjelno okno

Slika 1.15: Djelomično razdjelni (polurazdjelni) tip odvodnje 18


Slika 1.16 prikazuje “kišne razdjelne preljeve” čija je funkcija drukčija od kišnih preljeva kod mješovitog tipa odvodnje. Zadatak je ovih objekata da vode prvih dotoka (koje su i najviše zagađene) uvode u kanalizaciju za otpadne vode s konačnim odvođenjem na uređaj za pročišćavanje, a u razdoblju većih oborinskih voda od kritične (ona kod koje nastupa prelijevanje u ispust oborinskih voda) izravno u prijamnik, uz eventualno zadržavanje plivajućih tvari i krupnih suspenzija. Za djelomično razdjelni tip odvodnje može se reći da je, sa sanitarnog i ekološkog gledišta zaštite okoliša, povoljniji od razdjelnog, jer odvodnjava prve dotoke oborinskih voda i vode od pranja ulica (najviše zagađene vode u sustavu oborinske kanalizacije) kolektorima kućanske kanalizacije odvodi na zajednički uređaj za pročišćavanje.

1 – oborinska kanalizacija: a) kritično otjecanje; b) kišno otjecanje 2 – odteretni kanal 3 – kućanske otpadne vode

Slika 1.16: Razdjelno okno u djelomično razdjelnom tipu odvodnje

S gledišta održavanja kanalizacije ovaj tip ima odgovarajuće prednosti s obzirom na povremena ispiranja “fekalne” kanalizacije oborinskom vodom, a sve pod uvjetom da se mogu osigurati odgovarajuće minimalne brzine tečenja u oba režima rada (kišnom i sušnom). Naime, minimalne su brzine veće za oborinske nego za kućanske vode. Najveći nedostatak polurazdjelnog tipa odvodnje je ekonomski. Potrebno je izgraditi dvije mreže, a kanalizaciju za gradske otpadne vode neophodno je položiti ispod oborinske, sve s ciljem da se osigura prihvat zagađenih oborinskih voda (veći iskopi), kao i cijeli niz razdjelnih okana. Kombinirani sustavi odvodnje (Slika 1.17) su sustavi koji imaju nekoliko zasebnih podsustava i tipova odvodnje (mješoviti, razdjelni, itd.). Ovi sustavi nastaju kao rezultat razvojnih i ekoloških faktora koji se javljaju tijekom vremena. U sušnom razdoblju su kolektori mješovite kanalizacije samo djelomično iskorišteni, na njih je moguće povezati kućansku kanalizacijsku mrežu novih područja naselja, a za oborinske vode, koje više ne mogu primiti postojeći kolektori mješovitog sustava, izgrađuje se odvojena oborinska kanalizacija s ispustom oborinskih voda u prijamnike. Razlozi za promjenu sustava od mješovitog na razdjelni mogu biti i ekološki uvjeti vezani uz potrebnu visoku razinu pročišćavanja. Tada se, zbog znatnog povećanja troškova pročišćavanja, nastoje smanjiti količine koje dolaze na uređaj za pročišćavanje.

19


Slika 1.17: Kombinirani sustav odvodnje

Na ovaj način nastaju kombinirani sustavi odvodnje kod kojih se na jednom području grada zadržava mješoviti tip a na novim se područjima izgrađuje razdjelni tip odvodnje. Kombinirani sustav može biti i posljedica urbanizacije područja koja zahtijeva različite tipove odvodnje: industrijske i tehnološke zone – oborinska i fekalna kanalizacija; zone individualne izgradnje – samo fekalna kanalizacija; gusta izgradnja – oborinska i fekalna kanalizacija; itd. U tekstu je prikazana podjela samo s obzirom na tipove voda koje se odvodnjavaju, odnosno na način prikupljanja voda. Međutim, postoje i druge podjele, kao što je podjela u odnosu na režim tečenja, pa tako imamo: gravitacijsku kanalizaciju; tlačnu kanalizaciju; i vakuumsku kanalizaciju. Gravitacijska kanalizacija odnosi se na kanalizaciju s tečenjem sa slobodnim vodnim licem. Kada govorimo o kanalizaciji, tada uglavnom mislimo na ovu kanalizaciju. Tlačna kanalizacija kao cjelina je rijetkost. Koristi se na pojedinim dionicama ili manjim podsustavima na kojima nismo u mogućnosti osigurati tečenje sa slobodnim vodnim licem. Primjenjuje se od šezdesetih godina prošlog stoljeća. Radi na principu tlaka koji je u tlačnim kolektorima do 10 bara. Sustav se sastoji od tlačnih jedinica (crpnih okana) u koje voda dotječe gravitacijski iz kuća. Sakupljena otpadna voda i tvari sadržane u njoj se usitnjavaju i potom tlače u sustav transportnih cjevovoda koji završavaju na uređaju za pročišćavanje. Koriste se manje cijevi, profila 90 – 200 mm. Umjesto usitnjivača mogu se koristiti septičke jame iz kojih se voda prelijeva u crpno okno iz kojeg se crpi i tlači u cjevovode. Usitnjivači ili septičke jame su potrebne kako bi se spriječilo začepljenje malih cjevovoda koji se koriste za transport otpadnih voda. Vakuumska kanalizacija se koristi u posebnim prilikama (rijetko naseljena ravničarska područja, visoke podzemne vode, itd.) i objektima (brodovi). Povoljna je tamo gdje se sustavom tečenja sa podtlakom (obično oko 0,2 – 0,8 bara) može postići ekonomska korist kod izgradnje i pogona. Ova kanalizacija zahtijeva ugradnju posebnih cijevi za transport voda, kao i objekata (okana) za prijelaz sa kućne gravitacijske odvodnje na jav20


nu odvodnju s podtlakom. U slučaju brodova ili sličnih objekata potrebna je i ugradnja posebnih sanitarnih i izljevnih uređaja koji funkcioniraju na načelu podtlaka. Radi na načelu podtlaka, tako da je cjelokupna javna mreža za sakupljanje otpadnih voda u podtlaku. Najveći podtlak je u sabirnom bazenu, odnosno izljevnom mjestu. Koristi se za kanalizaciju otpadnih voda i to za manje sustave odvodnje veličine do 1.500 kućnih priključaka, odnosno do veličine sabirnih kolektora od oko 4 km. Ovakve se kanalizacije već dugo grade u Europi, a odnedavno se grade i kod nas. Područje primjene ovih kanalizacija prikazuje Tablica 1.3. Uštede kod izgradnje ovih kanalizacija u odnosu na gravitacijski sustav kreću se do 50%. Međutim, vrjednovanje treba uključiti sve ostale čimbenike kao što su: troškovi pogona, održavanje, amortizaciju, kamate, te činjenicu da se u ove sustave ne smiju ispuštati oborinske vode. Tablica 1.3: Tlačna i vakuumska kanalizacija – područja primjene Primjena Rijetko naseljena područja Ravničarsko područje Visoka razina podzemnih voda Složeno podzemlje s drugim instalacijama Kuće i odvodni sustav u zaštićenom području Povremene količine otpadnih voda (vikend-kuće i slično)

Tlačna kanalizacija

Vakuumska kanalizacija

++ + ++ ++ 0 –

++ ++ ++ + ++ ++

++ vrlo dobro; + dobro; – neodgovarajuće; 0 neutralno

1.3 1.3.1

Izbor tipa odvodnje Osnove

Izbor tipa (sustava) odvodnje ovisi o nizu čimbenika: značajke i tip postojećeg sustava (ako postoji); kapacitet i kakvoća prijamnika; priroda i značajke ispuštanja voda u sustav; potrebe prethodnog čišćenja; topografija; uređaj za pročišćavanje otpadnih voda. Izbor ponajviše ovisi o mjesnim (lokalnim) prilikama i uvjetima, sanitarnim, tehničkotehnološkim i ekološkim zahtjevima te ekonomskim pokazateljima. Pod lokalnim uvjetima podrazumijeva se broj stanovnika, postojeća i planirana industrija, količina i sastav otpadnih voda, reljef terena, položaj i svojstva prijamnika, kote izgrađenih objekata i način izgradnje, urbanistički planovi razvoja itd. U slučajevima kad se radi o značajnom proširenju postojeće kanalizacije, tada je jedan od ključnih faktora postojeća kanalizacija i njezine osobine.

21


Sanitarni zahtjevi se kod izbora sustava odvodnje odnose na održavanje ispravnih zdravstvenih uvjeta na području naselja i gravitirajućih zona, tj. sprječavanje negativnog i štetnog utjecaja otpada i nečistoća na teren, vodu i zrak. Tehničko-tehnološki zahtjevi odnose se na osiguranje brzine i djelotvornosti odvođenja otpadnih voda iz ljudske blizine, uvjete održavanja sustava, te na djelotvorno održavanje sustava za pročišćavanje i ispuštanje. Ekonomski pokazatelji odnose se na troškove izgradnje, održavanja i pogona kanalizacijskog sustava kao cjeline. Ekološki pokazatelji odnose se na očuvanje čovjekova okoliša i ekološke ravnoteže užeg i šireg prostora. Danas, a pogotovo u budućnosti, ovi pokazatelji će imati ključnu ulogu u odabiranju tipa odvodnje. U prethodnom su tekstu sažeto iznesene osnovne karakteristike svakog od sustava u odnosu na dane pokazatelje, a u daljnjem tekstu će biti prikazana svrhovitost primjene pojedinog tipa odvodnje. 1.3.2

Smjernice za izbor tipa odvodnje

Mješoviti tip odvodnje se zbog sanitarnih i ekoloških razloga i problema s pročišćavanjem mješavine otpadnih i oborinskih voda danas uglavnom ne preporučuje. Uvjeti u kojima bi se ovaj sustav mogao koristiti su sljedeći: prijamnik velike prijamne moći, tako da je potrebno samo mehaničko pročišćavanje i kratki ispust; vrlo mali intenzitet kiše (male dimenzije objekata); otpadna voda se ne prepumpava na kote veće od 10 m (mali pogonski troškovi); mogu se koristiti kišni preljevi s malim stupnjem razrjeđenja; povoljni uvjeti za ispuštanje preljevnih voda (mali troškovi pročišćavanja). Potpuni razdjelni tip odvodnje svrhovito se primjenjuje u sljedećim slučajevima: ako uz naselje postoji prijamnik koji omogućava prihvat svih oborinskih voda, bez značajnijeg prethodnog čišćenja (povoljni uvjeti ispuštanja); ako postoji potreba za prepumpavanjem otpadnih voda na visinu veću od 20 m (veliki troškovi prepumpavanja); ako je intenzitet oborina razmjerno velik, kao i količine oborina, ili ako je velika razlika između sušnog i kišnog otjecanja (velike dimenzije objekata); ako oborinske vode nisu jako zagađene (npr. rijetka stambena izgradnja); ako je potreban visoki stupanj pročišćavanja otpadnih voda (veliki troškovi pročišćavanja). Nepotpuni razdjelni tip odvodnje se primjenjuje u sljedećim slučajevima: kao prva faza izgradnje razdjelnog tipa odvodnje; kad je intenzitet oborina vrlo mali i kad su one rijetka pojava (male štete od poplava); kad se dopuštaju mala vremena ponavljanja (do P = 1 god) mjerodavne računske kiše (štete od poplava vrlo male); ako oborinske vode nisu jako zagađene (rijetka stambena izgradnja); u gradovima i naseljima gradskog tipa gdje se primjena nepotpunog razdjelnog sustava podudara (usklađuje) s općim planom uređenja grada (rijetka stambena izgradnja). 22


Polurazdjelni tip odvodnje svrhovito se primjenjuje u sljedećim slučajevima: ako uz naselje postoji prijamnik koji omogućava prihvat svih oborinskih voda, bez prethodnog čišćenja (velika prijamna moć prijamnika); ako postoji potreba (uvjetovana reljefom terena) za prepumpavanjem otpadnih voda na visinu veću od 20 m (veliki troškovi prepumpavanja); ako je intenzitet oborina razmjerno velik, kao i količine oborina (velike razlike između sušnog i kišnog otjecanja); ako je potreban visoki stupanj pročišćavanja otpadnih voda voda (veliki troškovi pročišćavanja); ako je potrebna veća zaštita čovjekova okoliša u kojoj se ne dopušta ispuštanje prvih najzagađenijih oborinskih voda u prijamnik bez potpunog pročišćavanja (posebni ekološki zahtjevi – zatvoreni prijamnici). Kombinirani tip odvodnje svrhovito se primjenjuje prvenstveno u velikim gradovima (preko 100.000 stanovnika) odijeljenih područja, koja se međusobno razlikuju po karakteru izgradnje, stupnju uređenja, reljefu, različitim značajkama postojeće kanalizacije i drugim lokalnim uvjetima. Industrija: kod kanalizacije industrijskih pogona u pravilu se primjenjuje razdjelni sustav. Broj zasebnih kanalskih mreža ovisi o složenosti tehnološkog procesa i vrstama otpadne vode. Osnovne kanalske mreže na području industrije su obično: za kućne (potrošne i fekalne) vode, za industrijske (zagađene) vode i za industrijsko-oborinske vode. Osim toga, mogu biti izgrađene i posebne industrijske kanalske mreže za odvod kiselih, lužnatih i drugih otpadnih voda, a sve s ciljem djelotvornije odvodnje i pročišćavanja.

U svim se slučajevima razmatra mogućnost zajedničkog odvođenja zagađenih industrijskih i kućnih otpadnih voda. Zajednička odvodnja moguća je ako su industrijske otpadne vode biološki razgradive, a nije moguća ako su industrijske otpadne vode biološki nerazgradive. Priključak industrijskih voda na kućansku kanalizaciju dopušten je jedino u slučajevima kad je kakvoća ista ili bolja od kakvoće kućanskih potrošnih voda. U svim drugim slučajevima, industrijske se vode moraju pročišćavati prije priključenja na gradsku kanalizaciju. Naime, ograničavanjem priključenja industrijskih otpadnih voda želi se spriječiti njihovo štetno djelovanje na kanale (nagrizanje, eksplozije i sl.) i spriječiti štetno djelovanje na proces pročišćavanja na uređaju za pročišćavanje voda ili pak spriječiti štetno djelovanje na prijamnike otpadnih voda. Isto tako, treba voditi računa i o štetnom djelovanju različitih otpadnih voda na radnike koji se brinu o održavanju i pogonu kanalizacije. Industrijske otpadne vode koje nemaju ovakva štetna djelovanja mogu se priključivati na kanalizaciju, bez obzira na teret zagađenja koje nose. Ako imamo biološki uređaj za pročišćavanje, tada se industrije s velikim organskim zagađenjem mogu bez zapreka priključiti na kanalizaciju, s tim da su u proračunu uređaja uzeta i ova opterećenja. Vakuumska kanalizacija se u pravilu primjenjuje u sljedećim slučajevima: kod malih naselja do 1.500 priključaka i 4 – 8 km mreže; ako je gustoća izgrađenosti mala, pa je duljina kanalizacijske mreže veća od 4 m po stanovniku; 23


ako je teren ravan i gravitacijski sustav zahtijeva izgradnju većeg broja malih crpnih stanica te duboko polaganje kanala (a time i velike zemljane radove); ako su podzemne vode visoke (močvarna tla), a kanalizacija se treba graditi plitko iznad njih, ili ako je zbog čvrstoće terena jako skupo izvoditi zemljane radove; ako je prostor za izvođenje gravitacijske kanalizacije ograničen (uske ulice sa starim zgradama uz ulicu); ako kanalizacija radi samo povremeno (kampovi i slična područja); ako se zahtijeva potpuna zaštita podzemnih voda od istjecanja iz kanalizacije, na primjer u zonama sanitarne zaštite zahvata vode za piće (vakuum u mreži sprječava istjecanje).

Poseban su slučaj sušna područja sa ograničenim količinama voda u kojima se nastoji smanjiti potrošnja vode za ispiranje primjenom vakuumskih ispirača nužnika. Ovaj tip kanalizacije koristi se isključivo za otpadne vode. Tlačna kanalizacija u pravilu se primjenjuje u sljedećim slučajevima: ako je gustoća izgrađenosti mala; ako je teren ravan ili ako se voda mora transportirati na više kote; ako su podzemne vode visoke (močvarna tla) a kanalizacija se treba graditi plitko iznad njih, ili ako je jako skupo ili ograničeno izvoditi zemljane radove zbog čvrstoće terena i drugih ograničenja; ako je prostor za izvođenje gravitacijske kanalizacije ograničen (uske ulice sa starim zgradama uz ulicu, puno podzemnih instalacija); kada se zahtijeva brza izgradnja.

1.4

Osnovne sheme kanalizacije

Pod shemom kanalizacije podrazumijeva se tlocrtni oblik kanalske mreže, odnosno položaj kanalizacijskih objekata unutar područja odvodnje. Shema kanalizacije u najvećoj mjeri ovisi o reljefu terena, postojećoj i planiranoj urbanoj izgradnji, rješenju prometnica te položaju prijamnika i smještaju uređaja za pročišćavanje u odnosu na područje koje se kanalizira. Na izbor sheme utječe i vlasništvo zemljišta, položaj javnih površina i prepreka gravitacijskoj odvodnji voda (druge instalacije, vodni resursi, magistralne prometnice, željeznica, podzemna željeznica, zaštićena područja, itd.). Rubni uvjeti za shemu su područje urbanizacije sa položajem korisnika kanalizacijskog sustava, te položaj uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Korisnici generiraju otpadne vode koje moraju doteći do uređaja. Kako će i kojim putem doteći, stvar je izbora sheme odvodnje slijevnog područja sustava javne odvodnje. Shema kanalizacije treba biti rezultat optimalnog rješenja odvodnje određenog područja. To znači da je ukupna duljina kanala najmanja, kao i dimenzije kanala i troškovi pogona, uz uvažavanje svih tehničkih zahtjeva koje kanalizacijski sustav treba zadovoljavati. S obzirom na raznovrsnost čimbenika koji utječu na rješenje odvodnje, izdvaja se nekoliko osnovnih shema kanalske mreže:

24


shema normalne (poprečne) kanalizacije; shema obuhvatne kanalizacije; shema paralelne (uzdužne) kanalizacije; shema radijalne kanalizacije; shema prstenaste kanalizacije; shema razgranate kanalizacije; shema zonirane kanalizacije.

Moguće su i razne kombinacije ovih shema. Shema normalne (poprečne) kanalizacije

Ako se naselje (područje) koje se kanalizira nalazi uzduž obale rijeke ili nekog drugog prijamnika (npr. jezera, mora), i to na padinama (blagim ili strmijim) terena u smjeru prema prijamniku, tada je racionalno primijeniti shemu poprečne kanalizacije – u obliku niza osnovnih kolektora položenih okomito prema prijamniku, s izravnim ispuštanjem u njega (Slika 1.18).

1 – sekundarni kolektori 2 – primarni kolektori

5 – uređaj za pročišćavanje 6 – ispust pročišćene vode

Slika 1.18: Shema normalne (poprečne) kanalizacije

Ovakva su rješenja moguća uz određene uvjete, samo ako se radi o velikim međusobno razdvojenim pojedinačnim područjima (uglavnom veća od 50.000 stanovnika) kod kojih ima smisla graditi uređaj na svakom ispustu (sustavi sa više uređaja za pročišćavanje otpadnih voda). Shema obuhvatne kanalizacije

Kod ove sheme (Slika 1.19) sekundarni kanali su položeni u smjeru najvećeg pada terena, dok je glavni sabirni kolektor paralelan s prijamnikom i položen u padu prema uređaju za pročišćavanje. Shema se svrhovito primjenjuje u slučaju kad je naselje izgrađeno na užem ili širem pojasu paralelnom s prijamnikom i glavnom prometnicom uz prijamnik. Ovo rješenje je vrlo racionalno ukoliko je moguće bez prepumpavanja sakupiti sve otpadne vode do uređaja za pročišćavanje.

25


3 – glavni kanal

4 – crpna stanica

Slika 1.19: Shema obuhvatne kanalizacije

Shema uzdužne ili paralelne kanalizacije

Kod ovakvog rješenja sekundarni kanali su položeni paralelno s prijamnikom, a glavni u skladu s padom terena i trasama prometnica u pravcu uređaja. Ovisno o terenskim prilikama, urbanom razvoju, položaju prijamnika i drugom, ova shema može poprimiti razne oblike: Paralelna jednostrana (Slika 1.20): čitava kanalizacijska mreža nalazi se s jedne strane prijamnika.

Slika 1.20: Shema paralelne jednostrane kanalizacije

Paralelna lepezasta: pojavljuje se u slučaju kad je naselje formirano s obje strane prijamnika. Paralelna zonska (Slika 1.21): umjesto da se sve vode sakupljaju na najnižoj lokaciji s koje bi se prepumpavale na uređaj (veća kota potrebna radi ispuštanja), daleko je racionalnije sve više zone gravitacijski vezati za uređaj, a prepumpavati samo niže zone. Isto vrijedi i za slučaj u kojem zbog depresija nije moguće riješiti kanalizaciju nekih dijelova naselja kao gravitacijsku. Za ove terenske depresije potrebno je formirati zaseban sustav uz transport otpadne vode posredstvom crpne stanice.

26


4 – crpna stanica

10 – tlačni cjevovod niže zone

Slika 1.21: Shema paralelne zonske kanalizacije

Shema radijalne kanalizacije

Kod ove sheme, glavni kanali položeni su okomito na izohipse i odvode sve vode najkraćim putem do prijamnika (odnosno uređaja za pročišćavanje). Sekundarni kanali su paralelni s izohipsama i vežu se okomito na glavni kanal (Slika 1.22).

Slika 1.22: Shema radijalne kanalizacije

Shema prstenaste kanalizacije

Ova se shema primjenjuje u slučajevima kad je naselje smješteno na brdu ili višim kotama, pri čemu vododjelnica razgraničuje slijev na dvije ili više zona. Glavni odvodni kolektori (obodni kanali) položeni su po nižim pribrežnim dijelovima, a napravljeni su u obliku prstena koji obuhvaća čitavo urbanizirano područje (Slika 1.23). Ovo je idealna situacija za odvodnju svih voda, ali je, na žalost, vrlo rijetka.

27


Slika 1.23: Shema prstenaste kanalizacije

Shema razgranate kanalizacije

Ova se shema (Slika 1.24) obično primjenjuje na područjima s vrlo razvijenim reljefom gdje postoje niži tereni kojima gravitiraju svi dijelovi područja odvodnje. To znači da se sve vode mogu gravitacijski bez prepumpavanja objediniti na jednom mjestu. Ukoliko je to moguće, na ovom se mjestu sve vode pročišćavaju. Ukoliko je mjesto udaljeno i niže od prijamnika, tada je potrebno prepumpavati vodu. Treba znati da je racionalnije prepumpavati pročišćenu nego nepročišćenu vodu (veći stupanj iskorištenja crpki), pa bi u ovom slučaju to bilo preporučljivo. Međutim, ovu preporuku ne treba shvatiti doslovno i primjenjivati u svakoj drugoj situaciji – za svaku je situaciju potrebno izvršiti odgovarajuću analizu i iznaći najpovoljnije rješenje, vodeći računa o troškovima pročišćavanja i crpljenja.

Slika 1.24: Shema razgranate kanalizacije

28


Kod ovakvih shema uglavnom ne postoji posebno izražen glavni kolektor, nego veći broj pojedinih kanala dovodi vode prema najnižoj zoni. Shema je naročito povoljna u slučajevima etapne izgradnje, jer su pojedinačne zone međusobno neovisne. Shema zonirane kanalizacije

Shema zonirane kanalizacije (Slika 1.25) opisuje kanalizacijski sustav u kojem postoji više neovisnih podsustava koji se spojnim elementima povezuju na jedinstveni uređaj za pročišćavanje i ispuštanje. U skladu s tim, ova se shema može javiti u svim već spomenutim shemama. Međutim, često se javlja kao posljedica etapnog širenja urbanog područja ili kad topografske prilike prisilno dijele urbano područje na dva ili više neovisnih sljevova.

Slika 1.25: Shema zonirane kanalizacije

Zonirana se kanalizacija može javiti i kao posljedica bitno različitih uvjeta odvodnje zbog kakvoće vode, režima otjecanja ili nekih drugih posebnosti (posebna područja, industrija, vojska i slično). Kanalizacijski sustav se mora zonirati ukoliko postoje bitne razlike kakvoće otpadnih voda užih područja, jer se tada u pravilu otpadne vode tih područja moraju djelomično pročišćavati kako bi imale kakvoću jednaku svim drugim vodama u kanalizacijskom sustavu. To je, na primjer, slučaj s industrijskim zonama. Na shemu kanalizacijske mreže bitni utjecaj osim topografskih karakteristika ima i plan izgradnje područja (urbanistički plan). Usklađivanjem urbanističkih planova s potrebama odvodnje otpadnih i oborinskih voda mogu se uštedjeti velika financijska sredstva u izgradnji i pogonu kanalizacije, pa se to uvijek preporučuje. Nadalje, zajedničko vođenje urbane infrastrukture u zajedničkim instalacijskim koridorima ili tunelima značajno doprinosi održivosti infrastrukture i pojeftinjenju građenja i održavanja. Shema vakuumske kanalizacije

Shema vakuumske kanalizacije ima isti osnovni okvir. Rubni uvjeti za ovu shemu su također područje urbanizacije sa položajem korisnika kanalizacijskog sustava, te polo29


žaj uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Korisnici generiraju otpadne vode koja moraju doteći do uređaja. Kako će i kojim putem doteći, stvar je odabira sheme odvodnje slijevnog područja sustava javne odvodnje. U ovom slučaju otjecanje nije gravitacijsko, pa topografija terena nema dominantni utjecaj na položaj kanala iako i ova prioritetno koristi mali pad terena prema mjestu sakupljanja. Zapravo, ova kanalizacija zahtijeva mali pad dna cijevi u smjeru tečenja (oko 0,2%), pa je stoga nužno kanale polagati na ravnom terenu ili terenu s malim padom u pravcu vakuumske stanice. Prema tome, kanali se vode područjem s malim padom ili manje-više ravnim dionicama terena. U ovom slučaju na oblik sheme i položaj sakupljača u prostoru značajnije utječu prometnice i položaj javnih površina. Sustav ima uglavnom jedno ili ponekad više sabirnih mjesta, tako da se lokalna mreža razvija prema vakuumskoj stanici (kotlu) u koju dotječu sve otpadne vode koje se crpkama crpe na uređaj za pročišćavanje. Optimalna duljina mreže po jednoj vakuumskoj stanici je oko 4 km. Međutim, grade se i znatno veće vakuumske mreže. Ovaj tip kanalizacije koristi se isključivo za otpadne vode. Shema tlačne kanalizacije

Za shemu tlačne kanalizacije vrijedi sve što je već prikazano za vakuumsku kanalizaciju. I za ovu shemu rubni uvjeti su područje urbanizacije sa položajem korisnika kanalizacijskog sustava, te položaj uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Korisnici generiraju otpadne vode koje moraju doteći do uređaja. Kako će i kojim putem doteći, stvar je odabira sheme odvodnje slijevnog područja sustava javne odvodnje. I u ovom slučaju otjecanje nije gravitacijsko već tlačno, pa topografija terena nema dominantni utjecaj na položaj kanala. Nadalje, i u ovom slučaju na oblik sheme i položaj sakupljača u prostoru značajnije utječu prometnice i položaj javnih površina. Početak sustava su crpna okna i tlačni uređaji, a sustav završava s izljevnim mjestom na uređaju. Ako je tlačna kanalizacija dio šireg sustava odvodnje, izljevno mjesto može biti i okno priključka na gravitacijski sustav odvodnje. Ova se shema primjenjuje za manja naselja ili za manje dijelove većih naselja. Ovaj tip kanalizacije koristi se isključivo za otpadne vode.

30

2.

Mjerodavne količine otpadnih i oborinskih voda

Uvod U urbanim sredinama kanalizacija se proračunava za dva režima otjecanja: otjecanje u sušnom razdoblju; otjecanje u kišnom razdoblju. Mjerodavno otjecanje u sušnom razdoblju za kanalizacije bez “tuđih voda”, odnosno bez infiltracije podzemnih voda (mora), je: Qukupno,sušno = Qkomunalne otpadne vode + Qindustrijske otpadne vode (l/s). Mjerodavno otjecanje u sušnom razdoblju za kanalizacije s infiltracijom podzemnih voda (mora) je: Qukupno,sušno = Qkomunalne otpadne vode + Qindustrijske otpadne vode + Qtuđe vode (l/s). U kišnom razdoblju, otjecanje je: a) Razdjelna kanalizacija kanalizacija otpadnih voda (u ovom su slučaju “tuđe vode” ukupne tuđe vode, površinske i podzemne): Qukupno,otpadne vode = Qukupno,sušno + Qtuđe vode (l/s); kanalizacija oborinskih voda: Qukupno,oborinske vode = Qmjerodavne kiše (l/s). b) Mješovita kanalizacija Qukupno = Qkomunalne otpadne vode + Qindustrijske otpadne vode + Qmjerodavne kiše (l/s). Za dimenzioniranje i rad mješovite kanalizacije važno je poznavati mjerodavne količine za dva razdoblja: sušno razdoblje; kišno razdoblje. 31


Za dimenzioniranje i rad razdjelne kanalizacije važno je poznavati režime tečenja i mjerodavne količine kako slijedi: kanalizacija otpadnih voda – sušno i kišno razdoblje; kanalizacija oborinskih voda – kišno razdoblje. Tuđe vode su od najvećeg značenja za kanalizaciju otpadnih voda jer bitno utječu na režim tečenja u kanalima, te se obvezno moraju uzeti u obzir kod dimenzioniranja kanalizacijskog sustava. Kod kanalizacije oborinskih i mješovitih voda utjecaj tuđih voda je znatno manji jer su tuđe vode samo manji dio voda koje teku ovim kanalima, te se stoga u pravilu ne uzimaju u obzir pri dimenzioniranju kanala. Međutim, tuđe se vode trebaju uzeti u obzir pri dimenzioniranju ostalih građevina u sustavu: crpnih stanica, retencija, preljeva, uređaja, itd. U ovom poglavlju obrazložit će se proračun mjerodavnih količina svih voda potrebnih za dimenzioniranje i pogon kanalizacijskog sustava.

2.1 2.1.1

Otpadne vode Urbane ili komunalne otpadne vode

Urbane otpadne vode su u izravnoj vezi s urbanim potrošnim (vodoopskrbnim) vodama. Zbog toga značajke vodoopskrbnog sustava izravno utječu i na značajke kanalizacijskog sustava. Najveći dio potrošnih voda se ispušta u kanalizaciju (najčešće 80 – 95%), a samo manji dio se gubi kod uporabe. Ovdje nisu uključeni gubici u mreži, već jedino gubici kod uporabe unutar stambenog objekta. Ovdje također nisu uključene potrošne vode za zalijevanje okućnice, odnono potrošnja vode izvan stambenog objekata. Zbog svega se ovoga u analizama mjerodavnih količina urbanih otpadnih voda polazi od urbanog vodoopskrbnog sustava i potrošnih količina voda. Analizom se moraju utvrditi stvarne količine otpadnih voda koje različiti potrošači ispuštaju u kanalizacijski sustav. Načelo proračuna potrošnih količina

Količine otpadnih voda neke urbane sredine su izravno u funkciji potrošnih voda, stoga se moraju analizirati pomoću analize potrošnih voda. Potrošnju vode (odnosno količine otpadnih voda) za domaće potrebe definiraju četiri osnovne veličine: 1. Specifična potrošnja vode po stanovniku (na početku i na kraju planskog razdoblja); 2. Broj stanovnika priključenih na kanalizaciju u planskom razdoblju; 3. Područje potrošnje i gustoća stanovanja; 4. Koeficijenti neravnomjernosti potrošnje. Specifična potrošnja vode odabire se u skladu s predviđenim razvojem naselja na kraju planskog razdoblja ili jedne etape njegova razvoja (ukoliko se sustav izgrađuje u više etapa) polazeći od početnog stanja i potrošnje. U izboru ove vrijednosti treba biti obazriv – odabiranje manje vrijednosti može bitno utjecati na razvoj naselja i na opći životni standard, a prevelike vrijednosti dovode do izgradnje velikih kapaciteta sustava koji se neće u potpunosti iskoristiti. 32

2. Mjerodavne količine otpadnih i oborinskih voda

Važno je koristiti specifičnu potrošnju koja u sebi ne sadrži planirane gubitke vode u vodoopskrbnom sustavu, jer te vode ne ulaze u kanalizacijski sustav. A) Razdoblje planiranja

Razdoblje planiranja (dimenzioniranja) vodoopskrbnog ili kanalizacijskog sustava i njegovih dijelova je broj godina potrebnih da se postignu uvjeti prema kojima je izvršeno projektiranje. Faktori koji utječu na izbor ovog razdoblja su: 1. Uobičajeni životni vijek konstrukcije i opreme: o kakvoći primijenjenog materijala i izvedbi ovisit će vijek trajanja konstrukcije i opreme. Vijek trajanja opreme je uvijek višestruko kraći od vijeka trajanja betonske konstrukcije, a to omogućava faznu izgradnju i bolje prilagođavanje potrebama i tehnološkom napretku tijekom eksploatacije objekta. 2. Početna cijena izgradnje i upravljanja: ukoliko je početna cijena izgradnje i upravljanja visoka, tada je bolje da je razdoblje eksploatacije duže jer će se i sredstva lakše amortizirati, odnosno bolje će se iskoristiti početna skupa ulaganja. 3. Mogućnost financiranja: raspoloživa sredstva izravno utječu na opseg i kakvoću izgradnje, a time i na razdoblje eksploatacije. U pravilu, veća sredstva znače duže razdoblje eksploatacije. 4. Mogućnost osiguranja planirane potrošnje vode na kraju razdoblja: sustav se mora graditi za količine vode za vodoopskrbu koje nam stoje na raspolaganju. 5. Mogućnost proširenja ili povećanja kapaciteta sustava: ukoliko tijekom vremena postoje mogućnosti jednostavnog proširenja kapaciteta, bolje je da razdoblje planiranja bude kraće, jer se u tom slučaju odvodnja može lakše riješiti faznom izgradnjom. 6. Mogućnost ekonomičnog poslovanja za vrijeme ovog razdoblja: ukoliko se ekonomski isplati, bolje je graditi za duže vremensko razdoblje, jer su i ekonomski učinci veći. 7. Ponašanje sustava u početnom razdoblju, kad nije potpuno iskorišten: kraće razdoblje znači bolje ponašanje sustava na početku razdoblja. 8. Prihvatljiv rok prognoze rasta broja stanovnika, kao i ostalih sadržaja: u svakom slučaju, plansko razdoblje trebalo bi biti približno jednako razdoblju za koje se može pouzdano prognozirati broj stanovnika i drugi ulazni podaci, odnosno razvoj područja koje se rješava. Uočljivo je da plansko razdoblje ovisi uglavnom o ekonomskim uvjetima egzistencije sustava, njegovoj fleksibilnosti, te o kakvoći materijala i opreme koji će se ugraditi. Vijek trajanja pojedinih elemenata kanalizacijskog sustava propisuje se zakonom ili preporukama određenih institucija i strukovnih udruga. Tablica 2.1 prikazuje uobičajena planska razdoblja za dijelove kanalizacijskog sustava prema podacima u literaturi /88/ i Pravilniku o amortizaciji. B) Prognoza potrošnje u planskom razdoblju

Specifična potrošnja vode se tijekom planskog razdoblja mijenja i u pravilu je najveća na kraju planskog razdoblja. Njezinu vrijednost treba definirati i za krajnji i za ostala razdoblja razvoja sustava.

33


Početna vrijednost se određuje analizom svih potrošnji koje ju definiraju. Vrijednosti specifične potrošnje za pojedine faze razvoja sustava i za kraj planskog razdoblja treba izračunati u skladu s karakteristikama naselja u tim razdobljima. Međutim, izrazito je teško pretpostaviti buduće karakteristike naselja i uvjete življenja zbog mnogobrojnih faktora koji utječu na njegov razvoj, kao i njihove promjenjivosti tijekom vremena. Tablica 2.1: Planska razdoblja za dijelove kanalizacijskog sustava Tip objekta

Posebne karakteristike

Brane i veliki kanali

Skupi i neprikladni za povećanje kapaciteta Crpne stanice, uređaji Kad je veličina prirasta i za pročišćavanje kamata mala Crpne stanice, uređaji Kad je veličina prirasta i za pročišćavanje kamata velika Kolektori profila Male cijevi je skuplje zamijeniti ako je razdoblje većeg od ∅ 400 mm duže Sekundarna mreža, Zahtjevi se mogu brzo kolektori profila mijenjati u ograničenom manjeg od ∅ 400 mm prostoru

Pravilnik (godine)

Plansko razdoblje (godine)

33

30 – 50

20

20 – 25

–

10 – 15

20

20 – 30

20

Konačna izgrađenost područja

C) Prognoziranje broja stanovnika

Svaki kanalizacijski sustav mora biti dimenzioniran tako da zadovoljava trenutne i buduće potrebe zajednice. Da bi se to postiglo, treba znati broj stanovnika u neposrednoj budućnosti. U jednoj urbanoj sredini broj stanovnika se mijenja ovisno o: rađanju; umiranju; i migraciji. Ove veličine ovise o cijelom nizu faktora (uvjeti življenja, razvoj industrije, transporta, školstva, itd.). Dobra prognoza broja stanovnika ovisi o pravilnom izboru ovih faktora i o procjeni njihova utjecaja. Analiza faktora prelazi okvire ove knjige i neće se obrađivati. D) Područje potrošnje i gustoća naseljenosti

Osim prognozom broja stanovnika, za promatrano područje bi trebalo raspolagati podacima o području potrošnje (korisnika) i gustoći naseljenosti u skladu s urbanističkim rješenjem budućeg naselja. Podaci se dobiju od odgovarajućih organa, a neophodni su u daljnjim fazama rješavanja kanalizacije (razmještaj objekata i dimenzioniranje kanala). Podaci o broju stanovnika su potrebni za izračunavanje ukupno potrebnih količina vode. Bitno je poznavati i raspored stanovništva unutar područja potrošnje, kako bi se na 34


vrijeme predvidjeli kapaciteti kolektora za pojedine dijelove područja. Ukoliko se ovi podaci znaju pouzdano, prilikom izgradnje je moguće uštedjeti znatna sredstva. Količine otpadnih voda

Kao što je rečeno, pod kućanskim otpadnim vodama podrazumijevaju se sve vode koje se ispuštaju u kanalizaciju, a koje su u domaćinstvu bile uporabljene na bilo koji način. Količine koje dospijevaju u kanalizaciju rezultat su različitih aktivnosti u domaćinstvu, tako da se stvarne količine mogu dobiti jedino analizirajući svaku od ovih aktivnosti. Urbane otpadne vode su sve one vode (osim industrijskih voda) koje dospijevaju u kanalizaciju iz neke urbane sredine. U tekstu koji slijedi prikazuju se neke veličine prema međunarodnim iskustvima i najnovijim kretanjima (Tablica 2.2 – Tablica 2.4). Tablica 2.2: Količine otpadnih voda u kućanstvu (l/stanovnik/dan) Tip otpadnih voda

Količina

Kuhinjske Sanitarne Tuševi Otpadne vode od pranja Ukupno

20 – 40 35 – 95 35 –105 30 – 60 120 – 300

Uobičajene vrijednosti količina gradskih otpadnih voda (koje uključuju i manje privredne pogone i servise) koje se preporučuju u Njemačkoj (ATV–A 118) /9/, ako nisu uzete u obzir posebne mjere štednje, prikazuje Tablica 2.3. Tablica 2.3: Količine otpadnih voda u naselju (l/stanovnik/dan) Veličina naselja

Količina otpadnih voda

< 5.000 5.000 –10.000 10.000 – 50.000 50.000 – 250.000 > 250.000

150 180 220 260 300

Kada se proračunavaju količine po pojedinačnim objektima, koriste se podaci napisani u tablicama. Ti su podaci na strani sigurnosti i označavaju maksimalne količine. Zbog toga je u svim sredinama u kojima se provode mjere racionalne potrošnje vode moguće ove količine umanjiti i do 40%. O ovome se mora voditi računa jer su sve više u uporabi sanitarni uređaji i uređaji u domaćinstvu koji troše sve manje vode. Na primjer, WC-ispirači su prije trošili od 15 – 20 l, a danas od 6 – 8 l po jednoj uporabi.

35


Tablica 2.4: Količine otpadnih voda u različitim objektima (l/stanovnik/dan) /67/ Tip ustanove/objekta Zračna luka (po putniku) Stan (po stanaru) Kampovi: kampovi sa svim centralnim sadržajima s WC-om, a bez tuševa dnevni kampovi (bez pripreme hrane) luksusni kampovi Stambene kuće: penzioni luksusne kuće kolektivna izgradnja individualni objekti Vikendice sezonskog karaktera Industrija (po osobi) Bolnice (po krevetu) Hoteli sa sanitarnim prostorijama Hoteli sa zajedničkim sanitarnim prostorijama Druge bolničke ustanove Pokretne kuće (po kući) Moteli s WC-om, kadom i kuhinjom Moteli (po krevetu) Piknik-parkovi (po gostu – samo WC) Piknik-parkovi s kupaonicom/WC-om Restauracije (toalet i kuhinjski otpad po gostu) Restauracije (kuhinjski otpad po obroku) Restauracije (samo bar) Obična restauracija (po sjedalu) Snack barovi (po sjedalu) Škole: sa spavanjem (koledž) bez gimnastičkih dvorana, tuševa i kafeterija (dnevno) s tuševima, kafeterijama i gimnastičkim dvoranama (dnevno) s kafeterijom, ali bez tuševa i gimn. dvorana (dnevno) osnovna škola (po učeniku), uz pripremu hrane srednja škola (po učeniku), uz pripremu hrane Servisne stanice (po automobilu) Bazeni Kino (po sjedalu) Kampovi s autoprikolicama, bez priključka vode i kanalizacije (po parkingu) Kampovi s autoprikolicama, s priključkom na vodu i kanalizaciju (po parkingu) Radnici: građevinski na gradilištu službenici Tvornice: bez tuševa (po zaposlenom) s tuševima (po zaposlenom)

36

Količina 15 200 120 30 50 350 180 540 210 260 180 120 800 220 80 400 800 180 150 15 30 30 10 6 110 70 300 50 80 65 40 50 35 35 15 180 350

150 50 80 110


Međutim, često se rješavaju naselja kao cjeline. U tim slučajevima koriste se podaci o urbanim otpadnim vodama izraženi u l/stanovnik/dan. Ova količina uključuje sve otpadne vode koje se javljaju u jednoj urbanoj sredini, izražene po stanovniku. To znači da su uključene kućanske otpadne vode, vode iz ustanova, servisa, sitne industrije, itd. Ova veličina varira od mjesta do mjesta. U pravilu se za gradske sredine uzima 80 – 95% opskrbnih količina (specifična potrošnja po stanovniku): urbane kanalizacijske količine = 80 – 95% specifične potrošnje (l/stanovnik/dan)

To znači da je koeficijent umanjenja 0,8 – 0,95 (Tablica 2.5). Ovi podaci vrijede za uobičajenu situaciju u odnosu na potrošnju vode u naselju, to jest nije uključena potrošnja vode za zalijevanje okućnica. Koristi se specifična potrošnja koja ne uključuje gubitke u vodoopskrbnom sustavu. Tablica 2.5: Koeficijent umanjenja normi potrošnji za proračun otpadnih voda Korisnik kanalizacijskog sustava

Kumanjenja – koeficijent umanjenja

Područje naselja s individualnim tipom stanovanja i relativno malom okućnicom i vanjskom potrošnjom vode Područje naselja s kolektivnim tipom stanovanja bez okućnica i vanjske potrošnje vode Područje naselja s individualnim tipom stanovanja i relativno velikom okućnicom i vanjskom potrošnjom vode Turistički objekti – ovisno o razini vanjske potrošnje

0,70 – 0,80

Industrijska područja – uglavnom sanitarne vode

0,95 0,95 za unutrašnju potrošnju (unutar kuće). Vanjska se potrošnja u pravilu ne uzima u obzir 0,70 – 0,90 0,95 za unutrašnju potrošnju 0,85 – 0,95

U situacijama kad su u veličinu specifične potrošnje uključene potrošne količine vode za zalijevanje zelenila i okućnice i/ili veliki gubici (više od 20%) vode u vodoopskrbnom sustavu, najprije se mora umanjiti veličina specifične potrošnje vode izostavljanjem veličine gubitaka i potrošnje za zalijevanje, a tek potom primijeniti koeficijent umanjenja (0,8 – 0,95). Potrebno je napomenuti da se u europskim zemljama za gradove koristi koeficijent umanjenja od 0,95. U pravilu, razlika između potrošnih i otpadnih voda opada što je naselje više urbanizirano (gušće naseljeno). U više urbaniziranim sredinama zastupljenost zelenih površina kao i duljine vodoopskrbne mreže (potencijalnih gubitaka) je manja po stanovniku. U svakom slučaju, prije nego što se izabere veličina koeficijenta umanjenja, odnosno razlika između količina opskrbnih i otpadnih voda, potrebno je analizirati potrošnju vode i mogućih gubitaka i utvrditi koliko se vode vraća u kanalizacijski sustav, a koliko istječe u teren ili isparava u atmosferu. Kada se rješava problematika velikih naselja s izrazito različitim tipovima izgradnje u pojedinim zonama (potrošnjom vode), treba koristiti odgovarajuće koeficijente umanjenja za svaku zonu posebno, a sve u skladu s rezultatima provedene analize. 37


2.1.2

Mjerodavne količine urbanih otpadnih voda

Mjerodavne količine otpadnih voda su one koje služe za dimenzioniranje pojedinih objekata kanalizacijskog sustava. Poznato je da se potrošnja vode u naselju i njegovim objektima mijenja u vremenu, sezonski, dnevno ili po satu. Kako se mijenja potrošnja, tako se mijenja i otjecanje otpadnih voda. Prema tome, sve što se može reći za promjenu količina otpadnih voda ujedno se može reći i za opskrbnu vodu. Neravnomjernost dotjecanja je rezultat toga što se ukupne dnevne količine vode realiziraju nejednoliko, odnosno njihov najveći dio realizira se tijekom kraćih razdoblja u danu. Što je vrijeme realizacije ili dotjecanja iz nekog potrošnog vremena duže, to je i neravnomjernost otjecanja manja. Znači, veličina neravnomjernosti ovisi o aktivnostima u mjestu potrošnje. U skladu s ovim, svaki objekt je poseban i ima svoju posebnu neravnomjernost. U skladu s ovim, mjerodavni protok otpadnih voda se dobije kao: k Qsred , sat =

Qdne Trealizac ⋅ 3600

(2.1)

k Qsred , sat – satni protok (l/s); Qdne – dnevna količina (l); Trealizac – razdoblje otjecanja (h).

Međutim, unutar razdoblja otjecanja protok se mijenja, tako da se pojavljuju vrhovi vezani za odgovarajuće aktivnosti. To znači da, ovisno o vrsti objekata, ovu količinu treba povećati u odnosu na koeficijent maksimalne neravnomjernosti K, a on je:

K=

k Qmax , sat k Qsred , sat

(2.2)

gdje je: k Qmax , sat – maksimalni satni protok (l/s). U skladu s ovim, maksimalna satna potrošnja nekog objekta jest: k k Qmax ,sat = Qsred ,sat ⋅ K (l/s)

(2.3)

Kad se analizira naselje ili neki njegov dio, postupak je isti kao kod proračuna vodovoda.

Razlikujemo: srednji dnevni, odnosno srednji godišnji (ili sezonski) protok otpadnih voda; maksimalni dnevni protok otpadnih voda unutar prosječne godine ili sezone; maksimalni satni protok unutar dana maksimalne potrošnje. Dnevni protok je: k k Qdne = qspec ⋅ M (l/dan)

Srednji dnevni protok u jedinicama (l/s) je: 38

(2.4)

2. Mjerodavne količine otpadnih i oborinskih voda k Qsred =

k qspec ⋅M

24 ⋅ 3600

(l/s)

(2.5)

gdje je: k Qsred – srednji protok u kanalizaciji (l/s); k qspec – specifična količina otpadnih voda (l/stan/dan);

M

– broj stanovnika.

Maksimalni dnevni protok je: k Qmax , dne =

gdje je: KD

k Qdne ⋅ K D (l/s) 24 ⋅ 3600

(2.6)

– koeficijent maksimalne dnevne neravnomjernosti.

Maksimalna dnevna potrošnja najčešće je srednja dnevna potrošnja u maksimalnom tjednu potrošnje vode u godini, a može se izračunati kao srednja dnevna potrošnja u mjesecu maksimalne potrošnje. Maksimalni satni protok je: k Qmax ,sat =

gdje je: KS

k Qdne ⋅ K D ⋅ K S (l/s) 24 ⋅ 3600

(2.7)

– koeficijent maksimalne satne neravnomjernosti.

U slučaju područja u kojima je značajna sezonska neravnomjernost potrošnje vode unutar računskog razdoblja, posebno se računaju dnevni i satni protoci za razdoblje sezone i za razdoblje izvan sezone. Koriste se iste formule, jednadžbe (2.4) – (2.7), s tim k da se u obzir uzimaju odgovarajući ulazni podaci (M, qspec ) i to za sve kategorije potrošača vode (stanovništvo, vikend-turisti, turisti u različitim smještajnim kategorijama). Dnevna potrošnja u pojedinom razdoblju (dnevna sezonska potrošnja) je tada: k Qdne ,sezonska =

∑q

k spec ,i

⋅ M i (l/dan)

(2.8)

i

gdje je: k Qdne , sezonska – srednji protok u kanalizaciji u računskom razdoblju (l/s); k q spec ,i – specifična količina otpadnih voda za različite kategorije korisnika kana-

Mi

lizacije (l/stanovnik/dan); – broj pojedinih kategorija korisnika kanalizacije (turista, stanovnika).

Ako su promjene dnevne potrošnje unutar sezonskog razdoblja male (ovo uglavnom k vrijedi za količine koje generiraju turisti), odnosno ako su specifične količine q spec ,i maksimalne za to razdoblje, tada se izostavlja (ne računa) maksimalna dnevna potrošk nja unutar računskog razdoblja, jer se smatra da je to Qdne , sezonska . Naravno, uvijek se računa odgovarajuća maksimalna satna potrošnja za taj dan. 39


Ovaj je pristup dobar za proračun mjerodavnih količina otpadnih voda koje generiraju sezonski korisnici kanalizacije (turisti), ali ne i za proračun mjerodavnih količina otpadnih voda koje generiraju stalni stanovnici. Zbog toga je za pojedino vremensko razdoblje ispravnije izračunati maksimalnu dnevnu količinu otpadnih voda odvojeno za turiste (bez koeficijenta dnevne neravnomjernosti KD) i za stalne stanovnike (s godišnjim KD), zbrojiti, izračunati jedinstvenu maksimalnu dnevnu količinu otpadnih voda u sezoni, i onda izračunati jedinstvenu satnu količinu otpadnih voda pripadajućeg slijevnog područja korištenjem odgovarajućeg koeficijenta KS. Vršna satna potrošnja ne događa se za sve vrste korisnika (domaćinstva, uredi, trgovine, industrija) u istome satu. Stoga se, strogo teoretski, ukupni maksimalni satni protok ne bi trebao računati zbrajanjem maksimalnih satnih protoka pojedinih vrsta korisnika; umjesto toga, trebao bi se izračunati na temelju zbirnog grafa satne potrošnje. Međutim, ovaj je postupak nepraktičan pa se zbog toga maksimalni satni protok pojednostavnjeno izračunava kako to prikazuje Okvir 2.1. Ovo je pojednostavnjenje prihvatljivo zbog toga što je potrošnja u domaćinstvima najčešće višestruko veća od ostalih potrošnji, pa je i eventualna greška uslijed pojednostavnjenja mala. Ako su, pak, količine potrošnje za pojedine vrste korisnika podjednake i velike, poželjno je detaljnije analizirati satnu potrošnju u sustavu. 2.1.3

Koeficijenti neravnomjernosti protoka

Rečeno je da je potrošnja vode promjenjiva veličina koja se stalno mijenja tijekom vremena. Promjene su godišnje, dnevne (mjesečne) i satne, a ovise o nizu faktora: klimatskim uvjetima, temperaturama, godišnjem dobu, rasporedu radnog vremena zaposlenih, navikama stanovništva, itd. Sve se ove promjene moraju na odgovarajući način uključiti u proračun, kako bi sustav mogao zadovoljiti sve potrebe za vrijeme eksploatacijskog razdoblja. Ove neravnomjernosti utječu na pojedine dijelove sustava na različite načine, stoga ih je potrebno na različite načine uključiti u proračun: godišnje se promjene zanemaruju u ovisnosti o prirodnim promjenama i promatraju se kao funkcija koeficijenta civilizacije i aktivnosti stanovništva. Ove se veličine obuhvaćaju odabiranjem odgovarajuće specifične potrošnje vode za pojedina razdoblja eksploatacije sustava; dnevne neravnomjernosti potrošnje tijekom godine su značajne, i u proračun je bitno uključiti dnevne minimume i maksimume; satna neravnomjernost tijekom dana je bitna za dimenzioniranje, a posebno za upravljanje kanalizacijskim sustavom, i neophodno ju je uključiti u proračun. Sve se ove neravnomjernosti u proračun uključuju uvrštavanjem odgovarajućih koeficijenata. O ispravnosti zadavanja vrijednosti koeficijenata ovisit će ispravno funkcioniranje cijelog sustava, stoga im treba posvetiti veliku pozornost. Veličine koeficijenata su navedene u odgovarajućim skriptama o vodovodu.

40


Okvir 2.1: Maksimalno otjecanje Vršno otjecanje nije isto za domaćinstva, urede, trgovine ili industriju. Zato se u proračunu količina ovih korisnika trebaju koristiti pripadajući koeficijenti dnevne i satne neravnomjernosti. Proračun maksimalnog zadanog protoka u (l/s) je tako: ⎞ ⎛ 24 365 ⎞ 24 ⎛ ⎞ ⎛ 24 365 Qmax ,satna = ⎜ K D ⋅ ⋅ Qd ,srednji ,dnevni ⎟ + ⎜⎜ ⋅ ⋅ Qu ,srednji ,dnevni ⎟⎟ + ⎜⎜ ⋅ ⋅ Qi ,srednji ,dnevni ⎟⎟ x ⎝ ⎠ ⎝ xu yu ⎠ ⎝ xi yi ⎠

Srednji dnevni protok u domaćinstvima (Qd,srednji,dnevni), uredima i trgovinama (Qu,srednji,dnevni), i industriji (Qi,srednji,dnevni), je prosječna godišnja dnevna veličina izražena u (l/s). Veličine y (izražavaju se u danima) iskazuju broj radnih dana u godini. Veličine x (izražavaju se u satima) iskazuju broj sati otjecanja, odnosno broj sati rada tijekom jednog dana.

Ove se vrijednosti mogu i numerički opisati: postoje jednadžbe za proračun koeficijenta neravnomjernosti, npr. sljedeća formula Fedorova /54/: K=

2,69 0,121 Qsred

(2.9)

gdje je: K – opći koeficijent neravnomjernosti; Qsred – srednji dnevni protok (l/s). Ovaj izraz je pogodan jer omogućava određivanje općeg koeficijenta neravnomjernosti za različita slijevna područja u funkciji Qsred. Može se prikazati i grafički (Slika 2.1). k Valjanost ove formule ovisi o veličini qspec koja, osim broja korisnika, također utječe na veličinu srednjeg protoka. U odnosu na vrijeme kada je postavljena formula Fedok . Zbog toga primjena ove formule u današrova, danas je bitno smanjena veličina qspec njim uvjetima daje koeficijente koji su na strani sigurnosti. Koeficijent neravnomjernosti može se izraziti kroz ukupno vrijeme trajanja dnevnog otjecanja, odnosno kao: K = 24 (2.10) x gdje je: x – ukupno satno trajanje dnevnog otjecanja. U slučaju proračuna maksimalnog (vršnog), srednjeg i minimalnog satnog otjecanja koriste se odgovarajuće veličine x, odnosno ekvivalentni broj sati dnevnog otjecanja. Ovi koeficijenti služe za proračun satnog otjecanja u danu maksimalne potrošnje. Važni su za dimenzioniranje kanalizacijske mreže (vršno otjecanje), ali i objekata na njoj (retencija, uređaja za pročišćavanje otpadnih voda) jer pružaju cjelovitiju sliku režima tečenja otpadnih voda tijekom dana.

41

J. Margeta: Odvodnja naselja K

Stupanj maks. varijacija

4

3

2

1 1

10

100

1000

Qsred (l/s)

Slika 2.1: Koeficijenti neravnomjernosti po formuli Fedorova

Koeficijent neravnomjernosti potrošnje vode, odnosno otjecanja otpadnih voda, nije statična veličina već se mijenja sukladno razvoju (rastu) naselja. To znači da koeficijent neravnomjernosti neće biti isti na početku i na kraju planskog razdoblja kanalizacijskog sustava. U slučaju manjih naselja koja će se tijekom vremena značajno mijenjati tijekom planskog razdoblja (promjena broja stanovnika između početka i kraja razdoblja proračuna veća od 50%), razlike su značajne i moraju se uvijek analizirati. Gdje je god moguće potrebno je koristiti koeficijente neravnomjernosti potrošnje vode na temelju izmjerenih veličina, a naročito za početak razvoja kanalizacijskog sustava. U pravilu, to je moguće napraviti za svako naselje u kojem postoje pouzdani podaci o veličinama potrošnih voda. Veličine koeficijenata neravnomjernosti otjecanja otpadnih voda za konačno stanje razvoja kanalizacijskog sustava treba proračunati na temelju izmjerenih veličina za početno stanje, podataka, podataka iz literature za naselja slične veličine i strukture potrošnje vode, a sve na temelju provedene analize. 2.1.4

Proračun mjerodavnih količina otpadnih voda na temelju broja i vrste sanitarnih uređaja

U slučaju kada je potrebno proračunati mjerodavne količine za dimenzioniranje kanalizacije pojedinih manjih stambenih i drugih objekata ili manje grupe objekata, proračun se radi na temelju broja i vrste sanitarnih uređaja. Prikazat ćemo empirijski postupak u skladu sa EN 752 – 4:1997, prilog C. Čimbenici na temelju kojih se određuje veličina mjerodavnog protoka su: broj i tip uređaja koji su povezani s kanalizacijom i vjerojatnost njihovoga istovremenog korištenja; količina vode iz svakog uređaja; prosječno trajanje istjecanja iz uređaja; očekivani interval korištenja uređaja. Koristi se sljedeća empirijska formula: Q = k DU ⋅

gdje je: 42

∑ DU


Q kDU DU

– mjerodavna količina otpadnih voda (l/s); – koeficijent učestalosti korištenja (bezdimenzionalni broj, Tablica 2.6); – jedinica za količinu vode pojedinog uređaja (bezdimenzionalni broj, Tablica 2.7)

Da bi se dobio protok, koeficijent kojeg prikazuje Tablica 2.6 se množi sa 1 l/s. Tablica 2.6: Tipične veličine koeficijenta učestalosti (kDU) Tip zgrade

kDU

Stanovi, prenoćišta, uredi (povremeno korištenje) Bolnice, škole, restorani, hoteli (češće korištenje) Javni sanitarni uređaji i/ili tuševi otvoreni za javnost (vrlo često korištenje) Laboratoriji i specijalne zgrade (posebna korištenja)

0,5 0,7 1,0 1,2

Tablica 2.7: Tipične veličine jedinica za količinu vode (DU) Tip uređaja Umivaonik, tuš Pisoar Kada, sudoper Perilica suđa Kućna perilica rublja Perilica rublja u servisima WC (ispirač 4 – 9 l) Podni slivnici

DU 0,3 – 0,6 0,3 – 0,8 0,8 – 1,3 0,2 – 0,8 0,5 – 0,8 1,0 – 1,5 1,2 – 2,5 0,8 – 2,0

Napomena: veličina DU ovisi o tipu uređaja i njegovoj veličini. Ako podaci nisu poznati, koristi se gornja granica (najveći DU) iz tablice.

2.1.5

Tuđe vode

Tuđe vode su vode koje se javljaju u kanalizacijskom sustavu, a nisu očekivane za pojedini tip kanalizacije. To su vode koje nisu komunalne ili tehnološke otpadne vode u kanalizaciji otpadnih voda, odnosno vode koje nisu površinske oborinske vode u kanalizaciji oborinskih voda. Tuđe vode u kanalizaciji otpadnih voda su: infiltracijske vode, koje u kanale infiltriraju iz podzemlja; i površinske vode, koje u kanale dotječu kroz razne otvore, priključke i ispuste s površine i krovova. U kanalizaciji oborinskih voda, tuđe vode su otpadne vode. Nijedan kanalizacijski sustav nije u potpunosti vodonepropustan. Tečenje u kanalizaciji je gravitacijsko sa slobodnim vodnim licem, stoga kanali u terenu funkcioniraju kao drenažni i infiltracijski. Što je kanalizacija više propusna, to je intenzivnija i izmjena voda s podzemljem. Ako je razina vode u podzemlju veća od razine vode u kanalizaciji, doći će do dotjecanja vode iz okolnog terena u kanalizaciju i obrnuto, ako je razina vode u kanalizaciji viša od razine vode u podzemlju doći će do istjecanja vode iz kanalizacije u okolni teren (Slika 2.2). 43


Pw – omočeni unutrašnji obod cijevi PW1 – omočeni vanjski obod cijevi

hW – dubina vode u cijevima hGWL – razina podzemne vode

Slika 2.2: Dotjecanje (infiltracija) i istjecanje (eksfiltracija) iz kanala

Problematika dotjecanja (infiltracije) vode u kanalizaciju važna je za dimenzioniranje i upravljanje kanalizacijom. Problematika istjecanja (eksfiltracije) važna je za očuvanje okoliša i zaštitu podzemnih voda od onečišćenja, stoga je važna za upravljanje okolišem i vodama, odnosno kanalizacijskim sustavom. U tuđe vode spadaju i sve druge vode koje su nekontrolirano dotekle u kanalizaciju otpadnih voda. To su: procjedne vode kroz otvore poklopaca i druge dijelove okana, ilegalni priključci krovnih i drugih površinskih voda, itd. (Slika 2.3).

1 – Priključak krovnih voda 2 – Otvor na dovodniku 3 – Lomovi i napukline na cjevovodu kućnog priključka 4 – Korijenje u kanalima 5 – Priključak oborinskih voda 6 – Oborinski kanal

7 – Priključak temeljne drenaže 8 – Loša izvedba priključka otpadnih voda 9 – Loša izvedba i propuštanje na poklopcu revizijskog okna otpadnih voda 10 – Kanal otpadnih voda 11 – Revizijsko okno koje se urušava 12 – Lomovi ili napuklina na cjevovodu

Slika 2.3: Infiltracija i površinsko dotjecanje vode u kanale (tuđe vode)

44


S obzirom na uobičajene količine ovih voda (najčešće vrlo male u odnosu na oborinske vode), tuđe vode se ne uzimaju u obzir za dimenzioniranje kanala oborinske i mješovite kanalizacije, već jedino u proračunu kanalizacije otpadnih voda. Količine tuđih voda su rezultat: općih značajki područja (tehničke razine, poštovanja propisa i slično); geoloških, hidrogeoloških i hidroloških svojstava područja; karakteristika izvedbe kanalizacije (kakvoća izvedbe, uporabljeni materijali i slično), starosti kanalizacije te kakvoće održavanja i postojanja oborinske kanalizacije. Budući da su ove značajke različite u različitim urbanim sredinama, vrlo je teško precizno odrediti količine tuđih voda. Jedina mogućnost procjene ovih voda je njihovo mjerenje na sličnim, već izgrađenim sustavima. Budući da kod nas takva mjerenja nisu obavljana, ne preostaje nam ništa drugo nego koristiti iskustva drugih zemalja, ali uvijek vodeći računa o našim lokalnim i posebnim uvjetima. Ako ovakva mjerenja i postoje, javlja se problem interpretacije izmjerenih veličina i njihovog korištenja za proračun količina vode na drugim dijelovima sustava ili drugim sustavima. Zbog toga se količine tuđih voda izražavaju u postotku otpadnih voda, u (l/s) po kilometru kanalizacijske mreže ili (l/s) po hektaru pripadajuće slijevne površine. S obzirom da ne postoji općeprihvaćena metodologija proračuna tuđih voda, njihov proračun treba napraviti u skladu s najboljim mogućnostima, uvijek sagledavajući sveukupne značajke i funkcioniranje cjelokupnog kanalizacijskog sustava u svim razdobljima i režimima otjecanja voda (sušno, kišno, vršno, itd.). Za neke gradove u Njemačkoj (Popel /80/) ove količine su sljedeće: Tablica 2.8: Količine tuđih voda /80/ Tuđe vode ex SR Njemačka Hamburg Bremen Prijedlog za dimenzioniranje

% svih voda l/s/ha područja l/s/km mreže 30 23 30 50

0,036 0,041 0,064 0,060

0,30 0,38 0,40 0,50

U skladu s ovim, količine koje se uzimaju su skoro jednake količinama otpadnih voda. Međutim, druga njemačka literatura /88/ predlaže veličine koje prikazuje Tablica 2.9. Kao što se može vidjeti, ove su vrijednosti dosta velike, a razlika u najvećoj mjeri proizlazi iz količine infiltriranih voda. U uvjetima visokih podzemnih voda, čestih oborina i uobičajene kakvoće izvedbe mreže, ove veličine su prihvatljive. Količina tuđih voda po jedinici slijevne površine u pravilu raste što je površina gušće naseljena, odnosno što je koeficijent otjecanja veći. Pretpostavlja se da veća gustoća stanovanja, odnosno koeficijent otjecanja, za posljedicu ima veću duljinu kanalizacijske mreže, veći broj priključaka i priključnih okana, a time više spojeva i potencijalnih mjesta infiltracije i nekontroliranog ispuštanja oborinskih voda.

45


Tablica 2.9: Količine tuđih voda /88/ Srednji koeficijent otjecanja

Srednje količine tuđih voda (l/s/ha)

0,15 0,30 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

0,25 0,40 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35 1,50

Kada se analizira situacija u Splitu u odnosu na hidrogeološke, geološke i topografske osobine područja, može se pretpostaviti da će količine tuđih voda biti znatno manje od prikazanih (strmi teren, suha klima, krški propustan teren, nema podzemnih voda osim u priobalju gdje kanalizacija može biti pod utjecajem mora). U skladu s ovim, za područje Splita i slična područja su predloženi ulazni podaci za proračun tuđih voda koje prikazuje Tablica 2.10. Tablica 2.10: Količine tuđih voda za područje Splita Srednji koeficijent otjecanja

Srednje količine tuđih voda (l/s/ha)

0,15 0,30 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

0,12 0,20 0,38 0,45 0,50 0,60 0,65 0,70

U smjernicama ATV 118, za kanalizacijske sustave sa visokim i pretežito stalnim podzemnim vodama predlaže se: Qtuđe = Qmaksimalno,satno

gdje je: Qmaksimalno,satno = [komunalne otpadne vode + industrijske otpadne vode]

Iz prikazanih podataka vidimo da postoje razlike između pojedinih zemalja. Najdjelotvorniji način određivanja količina tuđih voda je neprekidno mjerenje protoka u kanalizacijskom sustavu u razdoblju od najmanje jedne godine. Mjerna mjesta moraju se odrediti tako da obuhvate sve karakteristične dijelove kanalizacijskog sustava u odnosu na moguće utjecaje i promjenjivost veličina tuđih voda.

46


Kod nas se kod projektiranja novih kanala uglavnom koristi postupak u kojem se veličina tuđih voda određuje kao postotak od otpadnih voda i to: kanalizacijski sustavi sa visokim i pretežito stalnim podzemnim vodama (kontinentalni dio Hrvatske, obalna područja pod utjecajem mora, uzimajući u obzir razinu plime): Qtuđe = Qsred,dne kanalizacijski sustavi bez značajnih i stalnih podzemnih voda (krška područja u Hrvatskoj): Qtuđe = 0,5 · Qsred,dne gdje je: Qsred,dne = [komunalne otpadne vode + industrijske otpadne vode].

Tuđe vode se uzimaju u obzir za dimenzioniranje kanala u kanalizaciji otpadnih voda: Qmjerodavno = Qtuđe + Qmaks,satno

U mješovitoj kanalizaciji i kanalizaciji oborinskih voda tuđe vode se izostavljaju. Međutim, tuđe vode se moraju uzeti u obzir kod proračuna posebnih građevina, crpnih stanica, preljeva, retencijskih bazena, uređaja i slično. Tuđe vode se uzimaju u obzir za proračun stanja mjerodavnih količina u sušnom i kišnom razdoblju rada sustava. Iznimno, u krškim područjima gdje nema stalnih podzemnih voda koje mogu utjecati na kanale, tuđe vode se računaju samo za proračun protoka u kišnom razdoblju. U slučaju sanacije i obnove starih kanalizacija, te dimenzioniranja objekata i uređaja na već izgrađenoj staroj kanalizaciji, tuđe se vode uglavnom procjenjuju na temelju mjerenja. Analiziraju se protoci koji generiraju otjecanje u kanalizaciju i izračunate veličine protoka. Razlike u izmjerenim količinama su količine infiltracije (dotjecanja) ili eksfiltracije (istjecanja). Mjerenja treba provoditi u razdoblju najmanjih protoka otpadnih voda (npr. tijekom noći s nedjelje na ponedjeljak). Da bi bila valjana, mjerenja se moraju provesti barem dva puta mjesečno. Za dimenzioniranje kanalizacijskog sustava koristi se srednja vrijednost maksimalnog mjeseca. Tuđe vode su u literaturi najmanje obrađene od svih voda koje se koriste za dimenzioniranje kanalizacijskog sustava. Ne postoje čvrsta pravila kako se one koriste i procjenjuju. Zbog svega toga, veličine koje će se koristiti za dimenzioniranje moraju se vrlo oprezno odabrati, a usvojene veličine dobro obrazložiti. 2.1.6

Industrijske tehnološke vode

Količine tehnoloških voda koje dolaze u kanalizaciju teško je normirati jer su tehnologije različite. Zbog toga količine ovih voda treba analizirati od slučaja do slučaja. To znači da svako prisustvo tehnoloških otpadnih voda treba analizirati pojedinačno, u skladu s tehnologijom pogona i količinom vode koju troši, odnosno koja dospijeva u kanalizaciju. To posebno vrijedi za glavne i izvedbene projekte.

47


U slučaju idejnih rješenja (iznimno, i idejnih projekata), podaci o količinama otpadnih voda mogu se uzimati i iz literature, ali uz odgovarajući komentar njihove prikladnosti za konkretan slučaj. Kada se rješava problematika industrijskih tehnoloških voda, mora se voditi računa o uvjetima priključenja ovih voda na kanalizacijski sustav i to u odnosu na količine i kakvoću otpadnih voda. Kakvoća tehnoloških otpadnih voda je različita; ove su vode vrlo često štetne za kanalizacijsku mrežu i proces pročišćavanja gradskih otpadnih voda. Zbog toga se uvijek propisuje kakvoća industrijskih otpadnih voda koju one moraju imati prije priključenja na kanalizacijski sustav. Režim ispuštanja otpadnih voda pojedine industrije vrlo je poseban i zbog toga može znatno utjecati na režim otjecanja otpadnih voda u kanalizacijskom sustavu. Ukoliko ovaj režim nije poznat, projektant treba propisati režim ispuštanja industrijskih otpadnih voda u gradski kanalizacijski sustav u skladu s usvojenim kapacitetima kanalizacijske mreže, crpnih stanica, uređaja za pročišćavanje i drugih objekata kanalizacijskog sustava. Prema ATV–A 118, za industrijska i trgovačka područja za koja se ne zna količina otpadnih voda predlažu se sljedeće jedinične količine: aktivnosti s malim utroškom voda: 0,5 l/s/ha; aktivnosti sa srednjim utroškom voda: 1,0 l/s/ha; aktivnosti s velikim utroškom voda: 1,5 l/s/ha. 2.1.7

Proračun mjerodavnih količina otpadnih voda

Osnovni karakteristični protoci koji se koriste u dimenzioniranju kanalizacijskog sustava su ovi: maksimalni (vršni) satni protok; srednji satni protok u maksimalnom danu; minimalni satni protok. Kanali i objekti na kanalizacijskoj mreži dimenzioniraju se na maksimalni (vršni) satni protok. Uređaj za pročišćavanje, a ponekad i drugi objekti kanalizacijskog sustava (crpne stanice) dimenzioniraju se (i analizira njihov rad) na vršni satni dotok i srednji satni protok u razdoblju od 8 – 20 sati, a sve kako bi se dobilo funkcionalno sigurno i racionalno rješenje. Međutim, najbolje bi bilo uvijek poznavati sve karakteristične protoke u sustavu, jer se tako dobije prava slika o veličinama protoka tijekom dana u kanalizacijskom sustavu. To posebno vrijedi za tlačne cjevovode, sifone i slične osjetljive građevine, gdje je važno poznavati vrijeme zadržavanja otpadnih voda u njima. Proračun se najčešće provodi tablično tako da sadrži elemente koje prikazuje Tablica 2.11. Prikazanu tablicu treba prilagođavati stvarnim karakteristikama područja za koje se rješava kanalizacijska odvodnja, odnosno vrsti otpadnih voda koje se objedinjavaju u kanalizacijski sustav. Danas se za proračun koriste odgovarajući programi (tablični kalkulator, proračunska tablica) koji imaju ispis sličan prikazanome.

48


Posebno je važno uočiti postoje li bitne razlike između količina u pojedinim razdobljima godine. Ukoliko su razlike veće od 30%, potrebno je obaviti proračun za oba razdoblja. Tipičan su primjer manja turistička naselja u kojima se broj stanovnika i količina potrošnje vode bitno razlikuju u ljetnom i zimskom razdoblju. U ovakvim je situacijama potrebno proračunati mjerodavne količine za ljetne i zimske uvjete, te analizirati rad sustava za oba razdoblja. Tablica 2.11: Elementi proračuna mjerodavnih količina otpadnih voda Broj

Uzvodni čvor

1

2

Dionica Nizvodni čvor 3

Duljina dionice (m) 4

Komunalne otpadne vode Broj stanovnika Specifična Srednji potrošnja protok (l/stan./dan) (l/s) 5 6 7

Komunalne otpadne vode Koeficijent Protok (l/s) neravnomjernosti Vlastiti Tranzitni Ukupni 8 9 10 11 Jedinična Broj potrošnja potrošača/ (l/pro/smj) proizvođača 15 16

Površina (ha) 12

Tuđe vode Specifični Protok dotok po ha (l/s) 13 14

Industrijske vode Protok (l/s) Srednji Koeficijent protok neravnomjernosti Vlastiti Tranzitni Ukupni (l/s) 17 18 19 20 21

Koncentrirani dotok (crpke) (l/s) 22

Ukupno (11+14+21+22) (l/s) 23

Ukupno (11+21+22) (l/s) 24

Proračun je potrebno obaviti i u odnosu na planirane etape razvoja kanalizacijskog sustava, odnosno područja odvodnje. Kao što je rečeno, tijekom razvoja određenog područja mijenjaju se osnovne ulazne veličine za dimenzioniranje kanalizacijskog sustava: specifična potrošnja vode, broj stanovnika priključenih na kanalizaciju, koeficijent neravnomjernosti, količine tuđih voda, itd. Na temelju očekivanih promjena i dobivenih količina otpadnih voda treba odabrati mjerodavne količine za dimenzioniranje sustava u pojedinim etapama njegova razvoja. Pri odabiru mjerodavnih količina treba voditi računa o ekonomskim i tehnološkim karakteristikama kanalizacijskog sustava, vijeku trajanja njegovih pojedinih elemenata i valjanosti, odnosno pouzdanosti ulaznih podataka. Na primjer, uštede na dimenzijama cijevi nisu znatne ako se usporede sa troškovima izvedbe, jer je cijena cijevi dio od samo 10 – 20% ukupnih troškova izvedbe metra dužnog kanala, a vijek trajanja cijevi je dug (više od 30 godina). Prema tome, naknadna zamjena početno izvedenih manjih profila većim profilima u pravilu je daleko sakuplja od ugradnje cijevi većih profila odmah pri izgradnji sustava. Međutim, situacija je drugačija kada se govori o elementima kanalizacijskog sustava čije je plansko razdoblje (vijek trajanja) znatno kraće, kao što su razni uređaji i crpke. U ovom slučaju najracionalnije je dimenzionirati ove uređaje 49


maksimalno za njihov vijek trajanja, što znači da je potrebno izračunati mjerodavne količine otpadnih voda i za to razdoblje razvoja kanalizacijskog sustava. U svakom slučaju, u svakoj etapi razvoja kanalizacijski sustav treba funkcionirati u skladu s pravilima struke i drugim posebnim lokalnim zahtjevima. Zbog toga je izuzetno važno dobro se upoznati sa svim karakteristikama područja za koje se kanalizacijski sustav rješava i na temelju utvrđenih potreba izračunati mjerodavne količine otpadnih voda. Uvijek je dobro i preporučuje se izračunati mjerodavne količine za više razdoblja razvoja kanalizacijskog sustava: početno razdoblje, 10 godina, 20 godina i 30 godina.

2.2

Oborinske vode

Problem određivanja hidroloških veličina potrebnih za dimenzioniranje i projektiranje objekata odvodnje oborinskih voda sastavni je dio rješavanja problema kanalizacije naseljenih područja. Hidrološka veličina koja se najčešće određuje je protok Q vrha hidrograma, a rjeđe cjelokupni hidrogram. Protok je potreban radi dimenzioniranja i projektiranja kanala, dok je cjelokupni hidrogram potreban za dimenzioniranje i projektiranje objekata, kao što su ovi: crpne stanice, bazeni za oborinske vode, preljevi, bazeni za izjednačavanje protoka, uređaji za pročišćavanje voda, itd. Hidrogram je potreban i za određivanje utjecaja oborinskih voda na okoliš. Metode koje se koriste za određivanje hidrograma i veličina protoka oborinskih voda su brojne, a zasnivaju se na različitim pretpostavkama i ulaznim podacima. U mnogim zemljama (Njemačka, Engleska) proračun mjerodavnih količina oborinskih voda je standardiziran i propisan odgovarajućim uputama. U našoj zemlji takvi propisi ne postoje i koriste se različite metode u skladu s projektantovim iskustvom i naobrazbom. Zadnjih se godina postupak proračuna ipak ujednačio i sveo na korištenje racionalne formule i standardnih simulacijskih modela koji prevladavaju na tržištu (STORMCAD, MOUSE). Ovaj je problem donekle riješen Prihvaćanjem EN, jer EN 752-4 preporučuju korištenje racionalne formule. Određivanje mjerodavnih količina oborinskih voda je hidrološki problem koji u slučajevima složenih sustava uglavnom rješavaju hidrolozi, dok inženjeri (uz konzultiranje hidrologa) uglavnom rješavaju problem u jednostavnijim situacijama. U ovom poglavlju prikazat će se osnovne karakteristike procesa nastajanja i kretanja oborinskih voda u urbanim sredinama i uobičajene metode proračuna mjerodavnih količina. Daleko više može se naći u bogatoj specijaliziranoj literaturi /32, 19/. 2.2.1

Otjecanje

Osnovne karakteristike površinskog otjecanja u urbanim sredinama

Otjecanje u urbanim ili izgrađenim sredinama različito je od otjecanja u prirodnim sredinama. Urbanizacijom nekog područja mijenjaju se osnovne karakteristike prostora, odnosno slijevne površine. Prirodne površine i zelenilo zamjenjuju objekti, prometnice i drugi vodonepropusni elementi urbane sredine, zbog čega se mijenjaju osnovne komponente procesa otjecanja. U prirodnim sredinama najveći dio oborina se infiltrira u podzemlje iz kojeg dijelom isparava, a dijelom otječe u podzemne vodonosnike (Slika 2.4). Iz podzemlja vode sporo istječu u površinske tokove i tako formiraju njihovo otjecanje u sušnim razdob50


Protok

ljima. U urbaniziranim i izgrađenim sredinama manje vode infiltrira u podzemlje, razina podzemnih voda opada, pa opada i otjecanje površinskim vodama tijekom sušnog razdoblja, mijenja se oblik hidrograma, smanjuje se vrijeme koncentracije i povećava vrh hidrograma. Urbanizacijom se smanjuje i količina oborina koja isparava u atmosferu jer se smanjuju zelene površine, a time i procesi evapotranspiracije. Budući da se smanjuju dvije osnovne komponente otjecanja, u izgrađenim područjima povećava se treća komponenta – površinsko otjecanje (Slika 2.4), i to nekoliko puta ovisno o stupnju izgrađenosti prostora. U pravilu volumen površinskih voda raste 1,5 – 2 puta, a vršno otjecanje 2 – 5 puta. Ako se ovome doda otjecanje kroz kanalski sustav, tada je povećanje izlaznog hidrograma za cjelokupno slijevno područje i veće.

Urbanizirano područje

Prirodno područje prije urbanizacije

Vrijeme

Slika 2.4: Promjena hidrograma otjecanja izgradnjom (urbanizacijom) nekog područja

Oborinski sustav kanalizacije se gradi da bi prikupio ovaj višak voda u urbanim sredinama i ispustio ga u lokalne prirodne tokove. Ispuštanjem ovih voda bitno se mijenja stanje u prirodnim tokovima, tako da dolazi do povećanja razine vode, brzine vode, vodene površine i drugih učinaka u skladu s povećanjem protoka. Ove promjene mogu biti štetne na nizvodnim područjima uz vodotoke. Drugi problem u urbanim sredinama jest erozija zemljišta koja nastaje kao posljedica uništenja prirodnog pokrova zemljišta i ono postaje izloženo povećanom djelovanju površinskog otjecanja. Rezultat erozije je gubitak površinskog sloja zemljišta, zamućenje prijamnika oborinskih voda, taloženje sedimenta u prijamnicima, kanalima i uređajima za pročišćavanje. Zbog povećanog protjecanja u prirodnim vodotocima povećava se i erozija samih vodotoka što može imati za posljedicu urušavanje obala i produbljenje dna. U skladu s ovim promjenama i karakteristikama otjecanja potrebno je koristiti odgovarajuće metode proračuna vršnog otjecanja i volumena vode, a one su u pravilu jednostavnije nego metode proračuna za prirodne sredine. Bit proračuna je određivanje neto oborine. Opća bilančna jednadžba za neko slijevno područje je:

P = (G + E z + Pn ) + (I + S d ) gdje je: P G

(2.11)

– oborina; – gubici na raslinju i drugim objektima; 51


Ez Pn I Sd

– evaporacija sa terena i depresija; – neto oborine; – infiltracija; – volumen depresija.

Neto oborina opisuje se kao dio oborina koji dotječe do vodotoka kao površinsko otjecanje. Evaporacija iz tla i depresija Ez se za vrijeme jačih oborina može zanemariti u odnosu na veličinu drugih faktora. U skladu s time izravno površinsko otjecanje Pn je ostatak otjecanja kad se od njega oduzmu gubici na raslinju i drugim objektima, infiltracija i zadržavanje u depresijama. Utvrđivanjem veličine ukupnih gubitaka oborine u odnosu na površinsko otjecanje L sa I + S d + G , dobije se veličina neto oborine, odnosno površinsko otjecanje kao:

Pn = P − L L = I + Sd + G

(2.12)

Prema tome, gubici površinskog otjecanja su gubici s raslinja i objekata koji se vraćaju u atmosferu isparavanjem, dio oborina koji infiltrira u tlo i dio oborina koji se zadržava u površinskim depresijama. Količine vode koje će dotjecati u oborinsku kanalizaciju dio su oborina od kojih se oduzmu gubici. U izgrađenim, urbaniziranim područjima, veličina površinskih depresija je mala, kao i gubici kroz infiltraciju (slabo propusne površine) i isparivanje. Gubici na isparivanju i gubici u depresijama zanemarivi su u slučajevima velikih oborina. Poznavajući veličinu ukupnih gubitaka L i mjerodavne oborine P moguće je proračunati veličinu dotjecanja oborinskih voda u oborinsku kanalizaciju. 2.2.2

Racionalna metoda

Osnove

Proračun vršnog (maksimalnog) protoka oborinskih voda uobičajeno se obavlja primjenom racionalne (Lloyd-Davies) metode. Metoda se primjenjuje na sljevovima manjim od 13 km2, kod kojih je slijevna površina više nepropusna nego propusna a propusnost se značajno ne mijenja s trajanjem kiše, kao što je slučaj u urbanim sredinama. Prema EN 752-4 metoda se primjenjuje za urbane površine do veličine od 200 ha ili vrijeme koncentracije do 15 minuta. Jednadžba glasi:

Q = C ⋅ i ⋅ A (l/s) gdje je: Q C i A

(2.13)

– vršni protok (l/s); – koeficijent otjecanja; – intenzitet oborina (l/s/ha); – slijevna površina (ha).

Da bi se metoda mogla primjenjivati, potrebno je raspolagati ITP-krivuljama u funkciji trajanja padavina t i povratnog razdoblja P, te karakteristikama A i C slijevne površine. 52


Osnovno načelo racionalne metode je da će se uz uvjete jednolikog intenziteta kiše na cijelom slijevnom području, maksimalno otjecanje pojaviti na računskom profilu u trenutku kada cjelokupno slijevno područje sudjeluje u formiranju otjecanja. To je vrijeme maksimalnog otjecanja ili vrijeme koncentracije tc i jednako je vremenu potrebnom da kap efektivne kiše od najudaljenije točke slijeva dođe do računskog profila ili razmatrane točke. Druga ključna pretpostavka je da je povratno razdoblje računatog vršnog otjecanja isto kao za projektirani pljusak i da je intenzitet kiše jednolik u cijelom razdoblju i na cijelom analiziranom području. Uz ovakve pretpostavke ova metoda daje dobre rezultate za manje sljevove. U velikim sustavima gdje je kanalizacijska mreža velika kao i slijevno područje, odnosno gdje je značajno dugotrajno otjecanje, kao i zaustavljanja u otjecanju zbog zadržavanja vode na slijevu i u kanalizacijskoj mreži, potrebno je koristiti metode koje uzimaju u obzir različito otjecanje u pojedinim dijelovima sustava kao i promjenjivost veličine kiše na jednom većem prostoru. 2.2.3

Intenzitet kiše i njegov izbor

Intenzitet kiše je veličina oborine u vremenu. U racionalnoj formuli intenzitet je srednji intenzitet kiše određene vjerojatnosti P u vremenskom razdoblju jednakom vremenu koncentracije tc. U skladu s ovim, mjerodavni intenzitet koji se koristi u formuli je u funkciji vremena koncentracije i vremena ponavljanja kiše. Postoji cijeli niz metoda za definiranje ITP-krivulja. Najbolje rezultate daju metode koje koriste podatke s pluviografa (automatskog registratora palih oborina). Ova problematika obrazložena je u poglavlju 2.2.2. Vrijeme koncentracije

Vrijeme koncentracije je vrijeme potrebno da kap efektivne oborine doteče od najudaljenije točke slijeva do računskog profila. Razlikujemo: t1 – vrijeme površinske koncentracije (vrijeme do ulaska u kanalizaciju); t2 – vrijeme tečenja kroz oborinsku kanalizaciju.

tc = t1 + t 2 (s)

(2.14)

Vrijeme do ulaska u kanalizaciju jest vrijeme potrebno da kap kiše doteče od najudaljenije točke slijeva do oborinske kanalizacije i od njega počinjemo proračun mreže. Ovo vrijeme ovisi o karakteristikama površine, uređenju terena i povratnom razdoblju kiše koja se računa. U pravilu je vrijeme površinske koncentracije kraće što je: nagib terena veći; vodonepropusnost terena veća; uređenost površinske odvodnje bolja; povratno razdoblje veće.

53


Kod korištenja racionalne metode od velike je važnosti dobar proračun vremena koncentracije. Na žalost, točan proračun ovog vremena je vrlo težak pa se zbog toga u praksi uglavnom koriste podaci dobiveni na temelju iskustva. Potrebno je napomenuti da je vrijeme koncentracije izravno povezano s početkom vršnog otjecanja, a ne s vremenom početka kiše. U urbanim sredinama, gdje je udaljenost početne i krajnje točke površinskog otjecanja razmjerno mala (manje od 50 m), uobičajena vrijednost t1 je od 3 – 15 minuta. Preporučuje se: za gusto naseljena područja kolektivne izgradnje koristiti t1 = 5 min; za područja individualne izgradnje koristiti t1 = 10 min. Ove se vrijednosti mogu koristiti za povratno razdoblje P = 1 godina. Kod proračuna za druga povratna razdoblja mogu se koristiti vrijednosti koje prikazuje Tablica 2.12. Tablica 2.12: Veličine površinske koncentracije u funkciji povratnog razdoblja Povratno razdoblje P

Površinska koncentracija za gustu naseljenost

Površinska koncentracija za individualnu izgradnju

0,5 1 2 5

7 5 4 3

15 10 8 6

U svim drugim slučajevima kada su udaljenosti veće, t1 se može izračunati na temelju odgovarajućih formula (kao što je formula A. Hathawaya /43/): t12,14 =

gdje je: t1 L n S

2,19 ⋅ L ⋅ n S 1/ 2

(2.15)

– vrijeme površinske koncentracije (min); – duljina putovanja vode (m); L ≤ 365 m; – koeficijent usporavanja analogan koeficijentu hrapavosti; – apsolutni pad (m/m).

Uobičajeni koeficijent usporavanja prikazuje Tablica 2.13. Tablica 2.13: Veličine koeficijenta usporavanja Tip površine Nepropusna površina Glatka nabijena zemlja Hrapava nabijena zemlja Teren slabo obrastao travom Šuma, rijetka Šuma, gusta Gusta trava, raslinje

54

n 0,02 0,10 0,20 0,40 0,60 0,80 0,80


U literaturi postoji dosta formula /2/ i dijagrama za proračun vremena koncentracije vode u površinskom otjecanju pa ih u posebnim slučajevima treba koristiti. Jedan takav vrlo koristan dijagram prikazuje Slika 2.6 /82/. Ovaj dijagram je kvalitetan jer uvažava ključne faktore otjecanja po površini, a to su: duljina otjecanja, koeficijent otjecanja i pad površine. Vrijeme tečenja kroz kanalizaciju t2 računa se po formuli: t2 = l v

gdje je: l v

(s)

(2.16)

– duljina kanalizacije (m); – srednja brzina tečenja na dionici l (m/s).

Duljina l je poznata iz situacijskog rješenja mreže, a brzina v se dobije iz tablice za dimenzioniranje u skladu sa srednjim nagibom cijevi i pretpostavljenim profilom i punjenjem. Brzina se tijekom proračuna iterativno popravlja.

Slika 2.5: Nomogram za proračun t1 po formuli (2.15) /43/

55

0,5

3 2 1,5 1,0 0,7 5

5

15 10

183

80 C=0,10 0,20

122

0,30

60

0,40 0,50 61

0,60

40

0,70 0,80

0

Vrijeme otjecanja po površini (min)

Duljina površinskog putovanja (m)

244

Pad (% )


20

0,90 0,95 0

Slika 2.6: Odnos veličine vremena koncentracije, udaljenosti, koeficijenta otjecanja i srednjeg pada slijevne površine za korištenje u racionalnoj formuli /82/

Računsko povratno razdoblje

Učestalost hidroloških veličina obično se iskazuje povratnim razdobljem pojave, tj. povratno razdoblje je recipročna vrijednost vjerojatnosti neke pojave:

P = 100 p gdje je: p

(godine)

(2.17)

– vjerojatnost pojave (%).

To znači da je povratno razdoblje određeno kao prosječno vremensko razdoblje (u godinama) tijekom kojeg će se jedanput pojaviti neka pojava.. Izbor povratnog razdoblja P temelji se na ekonomskoj analizi uspoređivanja šteta i troškova izgradnje oborinske kanalizacije za oborinu određenog vremena ponavljanja. Pozitivno povratno razdoblje P je ono kod kojeg su troškovi izgradnje jednaki ili manji od šteta nastalih kišom, u slučaju da kanalizacija nije izgrađena. U ovakvim analizama postavlja se pitanje rizika r da mjerodavna količina bude premašena tijekom projektnog razdoblja L trajanja objekta. Rizik se računa po sljedećoj formuli: 1⎞ ⎛ r = 1 − ⎜1 − ⎟ ⎝ P⎠

L

(2.18)

Tablica 2.14 prikazuje vrijednosti r kao funkcije od P ako je vrijeme trajanja građevine L = 30 godina.

56


Tablica 2.14: Rizik kao funkcija povratnog razdoblja P (godine) 2 5 10 50 100

r (%) 99,99 99,87 95,76 45,45 26,00

Kao što prikazuje tablica, rizik je razmjerno mali tek za povratna razdoblja veća od 50 godina. Zbog toga se u svim situacijama kada je potrebna veća sigurnost u zaštiti od plavljenja koriste veća povratna razdoblja. Tablica 2.15: Povratna razdoblja prema preporukama norme EN 752-4 Projektirano vrijeme ponavljanja kiše 1) (1 u n godina) 1u1 1u2 1u2 1u5 1 u 10 1)

Područje

Seoska područja Gradska područja Gradski centar (trgovački centar) s provjerom plavljenja Gradski centar (trgovački centar) bez provjere plavljenja Podzemna željeznica, propusti garaže i slične građevine

Projektirano vrijeme ponavljanja poplave (1 u n godina) 1 u 10 1 u 20 1 u 30 1 u 30 1 u 50

Za ove projektne veličine ne smije se javiti uspor u kanalima

Iz ovih je smjernica vidljivo da je preporučeno razmjerno veliko povratno razdoblje poplava. Povratno razdoblje računskih kiša je manje zato što se ovako odabrana kiša koristi za dimenzioniranje odvodnog sustava u kojem je tečenje u kanalima sa slobodnim vodnim licem, odnosno kanalima koji nisu u cijelosti iskorišteni. U slučaju kiša većih od računskih (većeg vremena ponavljanja), kanali će se ispuniti u cijelosti, a do izlijevanja na teren formirati će se i tlačno tečenje. Tlačnim tečenjem kapacitet sustava odvodnje (kanal) je višestruko veći pa je zbog toga veća i stvarna razina zaštite od poplava (znatno je veće vrijeme ponavljanja poplave uslijed računske kiše). Budući da se radi o rijetkim i kratkotrajnim pojavama, povremeno tlačno tečenje u sustavu odvodnje se dopušta. To je razlog zbog kojeg se odabiru kiše manjeg vremena ponavljanja iako se želi ostvariti veća zaštita od plavljenja (duže vrijeme ponavljanja poplave). Veliki sustavi odvodnje, kao i važni dijelovi naselja, moraju se nakon dimenzioniranja korištenjem odabrane veličine kiše (vremena ponavljanja) analizirati u odnosu na mogućnost pojave poplave, a sve kako bi se provjerila i dokazala tražena razina zaštite od plavljenja. Ovo posebno vrijedi za područja sa strmim terenima. Kod manjih sustava dovoljno je dimenzioniranje sustava u odnosu na odabranu veličinu kiše (odnosno pljuska). 57


Koeficijent otjecanja C

Koeficijent otjecanja C je omjer maksimalne količine otekle vode i prosječne veličine pale vode u vremenskom intervalu tc na dani slijev. Ovaj koeficijent nije konstantan ni u razdoblju kiše ni u svim razdobljima u godini. Njegova veličina ovisi o klimatskim značajkama područja, karakteristikama slijevne površine, kao i o infiltraciji, gubicima na raslinju i u depresijama, evapotranspiraciji, itd. Što je trajanje kiše veće, to je veći i koeficijent otjecanja. To znači da bi porastom vremena koncentracije tc i vremena ponavljanja P, trebalo povećavati koeficijent otjecanja. Kao što je obrazloženo u poglavlju 2.2.1, točan proračun ovog koeficijenta vrlo je složen pa se zbog toga u praksi uglavnom koriste podaci dobiveni na temelju iskustva. Za kiše s vremenom ponavljanja P < 5 godina mogu se koristiti veličine koeficijenta C koje prikazuju Tablica 2.16 i Tablica 2.17.

Vrijednosti A (prema tipu izgrađenosti) ili B (prema vrsti površina) koeficijenta C koriste se ovisno o razini dokumentacije kako slijedi: za studije, idejna rješenja i idejne projekte koriste se koeficijenti C u skladu s tipom izgrađenosti slijevnog područja A; za izvedbenu dokumentaciju i glavne projekte koriste se koeficijenti C u skladu s vrstom slijevne površine B. Koeficijenti koji se koriste moraju vjerno oslikavati buduće stanje u slijevnom području. Tablica 2.16: Koeficijent otjecanja prema opisu područja odvodnje A /80/, /59/ C * **

Karakteristike područja Područja ureda, trgovina i sl.: stari dio grada predgrađe

0,7 – 0,95 0,5 – 0,7

Područja stanovanja: rijetka izgradnja obiteljskih kuća gusta izgradnja obiteljskih kuća gusta stambena izgradnja Industrijska područja: područja rjeđe izgradnje područja guste izgradnje Parkovi, groblja i slično Igrališta i slično Željeznički kolodvori Neizgrađene površine * manje vrijednosti za tc < 20 min

58

0,3 – 0,5 0,4 – 0,6 0,6 – 0,8 0,3 – 0,7 0,6 – 0,9 0,10 – 0,25 0,20 – 0,35 0,20 – 0,40 0,10 – 0,30

** veće vrijednosti za tc > 30 min


Tablica 2.17: Koeficijent otjecanja prema vrsti površine B /80/, /59/ Karakteristike površine Ulice: asfalt beton cigla tucanik Šetnice, pločnici i slično: betonske ili asfaltne pločnik sa spojnicama mozaik od kamenih ploča i sl. Krovovi: 2 veliki ravni krovovi, preko 10.000 m 2 mali ravni krovovi, manje od 100 m Tratine, prirodne površine – pjeskoviti teren: ravan, 2% srednji nagib, 2 – 7% strm, 7% i više Tratine, prirodne površine – teško, manje propusno tlo: ravno, 2% srednje, 2 – 7% strmo, 7% i više

C 0,70 – 0,95 0,80 – 0,95 0,70 – 0,85 0,25 – 0,45 0,75 – 0,85 0,70 – 0,80 0,40 – 0,55 0,8 – 1,0 0,5 1,0 0,05 – 0,10 0,10 – 0,15 0,15 – 0,20 0,13 – 0,17 0,18 – 0,22 0,25 – 0,35

U situaciji različitih vrsta površina u slijevnom području proračunava se srednji koeficijent Csre, i to na sljedeći način: C sre =

C1 ⋅ A1 + C2 ⋅ A2 + ... + Cn ⋅ An A1 + A2 + ... + An

(2.19)

gdje su: C1, C2, ..., Cn – koeficijenti otjecanja različitih tipova ili vrsta površina; A1, A2, ..., An – pripadajuće površine. Postupak proračuna

Kod primjene racionalne metode preporučuje se sljedeći redoslijed proračuna: 1. Trasiranje kanala i definiranje računskih dionica, imajući u vidu sljedeće postavke: voda koja padne na površinu slijeva treba se, po mogućnosti, odvesti do prijamnika najkraćim putem; kanale po mogućnosti postavljati u pravcu koji presijeca tok vode. Ispitati svrhovitost kanala i slivnika u pravcu paralelnom s površinskim tokom vode zbog moguće neiskorištenosti slivnika zbog znatnijih brzina; glavne podsljevove određivati tako da nemaju istovremene koncentracije, jer u tom slučaju, na mjestu (čvoru) gdje se vode (kanali) iz tih sljevova spajaju, pristižu istovremeno najveći protoci s ovih sljevova. Umjesto ovoga, treba urediti 59


2.

3.

4. 5.

podsljevove tako da maksimalni otjecaji dolaze jedan nakon drugog u što većim razmacima, odnosno “fazno pomaknuti”; računske dionice kod glavnih projekata se određuju tako da čvorovi definiraju svako križanje i račvanje kanala, svaki prijelom u vertikalnom i horizontalnom smislu i svakih 100 m ravnih dionica trase. Kod manje detaljnih projekata, studija, idejnih rješenja i idejnih projekata, računske se dionice određuju tako da čvorovi definiraju svako križanje i račvanje kanala. Određivanje sljevova i podsljevova za svaku računsku dionicu, i određivanje njihovih karakteristika, a to su: površina A, duljina računske dionice L, koeficijent otjecanja C (na osnovi podataka o namjeni slijevne površine, propusnosti tla, topografiji, obliku i udjelu nepropusnog dijela slijeva u ukupnoj površini slijeva A) i pad terena S na duljini računske dionice (pad je obično ravnomjeran, jer se kanali gotovo uvijek postavljaju u niveliranim prometnicama). Određivanje karakteristika početnih podsljevova, odnosno početnih dionica u mreži i određivanje vremena t1. Preporučuje se tl = 5 minuta (za slučaj kada je prvi slivnik blizu granice podslijeva) do t1 =15 minuta (kada između kraja slijeva i slivnika postoji neka prepreka – na primjer, neki objekt ili raslinje) (Slika 2.7). Za uobičajene mreže na ravnim terenima dovoljno je za vrijednost t1 uzeti 10 –15 minuta, s tim da se pretpostavljene veličine provjere manjim računom i analizom na temelju karakteristika područja otjecanja. Budući da je ova metoda pouzdana za račun u urbanim sredinama, pretpostavlja se da površine podsljevova ne prelaze 3 do 4 ha. Za veće sljevove treba računati i s većim vrijednostima tl te ih izračunati na jedan od predloženih načina. Određivanje računskih količina otpadnih voda Qf za svaku dionicu u slučaju da je riječ o mreži mješovitog sustava kanalizacije. Određivanje računskog koeficijenta otjecanja Csre za danu dionicu, odnosno podslijev. Koeficijent Csre je geometrijska sredina koeficijenata otjecanja Ci svih podsljevova Ai koji su uzvodno od podslijeva računske dionice (jednadžba 2.19). Osnova za objašnjenje je Slika 2.8, koja će poslužiti i za objašnjenje cijele metode.

Slika 2.7: Izbor vremena koncentracije

60

Slika 2.8: Primjer zamišljenog slijevnog područja


Računski koeficijenti otjecanja Csre određuju se kako slijedi: C sreI = C I , C sreII =

C I ⋅ AI + C II ⋅ AII , i tako redom. AI + AII

Preporučuje se tablični proračun vrijednosti C kako prikazuje Tablica 2.18. Tablica 2.18: Proračun vrijednosti koeficijenta otjecanja Specifikacija površine dionice Dionica Pripadna površina Zbirna ukupna i dionice ai (ha) površina Ai (ha) a1 (ha) C1 a1·C1 a2 (ha) C2 a2·C2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... ai · Ci 15

15i + 15i-1 16

16/3 17

Srednji koeficijent Ci 18

6. Usvajanje mjerodavnog povratnog razdoblja P za kiše i određivanje mjerodavnog intenziteta iz dijagrama i = f(t, P). 7. Usvajanje hidrauličkih parametara tečenja u kanalima: punjenje kanala (80% do 100%); minimalna brzina tečenja vmin = f (D); maksimalna brzina tečenja; hrapavost unutarnjih zidova kanala u ovisnosti o materijalu, stanju mreže itd.; minimalna dimenzija kanala. 8. Nakon što su izvršene prethodne radnje, može se zaključiti da su svi ulazni podaci za proračun određeni i može se prijeći na sam proračun. Postupak je iterativan za svaku dionicu, a usvojena točnost iteracije određuje koliko će se ciklusa iteracije obaviti. Proračun u tabličnom obliku dan je u nekoliko dijelova sa zaglavljem tablice za svaki od tih dijelova. Početak prikazuje Tablica 2.19. Tablica 2.19: Proračun – početak tablice Broj 1

Csred 8

Dionica Uzvodni čvor 2

t1 (min) 9

Nizvodni čvor 3

Vrijeme t2 1. iter 2. iter 10.1 10.2


3. iter 10.3

Oznaka podslijeva

tc (min) 11

5

P (god) 12

Površina Lokalno Ai Zbirno ΣAi (ha) (ha) 6 7

i (l/s/ha) 13

Q (l/s) 14

Qf (l/s) 15

Prva iteracija sastoji se u proračunu t'2 za početni uvjet t2 = 0 odnosno mjerodavni intenzitet i = f (t1). U drugoj iteraciji uzima se da je t2 = t'2, a intenzitet kiše i = f (tl + t'2).

61


Treća iteracija se radi ako je razlika između rezultata druge iteracije t2'' i prve iteracije t'2 veća od točnosti iteracije. Svaka uzastopna dionica uzima od prethodne dionice njezino tc i uvodi ga u račun kao svoje tl (primjer dionica II i III). Ako dionica dolazi poslije dviju ili više prethodnih dionica koje se spajaju u čvoru ispred nje, uzima se najveća vrijednost t = (tc)max između spomenutih prethodnih dionica i uvodi se u račun kao tl (primjer dionice V koja uvodi u račun kao svoje t1 vrijednost tc iz pravca podsljevova (I-II-III).

Najveća od svih vrijednosti tc usvaja se zbog toga što je po definiciji tc vrijeme koje je potrebno da kap kiše dođe od najudaljenije točke slijeva do promatrane točke profila. Nakon određivanja mjerodavnog intenziteta kiša kao funkcije vremena koncentracije, određuje se veličina otjecanja kao:

Q = C sre ⋅ i ⋅

∑A

(2.20)

i

U slučaju kanala mješovitog sustava kanalizacije, u račun se uvodi i Qf. 9. Proračun vremena tečenja u dionici t2 obavlja se u svakoj iteraciji. U početku proračuna potrebno je odrediti pad nivelete kanala. Za izvođenje ulične kanalizacije najzgodnije je da pad dna kanala S odgovara padu terena, odnosno ulice. U slučajevima ravnog terena ili tzv. “kontra-pada” postupa se po dobro poznatim načelima koja se ovdje neće razmatrati. Nakon određivanja dimenzija kanala i stupnja punjenja, prelazi se na određivanje brzine toka u uzvodnom i nizvodnom čvoru dionice radi računanja vremena putovanja toka kroz kanal t2. Tablica 2.20 prikazuje zaglavlje za ovaj dio proračuna. Tablica 2.20: Proračun – iteracije S 16

D (m) 17

khrapav (mm) 18

Q0 (l/s) 19

v0 (m/s) 20

Punjenje kanala d/D d (cm) 21 22

Brzina toka (m/s) Uzvodna Nizvodna 23 24

Q0 – protok u punom profilu kanala promjera (D) na padu (S); v0 – brzina u punom profilu; d = f (Q/Q0); vniz = f (Q); vuzv = f (Q – Qvlast); Qvlast = C ⋅ i ⋅ A.

Na primjer, za III. dionicu:

QIII

62

QvlasIII = C III ⋅ i ⋅ AIII = C sreIII ⋅ i ⋅ ( AI + AII + AIII )

(2.21)


Srednja brzina toka na računskoj dionici određuje se kao aritmetička sredina uzvodne i nizvodne brzine, a vrijeme putovanja kroz dionicu kao: t2 =

L (min) 60 ⋅ v sre

(2.22)

Kod početne dionice (na primjer dionica I–II), srednja brzina određuje se kao:

vsre =

vniz 2

(2.23)

Na ovaj način realnije je u proračun unesen podatak o brzini toka na dionici jer uobičajeno računanje vremena t2 pomoću samo nizvodne brzine daje proračunu nepotrebnu dodatnu sigurnost, koju proračun već sam po sebi ima (o ovome će biti riječi u daljnjem tekstu). Najispravnije bi bilo računati brzinu i vrijeme putovanja toka od slivnika od slivnika, ali uloženi trud vjerojatno ne bi bio opravdan postignutom točnošću i uštedama. Tablica 2.21 prikazuje zaglavlje završetka proračuna. Tablica 2.21: Proračun – završetak Vsre (m/s)

t2 (min)

25

26

Provjera brzine u suhom razdoblju (kod mješovitog sustava) 27

Napomena 28

Racionalna metoda veoma je pogodna za primjenu na računalu, lako se programira i koristi. Racionalna metoda daje zadovoljavajuće rezultate u uvjetima za koje se preporučuje. Međutim, u posebnim uvjetima, kod podsljevova nepravilnog oblika, pojedini dijelovi ukupnog slijeva mogu imati kraće vrijeme koncentracije od preostalog dijela slijeva koji gravitira istom promatranom presjeku. U slučaju ujednačenih površina, ovi će dijelovi dati veće otjecanje nego cijeli slijev u promatranom presjeku, jer zbog manjeg vremena koncentracije imaju veće mjerodavne intenzitete padavina (Slika 2.9). Ovo je naročito izraženo u slučaju manjih vrijednosti tc jer je ITP-krivulja u tom intervalu znatno strmija.

Slika 2.9: Utjecaj vremena koncentracije – ujednačene površine 63


U najčešćem slučaju, tj. u slučaju kada je slijev sastavljen od ujednačenih podsljevova, najveći utjecaj dobija se onda kada je površina A najveća pošto je utjecaj prirasta površine A izraženiji, tj. značajniji od prirasta intenziteta padavina i. Drugim riječima, i u slučaju različitih vremena koncentracije (tc1 < tc2) u promatranoj točki (Slika 2.10), maksimalno otjecanje se dobija po pravilu kada cijeli slijev sudjeluje u otjecanju, i to u iznosu: Qmax = C ⋅ i ⋅ ( A 1+ A 2 ); i = f ( tc 2 )

(2.24)

a ne kada u otjecanju sudjeluje podslijev s kraćim vremenom koncentracije, makar on imao i veći intenzitet padavina:

Q = C ⋅ i ⋅ A 1; i = f ( tc1 )

(2.25)

Slika 2.10: Utjecaj vremena koncentracije – ujednačeni podsljevovi

Spomenuti nedostatci ove metode nemaju većeg značenja kada se metoda koristi u urbanim uvjetima, u kojima je znatno sudjelovanje nepropusnih površina, veličine površina su jednake vrijednostima koje se preporučuju za ovu metodu i nema zadržavanja toka u površinskim depresijama. U ovakvom slučaju osrednjavanje stvarnog dijagrama oborina unutar intervala tc znatno manje utječe na točnost, kao i činjenica da se ne poznaje funkcijska ovisnost C = f (t). Proizvoljno određivanje veličine C (na osnovi preporučenih intervala vrijednosti za površine različitih hidrografskih karakteristika) ima manje utjecaja na točnost rezultata kada su u pitanju manje propusne površine, što je slučaj u urbanim sredinama. Jedna od aproksimacija koje su uvedene radi jednostavnijeg računanja je izjednačavanje tc uzvodno (vremena koncentracije do promatrane dionice) i t1 promatrane dionice. Umjesto računanja toga vremena koncentracije na osnovi intenziteta:

(

i = f tcuzv .dionice + t rac .dionice

)

(2.26)

ono se računa na osnovi i = f (tuzv.). Ova aproksimacija daje rezultate koji su neznatno na strani sigurnosti. Mreža kanala izračunata po ovoj metodi ima znatan faktor hidrauličke sigurnosti, ali ne zbog neprikladnosti racionalne metode, već zbog sljedećih razloga: a) uobičajena je praksa da se računska dimenzija cijevi zaokružuje na prvu veću dimenziju koja se može naći na tržištu. b) veliki broj cijevi u mreži nije računskih dimenzija, ali je usvojeno da ne budu manjih dimenzija od neke propisane minimalne veličine što je znatna rezerva kapaciteta kanalske mreže. 64


c) pojedini dijelovi mreže u slučaju preopterećenja mogu doći pod tlak što povećava propusnu moć. Svi šahtovi i cijevi pod (a) i (b) igraju ulogu retencija u mreži. d) kapacitet kružnih kanala pri punjenju od 95% je za 8% veći od kapaciteta kanala istih dimenzija pri punjenju od 100%. Simulacijske tehnike

U slučaju prevelikog slijeva i/ili velikog vremena koncentracije protoka, primjena racionalne metode nije dovoljna. Kod velikih je sljevova potrebno koristiti i simulacijske metode jer postoje velike razlike u oborinama unutar slijeva, a otjecanje i koncentracija protoka u sustavu kanala su složeniji i ne mogu se dovoljno točno opisati jednostavnim empirijskim formulama kao što je racionalna formula. Postoje simulacijske metode različite složenosti, a zajedničko im je to da se vršni protok i protočni hidrogram proračunavaju na osnovi projektiranih karakteristika pljuska (oblik i veličine), konfiguracije kanalizacije i karakteristika slijevnog područja. U ovom se slučaju proračunavaju sve faze površinskog otjecanja i otjecanja u kanalizacijskom sustavu, i to istovremeno za svako računsko razdoblje i to: transformacija bruto kiše u neto kišu oduzimanjem dijela voda koje se gube u zrak i teren; transformacija neto kiše koja teče urbanim površinama u hidrograme koji se kroz slivnike ulijevaju u kanale; transformacija hidrograma u kanalima kanalizacijske mreže i drugim građevinama. Prva dva procesa se proračunavaju hidrološkim, a treći hidrauličkim metodama. U poglavlju 2.2.3. prikazani su osnovni elementi proračuna koji se treba provesti u procesu simulacije otjecanja u urbanim sredinama. Ključni faktor primjene i valjanosti korištenja složenih simulacijskih modela su ulazni podaci koji moraju biti poznati i pouzdani da bi proračun bio dobar. Simulacija se koristi u svim fazama razvoja i rada kanalizacijskog sustava, od planiranja preko projektiranja i građenja do upravljanja. Razlikujemo modele za: planiranje; projektiranje i analizu; upravljanje. U planiranju se koriste modeli kojima se određuju mjerodavne količine protoka i zagađenja koja dotječu oborinskim vodama. To su u pravilu jednostavniji modeli kojima se analiziraju očekivana buduća stanja. Mogu se koristiti uglavnom svi prije opisani modeli. Kod projektiranja se zahtijevaju precizniji podaci za projektiranje pojedinih dijelova sustava odvodnje, stoga su modeli složeniji i zahtjevniji u odnosu na ulazne podatke, vrijeme obrade, znanje obrađivača i troškove. Danas se na tržištu nudi veliki broj modela koji u potpunosti zadovoljavaju potrebe. Jedan od poznatijih modela je Stormwater Management Model (SWMM) (Slika 2.11), zatim MOUSE i drugi. Svi modeli ovog tipa sastoje se od dva osnovna dijela: jedan simulira promjenu kiše u površinsko otjecanje (Slika 2.12), a drugi otjecanje u kanalskom sustavu (Slika 2.13). Osim simulacije količina, mnogi modeli mogu simulirati i proces transporta zagađenja u kanalizacijskom sustavu kao i elemente optimalizacije, čime modeli postaju složeniji. 65


Slika 2.11: Osnovni dijelovi SWMM modela

Najsloženiji su simulacijski modeli koji se koriste za upravljanje oborinskim kanalizacijom jer osim karakteristika modela koji se koriste za dimenzioniranje moraju imati i elemente potrebne za upravljanje pojedinim dijelovima i objektima sustava u realnom vremenu. Vrlo su rijetki gradovi koji takav model imaju u operativnom korištenju jer je njegovo održavanje skupo i zahtijeva kvalitetan sustav trajnog mjerenja stanja u kanalskom sustavu, odnosno sustav trajnog mjerenja ulaznih podataka, i to izravno vezan za centar za upravljanje. Zbog sve većih zahtjeva (prvenstveno ekoloških) kojima oborinska kanalizacija danas mora udovoljiti, primjena simulacijskih modela je sve značajnija i češća. Tako EU svojim propisima kod proračuna preljeva zahtijeva utvrđivanje učestalosti rada preljeva tijekom jedne godine i određivanje ukupnih količina vode koja se prelijeva tijekom jedne godine. Do ovakvih se podataka ne može doći bez primjene simulacijskih modela.

66

Intenzitet kiše (mm/h)

2. Mjerodavne količine otpadnih i oborinskih voda Ulaz hijetogram kiše

t

Krovovi

Volumen depresija

Neto kiša (mm/h)

Neto kiša (mm/h)

Teren / pločnici

t

t

qter

qkro

t

t

Hidrogram površinskog otjecanja: Qpov = (qter· ARter + qkr · ARkro) / 3600 ARter = ARter + ARploč = Zbirna površina pločnika i terena s kojih dotječe voda ARkro = Površina krovova

t

Slika 2.12: Simuliranje pretvaranja kiše u površinsko otjecanje: transformacija bruto kiše u hidrogram površinskog otjecanja

Vrlo je važno odabrati pravi model, vodeći računa o složenosti, troškovima primjene i točnosti rezultata. Izbor simulacijske metode protoka (hidrodinamičkih značajki protoka) odnosi se na tri osnovne razine složenosti metode proračuna: jednostavne empirijske metode; metode zasnovane na kinematičkim valovima; metode dinamičkih valova – jednadžbi.

67


Slika 2.13: Simuliranje otjecanja u kanalskom sustavu

Jednostavne empirijske metode

Kod ovih metoda protok je jednolik i stacionaran. Brzina kod potpunog punjenja profila može se koristiti za proračun vremena putovanja vode (koncentracije protoka). Koriste se za manja područja i kanalizacijske sustave. Metode zasnovane na kinematičkim valovima

Ovim se metodama može simulirati kvazinestacionarni protok. Mogu se uzeti u obzir zakašnjenja protoka, kao i retenciranje voda u sustavu kanala, ali metode ne mogu simulirati nestacionarno tečenje. Metode su dobre za početne analize velikih sustava, za provjeru postojećih sustava ili simulaciju protoka u sustavu za dugotrajne nizove oborina. 68


Metode dinamičkih valova – jednadžbi

Ovim se metodama može simulirati nestacionarno tečenje i uvjete tlačnog tečenja i uspora. Mogu se koristiti za provjeru značajki sustava u slučaju plavljenja. Za svaku od ovih metoda i razina složenosti simulacije tečenja u kanalskom sustavu može se koristiti jedna od metoda simulacije površinskog otjecanja u slijevu (hidrološki model). Metode simulacije mogu biti jednostavne (S) ili složene (D). Moguće kombinacije vezane za tip problema koji se rješava prikazuje Tablica 2.22.

Tablica 2.22: Primjenjivost pojedinih simulacijskih metoda tečenja Metode

Područje primjene

Projektiranje manjih kanalizacijskih sustava Projektiranje velikih sustava Provjera sustava u odnosu na plavljenje Analiza postojećeg sustava Planiranje ispusta/preljeva Utjecaj na kakvoću prijamnika Utjecaj na količine vode prijamnika Kontrola rada sustava u realnom vremenu

Jednostavne Metode Metode empirijske metode kinematičkih valova dinamičkih valova S S * –

S

*

–

–

S ili D

– – –

S ili D S ili D S

S ili D S ili D S ili D

S

S ili D

S ili D

*

–

S – hidrološki procesi se jednostavno tretiraju (simuliraju) D – hidrološki procesi se detaljno tretiraju (simuliraju) – Nije primjenjivo; * Ne preporučuje se

69


V= 14.000 m3

Slika 2.14: Primjer simulacije glavnih kanala odvodnog sustava

2.3 2.3.1

Bilanca voda u kanalizaciji Osnovne značajke bilance

Bilanca voda u kanalizaciji temeljni je podatak za upravljanje kanalizacijskim sustavima (Tablica 2.23). Bilanca zorno pokazuje stanje i učinkovitost kanalizacijskog sustava. Od presudne je važnosti za planiranje i provedbu zaštite okoliša, te planiranje, gradnju i rad sustava, a posebno uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Poznato je da nije moguće točno predvidjeti i izračunati vode koje teku kanalizacijskim sustavom, stoga je izrada bilance preduvjet za utvrđivanje stvarnog stanja kao podloge za daljnji razvoj kanalizacijskog sustava. To posebno vrijedi za postojeće kanalizacijske sustave koji se stalno nadograđuju i proširuju. Bilanca je i zakonska obveza jer se koristi kao podloga za određivanje taksi i primjenu principa “zagađivač plaća”.

70


U određivanju bilance polazi se od osnovnih principa sustavne analize i sustava. Svaki vodni sustav ima: granice, ulaze, izlaze i procese koji se odvijaju unutar sustava mijenjajući značajke voda koje kroz sustav teku od ulaza do izlaza. Granica kanalizacijskog sustava je rub područja s kojeg se generiraju vode koje dotječu u kanalizaciju. Za kanalizaciju otpadnih voda granica je rub urbanizacije, odnosno granicu čine korisnici kanalizacije. U slučaju mješovite i oborinske kanalizacije to je granica slijevnog područja kanalizacije. Procesi u sustavu su hidrodinamički i biokemijski. Tablica 2.23: Bilanca voda u kanalizaciji /53/ Dotok u sustav Gubici sustava Izlaz iz sustava Pročišćena voda ispuštena: Oborinske vode: Oborinske vode: površinsko otjecanje pogrešni priključci u površinske vode [lokalne oborinske vode, lokalno stambenih objekata na tlo odlaganje uglavnom vršnih voda, industrije i trgovine na ponovno korištenje BMP – lokalne građevine za pogrešni priključci potoka i izvezena drugih voda kontrolu otjecanja (infiltracijski bazeni, sanitarne močvare, itd.)] vode drugih područja – uvoz Nepročišćena voda Infiltracija podzemnih voda Eksfiltracija – istjecanje voda ispuštena: Sanitarne – kućanske otpadne vode: Sanitarne-kućanske otpadne vode: = u površinske vode dozvoljeni – registrirani priključci + pogrešni priključci na tlo [lokalni sustavi pročišćavanja i pogrešni priključci oborinskih i izvezena odlaganja] drugih voda priključci lokalnih individualnih sustava (septičke jame) uvoz – vode s drugih područja Mulj: Industrijske vode Preljevi oborinskih voda odložen ili uništen Uvezeni mulj iz septičkih jama i Preljevi u mješovitog sustava ponovno korišten uređaja Mulj izvađen (septičke jame) i Mulj izvađen iz sustava i odložen potom nizvodno ubačen u sustav izvan sustava

Ulazi mogu biti kontrolirani (dotjecanje vode iz vodoopskrbnog sustava, tj. od domaćinstava) i nekontrolirani (dotjecanje površinskih voda, infiltracija i tuđe vode). Izlazi također mogu biti kontrolirani (ispusti otpadnih i oborinskih voda ili preljevi u mješovitoj kanalizaciji) i nekontrolirani (istjecanje u podzemlje iz kanala i građevina). Ne treba zaboraviti na mulj koji je dijelom ulaz u sustav, ali i izlaz iz sustava. Bilanciranje voda provodi se radi proračuna količina voda u sustavu, ali i bilance tereta onečišćenja. Bilanca voda je preduvjet za izradu bilance onečišćenja. Bilanca voda (odnosno količine voda) mijenja se promjenama urbane sredine i značajki slijevnog područja, te promjenama samog kanalizacijskog sustava. Tablica 2.24 prikazuje glavne pokretače promjena.

71


Bilanca se određuje na temelju procjene količina vode te mjerenjem protoka u sustavu. Da bi se dobili valjani podaci za bilanciranje, sustav mjerenja mora obuhvatiti sve ulaze u sustav i izlaze iz njega. U kanalizaciji je to praktično nemoguće izvesti jer je nemoguće mjeriti sve ulaze i izlaze, a svi nisu ni poznati. Mogu se mjeriti samo glavni izlazi i manji dio ulaza. Na primjer, bilo bi nepraktično i skupo mjeriti sve ulaze otpadnih voda iz domaćinstva, dok u slučaju većih korisnika (industrija, turistički kompleksi i slično) takvo mjerenje ima smisla. Jednako tako, nemoguće je mjeriti sve ulaze oborinskih voda u oborinsku kanalizaciju. Zato mjerenje obuhvaća samo glavne elemente kanalizacije. Slika 2.15 prikazuje raspored mjernih postaja u kanalizacijskom sustavu. Prema tome, bilanca voda u kanalizaciji izračunava se kombinacijom mjerenja i predviđanja, računanja očekivanih količina vode u kanalizaciji na temelju potrošnje vode i značajki kanalizacije, naselja i okoliša u cjelini. Tablica 2.24: Promjene u kanalizacijskom sustavu Komponenta

Pokretači promjena

Kanalizacija otpadnih voda Specifična potrošnja vode u naselju Broj korisnika kanalizacijskog sustava Oborinska kanalizacija Klimatske značajke područja Značajke slijevne površine Planirana razina sigurnosti od plavljenja Izgrađenost sustava Gubici Starost i kakvoća izvedbe kanalizacijskog sustava Održavanje sustava Kultura stanovnika u odnosu na sustav Industrijske vode Razvoj privrede Broj korisnika sustava Razvoj tehnoloških postupaka Mulj Razina pročišćavanja voda Održavanje kanalizacijske mreže

72


Slika 2.15: Mjerenje u kanalizaciji 73


74

3.

Projektiranje kanalizacijske mreže

Uvod Rad svakog kanalizacijskog sustava mora biti takav: da ne dolazi do začepljenja cijevi; da se poplave ne javljaju češće od projektiranih; da se štiti zdravlje i život ljudi u naselju; da se tlačno tečenje (preopterećenje) javlja u skladu s planiranom učestalosti; da se štiti zdravlje i život uposlenih; da je prijamnik zaštićen od onečišćenja u skladu s traženim standardima; da kanali i druge građevine ne ugrožavaju susjedne objekte i drugu infrastrukturu; da su kanali i druge građevine vodonepropusne u skladu sa zahtjevima ispitivanja na vodonepropusnost; da ne dolazi do pojave neugodnih mirisa, opasnosti i negativnih utjecaja na okoliš; da je osiguran potreban pristup radi održavanja i radova. Sve su to zahtjevi koji se kod planiranja i projektiranja kanalizacije moraju uzeti u obzir. Stoga se kanalizacija mora planirati, projektirati i graditi u skladu s odgovarajućim smjernicama koje su donesene na temelju dugogodišnjih iskustava, motrenja i mjerenja. To su prije svega empirijska pravila za projektiranje kanalizacije. Protok i karakteristike otpadnih i oborinskih voda izravan su odraz izgrađenosti naselja, života i aktivnosti u naselju. Kako se izgrađenost naselja, život i aktivnosti stanovnika trajno mijenjaju, to se trajno mijenjaju i karakteristike otpadnih i oborinskih voda, a time i uvjeti koje kanalizacija treba zadovoljavati. Osim toga, otpadna tvar u otpadnim i oborinskim vodama od trenutka ulaska u kanalizacijsku mrežu mijenja svoje karakteristike i sastav procesima koji se odvijaju u kanalizacijskoj mreži. Rezultat ovih procesa su tvari, plinovi i aktivnosti (život) koje se odvijaju u unutrašnjosti kanalizacijskog sustava i koji stvaraju specifične karakteristike koje utječu na otjecanje u kanalizacijskom sustavu i sigurnost njegovog rada. Sve ove promjene ovise o cijelom nizu čimbenika koji su isto tako promjenjivi, pa je u proračunu vrlo teško pouzdano predvidjeti 75


sve promjene. Stoga se u proračunu kanalizacije koriste najvjerojatniji ulazni podaci dobrim dijelom temeljeni na pretpostavkama, a ne na pouzdanim numeričkim rezultatima ili znanstvenim znanjima. Postupak projektiranja sastoji se od sljedećih osnovnih koraka: 1. Određivanje granice/područja odvodnje i broja stanovnika. Potrebno je detaljno utvrditi granice sljevova, fizikalne značajke prostora, izgrađenost, raspored prometnica, način gradnje i gustoću izgrađenosti, odnos kanalizacije i drugih instalacija, položaj uređaja i prijamnika, zaštićena područja, itd. 2. Potom se provodi prethodno horizontalno planiranje trasa kanala nastojeći postići zadovoljavajuće uvjete otjecanja i maksimalnu uštedu kod građenja, odnosno smanjenje duljine kanala, vodeći računa da se svi korisnici mogu priključiti na kanalizaciju. 3. Nakon postavljanja osnovne sheme kanalizacijskog sustava prelazi se na dimenzioniranje kanala i projektiranje pada kanala, odnosno dubine polaganja kanala. Pri tome se nastoji maksimalno uštedjeti kod građenja tako da se kanali polažu tako da uz zadovoljavanje uvjeta otjecanja i drugih ograničenja, što više prate teren na minimalno dozvoljenoj dubini. 4. Prethodno projektiranje vertikalnog vođenja trase kanala treba biti takovo da se omoguće jednostavni i gravitacijski priključci korisnika, te da se što je moguće više izbjegne prepumpavanje otpadnih voda i veliki zemljani radovi. 5. Na kraju se prethodno projektiranje, horizontalnog i vertikalnog vođenja kanala, revidira i analizira, a sve kako bi se uz zadovoljavanje svih ograničenja i osiguranja učinkovitih priključaka korisnika smanjili troškovi građenja i pogona, odnosno veličine, duljine i dubine kanala, te broj i instalirana snaga crpnih stanica. Uvijek se moraju nastojati zadovoljiti osnovni ciljevi projektiranja: zaštita zdravlja ljudi; zaštita prijamnika i uređaja od hidrauličkog preopterećenja (i negativnih utjecaja na okoliš kao posljedice preopterećenja); zaštita podzemnih voda; omogućavanje lokalnog obnavljanja vodonosnika; potrebni kapacitet; osiguranje dobrih i sigurnih radnih uvjeta; ostvarenje potrebne trajnosti, životnog vijeka građevina; sprječavanje neugodnih mirisa i drugih štetnih utjecaja; zadovoljavajuće održavanje i rad.

Da bi se to postiglo, između ostalog treba voditi računa o građenju kanala tako: da se kanali polažu na javnim površinama, uglavnom prometnicama; da su kanali dovoljno udaljeni od vodovoda; da se polaganje kanala koordinira s drugim instalacijama; da se kanali polažu pravocrtno sa što jednolikijim padom; da su kanali položeni dublje od vodovoda.

Zbog ovakve situacije projektiranje kanalizacije ne temelji se samo na teorijskim znanjima, već prije svega na dosadašnjim iskustvima. Zbog toga se u postupku projektiranja kanalizacije primjenjuje cijeli niz smjernica koje su nastale kao rezultat praktičnih 76

3. Projektiranje kanalizacijske mreže

dugogodišnjih iskustava kao i pojednostavnjenja teorijskih znanja. Naravno, smjernice su samo dobra polazna osnova za projektiranje, odnosno donošenje projektnih odluka i rješenja, koje uvijek treba prilagođavati lokalnim karakteristikama i iskustvima. To posebno vrijedi za smjernice koje su razvijene u drugim zemljama i koje su rezultat njihovih dugogodišnjih iskustava.

3.1

Osnovne teorijske postavke za dimenzioniranje kanalizacijskog kolektora

Protok u kanalizacijskim kolektorima karakterizira veliki broj mogućih istovremenih oblika protoka, a najvažnije prikazuje Tablica 3.1. Tablica 3.1: Oblici protoka u kanalizacijskim kolektorima Oblik tečenja

Kriterij

Oblik tečenja

Kriterij

Stacionaran

δ (⋅) =0 δt δ (⋅) =0 δx

Nestacionaran

δ (⋅) ≠0 δt

Promjenjiv

δ (⋅) ≠0 δx q≠0

Jednolik Trajan (konzervativan) Miran Laminaran Jednofazni

q=0 Fr < 1 Re < 2.320 Otpadna voda

Prekidan (nekonzervativan) Silovit Turbulentan Višefazni

Fr > 1 Re > 2.320 Otpadna voda + zrak

gdje je:

δ (⋅) – promjena protoka (Q, h, v, itd.) u jedinici vremena t; δt δ (⋅) – promjena protoka (Q, h, v, itd.) duž kanala x; δx

q Fr Re

– bočni dotok po jedinici duljine kanala; – Froudeov broj; – Reynoldsov broj.

Uslijed stalnih promjena u količini otpadnih voda, njihovu sastavu i karakteristikama, kao i promjena uvjeta koji vladaju u kanalima, ne postoji jedan trajni karakterističan režim tečenja u kanalima koji bi mogao poslužiti kao osnova za dimenzioniranje. Zbog toga se u proračun unose pojednostavnjenja koja za posljedicu nemaju velike pogreške; naime, daleko su veće pogreške koje se unose u proračun pomoću veličina ulaznih podataka (koeficijent hrapavosti, mjerodavni protok, itd.). U skladu s ovim se u proračunu kanala jedno, manje ili više nestacionarno, nejednoliko i prekidno tečenje u kanalizacijskim kolektorima zamjenjuje s jednim stacionarnim, jednolikim i trajnim tečenjem (Tablica 3.2).

77


Tablica 3.2: Jednadžbe proračuna tečenja u kanalizacijskim kolektorima Metoda proračuna

Dinamička jednadžba

Jednadžba kontinuiteta

Nestacionarno, nejednoliko i prekidno tečenje

δh 1 δv v δv v ⋅ + ⋅ + ⋅q + = J0 − JE δx g δt g δ x g ⋅ a

δQ δ A + =q δ x δt

Nestacionarno, nejednoliko tečenje

1 δv v δv δh ⋅ + ⋅ + = J0 − J E g δt g δ x δ x

δQ δ A + =0 δ x δt

Stacionarno, jednoliko i trajno tečenje

δh = J0 − J E = 0 δx

δQ =0 δx

3.2

Pogonska hrapavost

U praksi naših sanitarnih inženjera danas je prisutan dosta neujednačen način hidrauličkog proračuna kanalizacijske mreže. Ovaj se proračun obavlja pojednostavnjeno, korištenjem tablica ili grafova, a u većini slučajeva korištenjem tablica i grafova priloženih u brošurama pojedinih proizvođača cijevi. U ovim materijalima prilozi nisu odgovarajuće obrađeni ni prilagođeni karakteristikama projektirane kanalizacijske mreže. Jedan od najvećih nedostataka korištenja tablica, kao i inače u hidrauličkom proračunu kanalizacijske mreže, jest neadekvatno odabrana hrapavost cijevi. Proizvođači cijevi analiziraju i određuju laboratorijsku hrapavost novih cijevi, a u skladu s tom hrapavošću prilažu i tablice za hidraulički proračun. Pri tom se zanemaruje montažni karakter kanalizacijske mreže i ostale njezine karakteristike te kakvoća vode koja se transportira, odnosno zanemaruje se pogonska hrapavost. Izbor profila cijevi i funkcionalnost projektirane mreže izravno ovise o veličini pretpostavljene hrapavosti. U nas ne postoje odgovarajući propisi ili preporuke koji reguliraju primjenu veličine hrapavosti kod hidrauličkog dimenzioniranja kanalizacijske mreže. Ona se uglavnom odabire u skladu s iskustvom projektanta. Vrlo je teško ove veličine odrediti precizno, između ostalog i s obzirom na mehanizam stvaranja hrapavosti (obraštaja) u kanalizacijskim cijevima. Naime, stvaranje hrapavosti u kanalizacijskim cijevima nije samo rezultat fizikalnih mehanizama, već i bioloških aktivnosti vezanih za kakvoću vode. Ove su aktivnosti složene i ovise o mnogim faktorima (kakvoći vode, temperaturi, koncentraciji kisika, itd.), koji su promjenjivi u funkciji dnevne i sezonske varijacije kakvoće i količine otpadne vode. Kao rezultat svega ovoga, stvarna pogonska hrapavost cijevnog materijala mnogo je veća od tvorničke hrapavosti utvrđene laboratorijskim ispitivanjima. Zbog toga se za veličine pogonske hrapavosti uzimaju srednje vrijednosti dobivene na temelju dosadašnjih mjerenja i iskustava. Osim toga, pogonska hrapavost uključuje i lokalne gubitke, kao što su ovi: spojevi kanala, revizijska okna i priključci. Zbog velikog broja ovih elemenata u kanalizacijskom sustavu (spojevi cijevi se nalaze svakih 3 m), oni se ne mogu uzimati pojedinačno, već se moraju uzeti u obzir kroz veličinu pogonske hrapavosti. 78


3.2.1

Fekalna i mješovita kanalizacija

U skladu s iznesenim i podacima iz literature /60/, /85/, predlažu se sljedeće vrijednosti pogonske hrapavosti: I. Tipični kanali

To su kanali s bočnim dotocima iz kućnih priključaka, slivnika i drugih kanala s revizijskim oknima, uključujući i zakrivljene dionice kanala kod kojih je otjecanje sa slobodnim vodnim licem. a) cijevi manjih dimenzija (< 400 mm), manje ispunjenosti (< 50%), malih brzina (< 0,75 m/s): betonske cijevi K = 6,0 mm azbestno-cementne cijevi K = 3,0 mm keramičke cijevi K = 3,0 mm PVC cijevi K = 1,5 mm b) cijevi svih dimenzija i punjenja: sve vrste cijevi radne brzine 0,75 m/s – 1,2 m/s K = 1,5 mm sve vrste cijevi radne brzine 1,2 m/s – 1,5 m/s K = 1,0 mm sve vrste cijevi radne brzine > 1,5 m/s K = 0,6 mm II. Ravni odvodni kanali

To su kanali bez revizijskih okana, bočnih dotoka i slično, primjerice prigušni kanali. a) cijevi svih dimenzija: sve vrste cijevi radne brzine < 1,0 m/s K = 1,0 mm sve vrste cijevi radne brzine > 1,0 m/s K = 0,4 mm 3.2.2

Oborinska kanalizacija

U oborinskoj kanalizaciji je umanjen problem obrastanja i drugih učinaka koji su rezultat biološke aktivnosti otpadne vode, ali se zato javlja problem taloženja. U ovom slučaju, naročito kod malih protoka, preporučuju se manje vrijednosti pogonske hrapavosti i to: I. Tipični kanali a) cijevi svih dimenzija i ispunjenosti: sve vrste cijevi radne brzine < 0,75 m/s sve vrste cijevi radne brzine > 0,75 m/s

K = 1,5 mm K = 1,0 mm

II. Ravni odvodni kanali a) cijevi svih dimenzija i ispunjenosti: sve vrste cijevi radne brzine < 1,0 m/s sve vrste cijevi radne brzine > 1,0 m/s

K = 0,40 mm K = 0,25 mm

3.2.3

Druge preporuke

Prema standardima ATV–A 110E, globalne veličine pogonske hrapavosti su nešto (ali ne značajno) drugačije. Međutim, njihovo je korištenje jednostavnije jer se koriste samo četiri vrijednosti (Tablica 3.3). 79


Prema istom standardu, za veličinu pogonske hrapavosti unutrašnje radne površine cijevi (kanala) predlaže se vrijednost K = 0,1 mm. Ova vrijednost ne uzima u obzir veličine lokalnih gubitaka, ali uzima u obzir utjecaje procesa koji se odvijaju u kanalizacijskom kolektoru na karakteristike površine cijevi (kanala). Ako se koristi Manning-Stricklerova formula, koeficijent K = 0,25 mm odgovara vrijednosti Stricklerovog koeficijenta Kstr = 30 (m1/3/s), a za K = 1,5 mm Kstr = 95 (m1/3/s). Napomena: ukoliko projektant ima situaciju koja se u potpunosti ne uklapa u napisane klasifikacije, treba izabrati hrapavost koja u najvećoj mjeri odgovara njegovoj situaciji, ali i prethodno danim preporukama! U skladu s izloženim, lokalni gubici u kanalizacijskim kolektorima se ne računaju jer su uključeni u pogonsku hrapavost! Ova preporuka ne vrijedi za posebne objekte (dugačke sifone, ispuste, tlačne cjevovode crpnih stanica, itd.) i dugačke tlačne dionice kanalizacije kada se svi lokalni gubici moraju uzimati pojedinačno. Tablica 3.3: Veličine pogonske hrapavosti prema ATV–A 110E /16/ Pogonska hrapavost K (mm) Koristi se za: 0,25

0,50 0,75

1,50

3.3

ravne dionice bez revizijskih okana, pojedinačne tlačne dionice, sifone ravne dionice s revizijskim oknima normalne kanale s revizijskim oknima, skretanjima i bočnim priključcima isto, plus složena okna normalne kanale s posebnim revizijskim oknima i složenim poprečnim profilima kanale građene na licu mjesta (betonske kanale)

Primjedba Za sve veličine kanala Za sve veličine kanala Za veličine kanala do 1.000 mm Za sve veličine kanala Za sve veličine kanala Za sve veličine kanala

Ograničenje brzina

U kanalizaciji nisu poželjne ni premale ni prevelike brzine – premale zbog taloženja i mogućnosti začepljenja, a prevelike zbog erozije i abrazije cijevi djelovanjem suspenzija u vodi. Zbog toga se ograničavaju maksimalne i minimalne brzine. Prvenstveno je potrebno poznavati vučnu snagu toka vode, a posebno pridnene brzine, jer proces taloženja ili struganja najviše ovisi upravo o tim brzinama. Međutim, zbog praktičnosti se ograničenje provodi na srednju radnu brzinu u kolektoru. Brzina toka je u funkciji hrapavosti, pada i hidrauličkog radijusa. Uz istu vrstu cijevnog materijala i isti pad, brzina je funkcijski ovisna samo o hidrauličkom radijusu, odnosno o obliku ili poprečnom presjeku i dimenzijama kanala. Prema tome, različiti tipovi poprečnih presjeka kanala nisu jednako pogodni za ograničavanje brzine. Slika 3.1 zorno prikazuje utjecaj profila na raspored brzina.

80


Slika 3.1: Raspored brzina u poprečnom profilu kolektora

3.3.1

Minimalne brzine

Mogućnost začepljenja kanalizacijskih cijevi i taloženja suspenzija u njima proizlazi iz sastava vode, a izravno ovisi o profilu kolektora i brzini tečenja vode u njemu. U skladu s ovim, ograničavaju se minimalni profil i minimalna brzina ili pad. Formula Fedorova /25/ koristi se za proračun kritične brzine, to jest za brzinu kod koje još neće doći do taloženja organskih i anorganskih suspenzija: vkrit = 1,57 ⋅ n R n = 3,5 + 0,5 ⋅ R

(3.30)

gdje je: vkrit – kritična brzina (m/s); R – hidraulički radijus (m). Tablica 3.4 prikazuje minimalno dopuštene brzine u slučaju okruglih profila. Tablica 3.4: Minimalno dopuštene brzine kod okruglih profila po Fedorovu Promjer ∅ (mm)

vmin (m/s)

250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000

0,75 0,80 0,83 0,87 0,90 0,92 0,94 0,96 1,00 1,04 1,07

Ove vrijednosti i uporaba formule jamče samoočišćenje kanala i sprječavanje taloženja pijeska. Poznato je da je u mnogim konkretnim slučajevima vrlo teško zadovoljiti ove veličine minimalnih brzina, stoga se dopuštaju i manje. Naime, pretpostavlja se da su količine pijeska u kanalima razmjerno male, što sigurno vrijedi za kućanske otpadne vode dok kod oborinske kanalizacije količina pijeska u kanalima bitno ovisi o redovitom održavanju taložnika hvatača oborinskih voda (slivnika). 81


Tablica 3.5 prikazuje vrijednosti minimalnih dopuštenih brzina kod kojih neće doći do taloženja u kanalizacijskim kolektorima, prema njemačkim standardima ATV–A 110E. Ove su veličine utvrđene uz pretpostavku pogonskog koeficijenta hrapavosti K = 1,0 mm, volumenske koncentracije taloživih tvari u otpadnoj vodi od C = 0,005% i ispunjenosti kanala od 50%, a odnose se na kanale kućanskih otpadnih voda, oborinskih voda i mješovite kanalizacije. Vrijednosti iz tablice mogu se uz mogućnost pogreške od ± 5% koristiti i za koeficijent pogonske hrapavosti od K = 0,25 – 1,5 mm i manje, i za h/d ≥ 0,3. Za manju ispunjenost kanala (0,1 – 0,3), dane veličine minimalnih dopuštenih brzina treba povećati za 10%. Kod mješovite i oborinske kanalizacije, kao najmanja brzina za kolektore ispunjene 50% profila ili više, preporučuje se vmin = 0,6 m/s, a kod kanalizacije kućanskih otpadnih voda, vmin = 0,5 m/s. Kao najmanja brzina za kolektore kućanskih otpadnih voda iznimno se dopušta vmin = 0,3 m/s. Kod ove vrijednosti još uvijek neće doći do taloženja organskih tvari, međutim, doći će do taloženja anorganskih tvari. Tablica 3.5: Minimalne brzine u kanalima kod kojih ne dolazi do taloženja (K = 1,0 mm, ispunjenost 50%) /16/

82

Širina kanala ili promjer (mm)

Kritična brzina (m/s)

Kritični pad (‰)

150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.800 2.000 2.400 2.600 2.800 3.000

0,48 0,50 0,52 0,56 0,62 0,67 0,72 0,76 0,84 0,91 0,98 1,05 1,12 1,18 1,24 1,28 1,34 1,39 1,44 1,54 1,62 1,79 1,87 1,96 2,03

2,72 2,04 1,63 1,51 1,48 1,45 1,48 1,40 1,37 1,33 1,31 1,29 1,26 1,25 1,24 1,22 1,20 1,19 1,18 1,16 1,14 1,10 1,10 1,09 1,08


Ako se usporede veličine koje prikazuje Tablica 3.5. s veličinama koje se dobiju korištenjem formule Fedorova (Tablica 3.4), može se vidjeti da za profile manje od 1.000 mm formula Fedorova daje veće veličine pa je u tom smislu na strani sigurnosti, a za profile veće od 1.000 mm daje manje vrijednosti. U skladu s ovim, formula Fedorova se preporučuje u svim situacijama kad se očekuju veće količine anorganskih suspenzija, kada su proračunska punjenja kanala manja od 50% i kada je pogonski koeficijent hrapavosti K > 1,5 mm. Sve se ove vrijednosti u situacijama koje nisu uobičajene moraju prethodno analizirati i kritički koristiti, odnosno njihovo se korištenje treba primjereno obrazložiti. 3.3.2

Maksimalne brzine

Maksimalne su brzine prvenstveno od značenja zbog zaštite cijevi od struganja i ispiranja stijenki i spojeva. Kod razmatranja maksimalnih brzina važno je uzeti u obzir i karakter suspenzija, jer su one odgovorne za proces struganja cijevnog materijala. Budući da svi cijevni materijali nisu jednako otporni na ove procese, potrebno je u obzir uzeti i karakteristike cijevnog materijala. Prema podacima iz literature /25/, /73/, /80/ općenito se preporučuje da maksimalna brzina ne bude veća od: 2,5 − 3,0 m/s Za pojedine vrste cijevnih materijala dopuštaju se sljedeće maksimalne brzine: vmax = 3,0 m/s; a) betonske cijevi b) armiranobetonske cijevi vmax = 4,0 m/s; c) azbestno-cementne cijevi vmax = 4,5 m/s; d) PVC cijevi vmax = 5,0 m/s; e) čelične cijevi vmax = 7,0 m/s. Ove bi se brzine trebale koristiti samo na kraćim dionicama, a ne u dugim kanalima. Ova se ograničenja maksimalnih brzina podudaraju i s preporukama ATV 118. Potrebno je napomenuti da kod brzina v > 3,5 m/s dolazi do turbulentnog toka vode i uvlačenja zraka, što utječe na veličinu protoka i druge karakteristike toka.

3.4

Ograničenje padova

Brzine funkcijski izravno ovise o padovima. Prema tome, kad se govori o minimalnim ili maksimalnim brzinama, može se govoriti i o minimalnim i maksimalnim padovima. Brzina u cjevovodu je posljedica nagiba cijevi, pa je lakše projektirati kad su poznata ograničenja padova. Međutim, padovi su u funkciji oblika i veličine profila i veličine hrapavosti cijevnog materijala; ukoliko oni nisu poznati, ne može se govoriti ni o poznatim padovima. Stoga se ograničenja vezana za padove mogu koristiti kao orijentacijske veličine, a stvarna se stanja moraju provjeravati proračunom brzina.

83


3.4.1

Minimalni padovi

Padovi

Uz korištenje formule Fedorova za minimalne brzine i uvrštavanjem ograničenja za pojedine okrugle profile u formulu za brzine, dobiju se pripadajući uzdužni padovi kako prikazuje Slika 3.2. 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,0025 0,002 0,0016 0,0012 0,001

2000

1200 1400 1600

600 700 800 900 1000

400 500

300

200 250

125 150

0,0008 0,0007 0,0006 0,0005

Profili (mm)

Slika 3.2: Minimalni padovi u funkciji profila prema formuli Fedorova

Minimalne padove kojima se osiguravaju minimalne protočne brzine prikazuje i Tablica 3.5. Slični rezultati se mogu dobiti za okrugle profile korištenjem formule: I= 1 D gdje je: I D

(3.1)

– minimalni uzdužni pad; – promjer kanalizacijske cijevi (mm).

Kao što je rečeno, za svaki poseban slučaj potrebni minimalni pad treba izračunati na temelju minimalne dopuštene brzine. 3.4.2

Maksimalni padovi

Maksimalni padovi se, analogno određivanju minimalnih padova, određuju na temelju maksimalnih brzina i karakteristika cjevovoda. U ovom slučaju se za orijentaciju može koristiti približna empirijska formula oblika: I= 1 D gdje je: I D

84

– maksimalni uzdužni pad; – promjer kanalizacijske cijevi (cm).

(3.2)


U svakom graničnom i konkretnom slučaju maksimalni pad treba izračunati na temelju maksimalne dopuštene brzine toka te karakteristika kanalizacijskog kolektora.

Ovdje je potrebno napomenuti da velike padove treba analizirati i sa gledišta uvjeta tečenja na tim dionicama kanalizacijske mreže. Naime, sve dionice kanala koje imaju padove (odnosno brzine) veće od graničnih (vgra je brzina kod koje je Fr = 1) i sadržaj zraka veći od 5%, trebaju se proračunavati od slučaja do slučaja, analizirajući stvarne hidrodinamičke uvjete toka.

3.5

Ograničenje minimalnih profila

Da bi se spriječilo začepljenje i da bi se olakšalo pročišćavanje kanalizacijskih kolektora, ograničava se korištenje veličine profila bez obzira na ispunjenost profila i veličinu minimalne brzine toka. Kao minimalni profili u svim uobičajenim uvjetima, koriste se sljedeći: kanalizacija kućanskih otpadnih voda ∅min = 250 mm; mješovita i oborinska kanalizacija ∅min = 300 mm; kraći potezi (rubni ogranci) sekundarne mreže: fekalna kanalizacija ∅min = 200 mm; oborinska i mješovita kanalizacija ∅min = 250 mm.

Iste veličine uglavnom se preporučuju i u drugim sredinama (ATV 118), kako kod nas, tako i u svijetu. U slučajevima kada je otežan pristup kolektoru, bilo zbog velike dubine polaganja (preko 4 m) ili smještaja objekata na trasi ili uz nju, potrebno je koristiti sljedeće minimalne profile: kanalizacija kućanskih otpadnih voda ∅min = 300 mm; mješovita i oborinska kanalizacija ∅min = 400 mm.

3.6

Ograničenja visine punjenja kanalizacijskih kolektora

Tečenje vode u kanalizacijskim kolektorima je tečenje sa slobodnim vodnim licem. Tečenje sa slobodnim vodnim licem je neophodno kako bi se osiguralo ispravno priključenje kućnih priključaka, odnošenje plivajućih tvari, aeraciju kolektora i slično. Da bi se osigurale sve ove funkcije, ograničava se punjenje kolektora, i to ovisno o veličini kolektora. Preporučuju se sljedeće visine punjenja za okrugle profile: D = 250 – 300 mm hp = 0,60 · D D = 350 – 450 mm hp = 0,70 · D D = 500 – 900 mm hp = 0,75 · D D > 900 mm hp = 0,80 · D gdje je: hp – visina punjenja; D – promjer cijevi. 85


Kod svih drugih oblika poprečnog presjeka kanala vrijede sljedeća ograničenja: H < 300 mm hp = 0,60 · H H = 300 – 450 mm hp = 0,70 · H H = 450 – 900 mm hp = 0,75 · H H > 900 mm hp = 0,80 · H gdje je: hp – visina punjenja; H – visina kanala. U skladu s ovim, računska visina punjenja (punjenje kod računskog protoka) mora biti jednaka ili manja od maksimalno dopuštenih veličina. Ove preporuke odnose se na kanalizaciju kućanskih otpadnih voda. Kod oborinske kanalizacije visine punjenja mogu biti veće, ali u tom slučaju treba računati s utjecajem zraka na režim tečenja u cijevima, odnosno izvesti proračun cijevi pod tlakom.

3.7

Visinsko (vertikalno) vođenje trase

U izvedbi kanala zemljani radovi čine više od 50% ukupnih troškova izvedbe, stoga se racionalnim izborom dubine polaganja mogu bitno smanjiti troškovi izvedbe. Najracionalnija izgradnja kanalizacije je u slučaju kad niveleta kanala prati teren. To se može ostvariti u situaciji kad je pad terena veći od minimalnog, a manji od maksimalnog. U ovom slučaju se niveleta polaže na minimalno potrebnoj dubini. 3.7.1

Dubina polaganja kanala

Dubina polaganja kanala u teren ovisi o cijelom nizu faktora, i to: dubini priključaka; klimi (visoke i niske temperature); geomehaničkim karakteristikama terena: vrste tla, nosivost, uvjeti iskopa, klizišta, i drugo; agresivnost tla i podzemnih voda; pojavi, dubini i trajanju podzemne vode; vanjskom opterećenju (prometnice i građevina); položaju ostalih instalacija; položaju stabala ili velikog korijenja; veličini profila kanala; vrsti kanala i spojeva. Zbog toga je prije projektiranja potrebno provesti geomehanička i druga istraživanja kako bi se u cijelosti mogle utvrditi značajke planirane trase kanala i varijante izvođenja. Dubina priključaka Kanali se uvijek moraju polagati na dubini koja omogućava tehnički ispravno priključenje kućnih priključaka i drugih kolektora.

86


Klima Klimatski utjecaj se odnosi prvenstveno na mogućnost smrzavanja. U hladnijim predjelima (gdje su temperature ispod 0°C stalna i trajna pojava) su zbog ovog faktora dubine ukapanja 4 – 5 m. Geomehaničke karakteristike terena Iskopi u čvršćim materijalima (teškim stjenovitim materijalima) su skuplji (zbog miniranja i slično), stoga ih treba izbjegavati. S druge strane, količina iskopanog materijala je u čvršćim materijalima manja nego u slučaju iskopa terena manje čvrstoće, jer su bočni pokosi stabilniji (okomiti). Isto tako, čvršći materijali su povoljni u odnosu na utjecaj površinskog opterećenja pa se kolektori u njima mogu polagati na manjoj dubini. Na trasi buduće kanalizacije potrebno je utvrditi mogućnost pojave klizišta, bilo kod izgradnje bilo kasnije tijekom rada kanalizacije. Nadalje, važno je poznavati nosivost terena, budući da ona značajno utječe na odabir cijevnog materijala i posteljice. Nosivost je posebno važna ako se izgradnjom kanalizacije ugrožava stabilnost susjednih objekata. Potrebno je utvrditi i mogućnost odnošenja finih čestica, što bi moglo rezultirati slijeganjem izvedenih kanala. Ako ta mogućnost postoji, a naročito na strmim terenima, posteljica cijevi mora se zaštititi od ispiranja. Podzemne vode Podzemna voda poskupljuje cijelu izgradnju i stvara stalnu opasnost infiltracije. Polaganje u podzemnu vodu treba izbjegavati, a ako to nije moguće kanali se moraju posebno kvalitetno izvesti po mogućnosti što više, tako da su što manje pod utjecajem podzemnih voda/mora. Preporučuje se da dubina polaganja ne smije prelaziti 0,5 m ispod razine podzemnih voda (srednje razine mora), iznimno za kraće dionice do 0,8 m. Ova ograničenja se odnose na razine podzemne vode koje traju duže (svakako duže od jednog dana). U slučaju potrebe polaganja i na većim dubinama ispod razine vode (odnosno razine mora u obalnom području), koriste se posebni materijali i posebna izvedba kanala i svih drugih objekata s apsolutnom sigurnošću na vodonepropusnost, posebice spojeva. U podvodnim izvedbama mora se voditi računa i o nosivosti terena i potrebnoj zaštiti cijevi od slijeganja i podlokavanja. Agresivnost tla i podzemnih voda Neka tla i podzemne vode mogu biti agresivna na određene materijale i cijevi (na primjer, more djeluje agresivno na metalne cijevi i njihove dijelove). Zbog toga se agresivnost mora analizirati i u skladu s rezultatima odabrati materijale za cijevi i njihove spojeve sve kako bi se postigla potrebna trajnost građevine. Vanjsko opterećenje Vanjsko opterećenje, koje nastaje od nadsloja zemlje i prometnih sredstava, prenosi se na tjeme cijevi. Što je dubina polaganja cjevovoda veća, manji je utjecaj prometnih sredstava, ali je veći utjecaj nadsloja zemlje. Poseban su problem dinamička opterećenja koja mogu ugroziti čvrstoću cijevi i vododrživost spojeva, a posebno spojeva cijevi i 87


revizijskih okana. Zbog ovoga sve kolektore treba proračunati na vanjsko opterećenje i pronaći optimalnu geodetsku razinu polaganja cijevi, zaštitu (oblogu) i potrebno temeljenje (posteljicu). Položaj drugih instalacija Kanalizacija je najkruća i najmonolitnija gradska infrastruktura. Zbog toga se uglavnom sve druge instalacije (struja, telefon, voda, plinovod, itd.) prilagođavaju njoj. Međutim, u pojedinim slučajevima red važnosti može biti i drukčiji, pa se kanalizacija mora prilagoditi tim uvjetima. Kanalizacija se uvijek mora polagati ispod vodovoda. Položaj stabala ili velikog korijenja Kanalizacijom teče voda bogata hranjivim tvarima koje su hrana za sve biljke. Zbog toga korijenje stabala (naročito u sušnim područjima) koristi svaku mogućnost kako bi barem s najmanjom žilicom došlo do unutrašnjosti cijevi i kanala. Ukoliko dođe do ulaska korijenja u kanal, nastavlja se proces rasta i dolazi do sigurnog uništavanja kanala. Veličina profila kanala Veći se kanali u pravilu polažu dublje u teren zbog smanjenja vanjskog opterećenja i zbog potrebe tjemenog priključka sekundarnih kanala. Budući da je udaljenost od tjemena cijevi do razine terena je veća, i da je dimenzija kanala također veća, raste i ukupna dubina polaganja. Vrste kanala i spojeva Različite vrste kanala podnose različito vanjsko opterećenje – plastične cijevi podnose manje opterećenje od betonskih cijevi, a betonske manje od čeličnih. Zbog toga ove faktore treba analizirati u svakom konkretnom slučaju i odrediti optimalnu dubinu polaganja. Pri tome treba voditi računa i o kvaliteti spojeva kanala, koja također utječe na potrebnu dubinu polaganja. Ukoliko to lokalne prilike dopuštaju, preporučuju se sljedeće minimalne dubine polaganja, do tjemena cijevi dp: a) teren do IV. kategorije: profili do ∅ 400 mm dmin = 1,2 m profili ∅ 400 – ∅ 600 mm dmin = 1,5 m profili > ∅ 600 mm dmin = 1,8 m b) teren V. ili VI. kategorije: profili do ∅ 400 mm dmin = 1,0 m profili ∅ 400 – ∅ 600 mm dmin = 1,2 m profili > ∅ 600 mm dmin = 1,5 m Maksimalne dubine polaganja isključivo su stvar ekonomskih proračuna. Smatra se da je prihvatljiva dubina do 6 m. Ukoliko se radi o kraćim dionicama ili nekim posebnim situacijama, prihvatljive su i veće dubine. Slika 3.3 prikazuje prijedlog dubina polaganja i način priključenja prema njemačkoj literaturi /63/.

88


U svakom slučaju, izboru dubine polaganja kanala treba prići vrlo ozbiljno jer se izborom odgovarajuće dubine polaganja (iskopa) kanala mogu postići znatne uštede u izvedbi. Kod toga ne treba zaboraviti i na posljedice koje mogu nastati ukoliko su dubine premale (lomovi, urušavanja, itd.).

a) Mješovita kanalizacija

b) Razdjelna kanalizacija

c) Detalj izravnog priključka Slika 3.3: Dubina polaganja kanala i način priključenja

89


3.7.2

Određivanje nivelete kanala

Određivanje nivelete treba biti takvo da zadovolji sve tehničke zahtjeve vezane za priključke i savladavanje prepreka koje se mogu javiti na trasi kanala, a treba biti i ekonomski najprihvatljivije. To znači da je najpovoljnije niveletu voditi paralelno s terenom na minimalnoj dubini polaganja (Slika 3.4).

a) Projektiranje nivelete u neravnom terenu na minimalnoj dubini polaganja

b) Projektiranje nivelete u terenu sa jednolikim padom Slika 3.4: Projektiranje nivelete kanala

Koliko daleko (Lmax) se kanal može polagati u jednoličnom padu ovisi o padu terena Jter, odabranom minimalnom padu kanala Jk,min, početnoj (minimalnoj) dubini polaganja Hmin i odabranoj maksimalnoj dubini polaganja kanala Hmax, (jednadžba 3.3, Slika 3.5) Lmax =

H max − H min J k , min − J ter

(3.3)

Slika 3.5: Projektiranje kanala sa minimalnim padom

Ukoliko teren ima veći pad od maksimalno dopuštenog za kolektore, niveleta se projektira s maksimalno dopuštenim padom dok se ne postigne dubina jednaka minimalnoj dubini polaganja. Na tom mjestu se gradi objekt za prekid pada i niveleta se polaže na veću dubinu da bi se ponovo projektirala s maksimalno dopuštenim padom (Slika 3.6). 90


Jt – pad terena Jd max – maksimalno dopušteni pad kolektora

Jk – pad kolektora

Slika 3.6: Vođenje nivelete na strmim terenima

Izborom dubine objekta za prekid pada (veličine kaskade) utječe se na veličinu iskopa i broj objekata za prekid pada, odnosno na udaljenost između dva objekta za prekid pada. Odabiranje razmaka između dva objekta za prekid pada je pitanje ekonomskog proračuna. Postavljanje većeg broja okana za prekid pada smanjuje dubinu maksimalnog polaganja (veličina kaskade), odnosno troškove iskopa u cjelini, ali povećava troškove izvedbe okana (veći broj okana). Što je u konkretnom slučaju najpovoljnije, treba pokazati odgovarajuća tehničko-ekonomska analiza. U slučaju manjih kanala (∅ ≤ 40 cm) troškovi izvedbe okana za prekid pada su mali, nešto veći od izvedbe revizijskih okana. Međutim, kod većih kanala (∅ > 60 cm) troškovi izvedbe mogu biti dosta veliki, pa izboru broja kaskada treba prići vrlo detaljno. U pravilu se objekt za prekid pada nastoji postaviti na mjestu potrebnog revizijskog okna kako bi se izbjegla njegova zasebna izgradnja. To je uglavnom lakše primijeniti kod manjih kanala. Maksimalno moguća udaljenost Lmax između dvije kaskade računa se po jednadžbi (3.4). Lmax =

H max − H min J ter − J k , max

(3.4)

gdje je: Jk,max – maksimalno dopušteni pad kanala. Ukoliko je pad terena manji od minimalno dopuštenog, tada se niveleta vodi minimalnim padom do maksimalne dubine polaganja. Na tom mjestu se postavlja crpna stanica i voda diže na niveletu koja počinje s minimalnom dubinom polaganja (Slika 3.7).

Slika 3.7: Izbor lokacije crpne stanice

91


Određivanje dubine do koje će se kolektor polagati bez postavljanja crpne stanice, odnosno određivanje mjesta izvedbe crpne stanice, rezultat je ekonomske analize troškova izvedbe kanala i crpne stanice, te pogonskih troškova crpne stanice. U ovoj analizi ne treba zaboraviti na stalne troškove crpljenja, tako da se analiza mora napraviti uspoređivanjem sveukupnih troškova (izvedbe i pogona) metodom neto sadašnje vrijednosti. Proračun moguće udaljenosti od početka kanala do mjesta izgradnje crpne stanice obavlja se pomoću jednadžbe (3.3).

3.8

Horizontalno (tlocrtno) vođenje trase kanala

Prostorno (situacijski) se trasa treba polagati na najekonomičniji način sa stanovišta gradnje, pogona i održavanja, odnosno treba postići: najkraću ukupna duljina kanala; najmanje profile; minimalnu izgradnju objekata; minimalne pogonske troškove i troškove održavanja. Ovo se odnosi na cjelokupnu kanalizacijsku mrežu, uključujući i priključke. Ne postoje neka posebna pravila pomoću kojih se sigurno dolazi do optimalnog situacijskog rješenja. Slika 3.8 prikazuje kako se isto područje odvodnje može projektirati na dva sasvim različita načina.

a)

b)

Slika 3.8: Sheme odvodnje zamišljenog slijevnog područja

U prvom slučaju, izražena su tri paralelna glavna kolektora i jedan poprečni. U drugom slučaju, izražena su tri glavna poprečna kolektora i jedan paralelni. Koji će se od ova dva pristupa primijeniti, ovisi isključivo o lokalnim karakteristikama (pad terena, raspored objekata, karakter izgradnje i slično). Postavljanje konfiguracije kanalizacijske mreže je prvenstveno rezultat umješnosti, znanja i intuicije samog projektanta koji se uglavnom stječu praksom. Postoji cijeli niz čimbenika koje kod projektiranja treba uzeti u obzir: značajke lokacije i terena, ekološka i druga ograničenja, postojeća infrastruktura, itd.; zaštita izvorišta vode i zaštićenih područja; dostupnost odgovarajućih materijala za gradnju u danim uvjetima i vremenu; položaj zgrada, položaj kućne kanalizacije, položaj sanitarnih uređaja u zgradi; način korištenja zgrada koje se priključuju na kanalizaciju; 92


planiranje i koordinacija izgradnje s drugom infrastrukturom (ceste, voda, plin, itd.); problemi kod izgradnje vezani uz utjecaj na ljude na tom prostoru koji žive, njihovo poslovanje i druge aktivnosti; praktične pojedinosti procesa izgradnje, kao što su postupak građenja, prostor za izvođenje, pristup, transport, odlaganje materijala i slično; stabilnost susjednih građevina i infrastrukture tijekom građenja; postojeći, planirani i budući razvoj; priključci postojeće kanalizacije koja se zadržava; mogućnosti etapne gradnje i pristupa lokaciji; pad terena i uvjeti gravitacijske odvodnje; mogućnosti primjene kontrole u stvarnom vremenu; razina vode u prijamniku; razina podzemne vode; pristup za kontrolu, održavanje i rekonstrukciju; plavljenje prostora za slučaj kvarova i preopterećenja; položaj uređaja za pročišćavanje otpadnih voda i ispusta.

Sva ograničenja treba uzeti u obzir i u potpunosti poštovati, posebice ograničenja vezana za okoliš, zdravlje i sigurnost stanovništva i radnika. Kanali se uvijek projektiraju tako da budu što bliže korisnicima (kako bi priključci bili što kraći), te tako da se na što kraćim dionicama priključi što više potrošača (znači, racionalno). S druge strane, kanali se moraju polagati po prometnicama ili prostorima na koje se može doći prometnim sredstvima. Uvijek treba izbjegavati polaganje kanala po privatnim površinama ukoliko troškovi izvedbe i korištenja prostora iznad kanala nisu veliki. Kao primjer, Slika 3.9 prikazuje dva rješenja priključaka stambenih objekata na blagoj padini. Oba rješenja su dobra, a odabir rješenja koje će se primijeniti ovisit će o lokalnim karakteristikama i zahtjevima u konkretnom slučaju.

a)

b)

Slika 3.9: Primjeri mogućih rješenja priključka stambenih objekata na kanalizacijski sustav 93


Konfiguracija mreže mora biti takva da se koliko je god to moguće izbjegne križanje kanala s preprekama (željeznice, magistralne prometnice, vodotoci, magistralni vodovodi, arheološki lokaliteti, podzemne vode, zaštitne zone izvorišta, vojni objekti ili druga zaštićena područja). Rješenje kanalizacije mora se uklapati i u urbanističko rješenje područja. Za izbor rješenja najveću važnost ima lokacija uređaja za pročišćavanje koja značajno utječe na konfiguraciju mreže, jer se na tom mjestu moraju objediniti sve otpadne vode. Izbor lokacije uređaja za pročišćavanje nije uvijek lagan ni jednostavan. Naime, uređaj za pročišćavanje je objekt koji nitko ne želi u svojoj blizini. Osim toga, uređaj za pročišćavanje utječe na okoliš i zahtijeva stanovitu izoliranost od stanovništva. Sve ovo zahtijeva da se za svaku potencijalnu lokaciju uređaja za pročišćavanje napravi studija utjecaja na okoliš i potom na temelju vrjednovanja svih karakteristika izabere optimalna lokacija. Budući da svaka lokacija uređaja za pročišćavanje zahtijeva i specifičnu konfiguraciju kanalizacijske mreže, a time i odgovarajuće troškove izvedbe i održavanja, u proceduri vrjednovanja lokacija uređaja za pročišćavanje mora se razmatrati i cjelokupna kanalizacija zajedno sa svim objektima. Slična je situacija i s drugim većim objektima u kanalizacijskom sustavu (crpne stanice, kišni bazeni, itd.). Budući da i ovi objekti utječu na okoliš, i za njih treba provesti studiju utjecaja na okoliš i na temelju nje odabrati njihovu lokaciju i mjere zaštite. U rješavanju konfiguracije kanalizacijske mreže treba poći od urbanističkih karakteristika područja, odnosno planova i cijelog niza drugih uvjeta koje postavljaju odgovarajuće nadležne ustanove (vodoprivredni, sanitarni i drugi uvjeti).

3.9

Promjena pravca

Tečenje u kanalizaciji je gravitacijsko sa slobodnim vodnim licem. Ovakvo tečenje treba se odvijati u svim dijelovima kanalizacijske mreže, pa i u dionicama na kojima dolazi do promjene pravca. Svaka promjena pravca zbog sila inercije uzrokuje manje ili više izraženo bočno izdizanje vodnog lica i pojavu vrtložnog strujanja u krivinama. Dobro projektiranje kanalizacije zahtijeva da su bočno izdizanje vode što i pojava vrtložnog strujanja što manji. Zbog toga su promjene pravca kanala blage i postupne. Razlikujemo dvije osnovne vrste promjene pravca: 1. Promjena pravca radi spajanja s drugim kanalom (Slika 3.10); 2. Promjena pravca radi skretanja kanala (Slika 3.11). U slučaju promjene pravca radi spajanja s drugim kanalom, svaki kanal koji se priključuje na drugi kanal mijenja pravac. Kod toga razlikujemo dva slučaja: a) kada je promjena pravca pod kutom ≤ 90°; b) kada je promjena pravca pod kutom > 90°. U slučaju kada je promjena pravca pod kutom ≤ 90°, spoj može biti pod kutom od 90° (Slika 3.10.a) s time da se spoj unutar revizijskog okna projektira tangencijalno na smjer tečenja vode ili da se spoj izvrši pomoću kaskade. U svakom je slučaju bolje izbjegavati kaskadu jer ona može uzrokovati usporavanje toka vode. Općenito, bolje je projektirati spoj pod kutom manjim od 90°: kanal koji se nalazi u pravcu na spojni kanal pod kutom 94


od 90° možemo ubacivanjem jednog revizijskog okna smanjiti na spoj pod kutom od 45° (Slika 3.10.b). U pravilu, što je kanal veći, to je bolje da je kut promjene pravca kanala manji. U slučaju kada je kut promjene pravca veći od 90° (Slika 3.10.c), smjer tečenja kanala suprotan je tečenju u spojnom kanalu. U ovakvoj situaciji eventualno skretanje (spajanje) kanala može se izvršiti samo izgradnjom kaskade na mjestu spoja, i to takvom da se ne stvara uspor u kanalima.

Slika 3.10: Promjena pravca na spoju kanala

U drugom slučaju, kada promjena pravca kanala nije vezana za spajanje s drugim kanalom, situacija je jednostavnija. Promjena pravca može se izvesti izgradnjom dvaju ili više revizijskih okana (Slika 3.11.a) u kojima se skretanja izvode postupno s manjim kutovima, ili izgradnjom luka (Slika 3.11.b) (samo za kanale veće od 60 cm). Kod manjih profila veličine do 60 cm i manjih kutova promjene pravca (α ≤ 45°), skretanje se izvodi unutar samog revizijskog okna odgovarajućim oblikovanjem kinete, a kod većih promjena kuta ugradnjom više revizijskih okana koja smanjuju veličinu kuta. Kod većih kanala promjena pravca se mora izvršiti izgradnjom luka. Odnos između polumjera luka r i veličine (širine) kanala b treba biti unutar granica: r = 3 − 3,5 , odnosno < 12 b

(3.5)

Slika 3.11: Promjena pravca kanala

Kod većih dimenzija cjevovoda (DN 1200 i više), radijus zakrivljenja treba biti R ≥ 15 m, a samo u posebnim slučajevima R ≥ 12 m.

3.10 Položaj kanala u prometnici i kućni priključci Položaj kanala u prometnici sagledava se u sklopu razmještaja svih instalacija u prometnici. Zbog toga se i uspješnost razmještaja kanalizacije vrjednuje u kontekstu uspješnosti razmještaja svih instalacija. Općenito, položaj kanalizacije treba: osigurati lak i jednostavan priključak svih potrošača; 95


omogućiti jednostavnu i jeftinu gradnju (promet, blizina potrošača, teren, itd.); omogućiti lake, jednostavne i jeftine popravke (promet, ostale instalacije, itd.); biti uvijek ispod razine vodovoda; biti siguran od mogućih oštećenja.

Broj i razmještaj kolektora u prometnici ovisit će o veličini (širini) i značenju prometnice, brojnosti potrošača uz nju i kanalizacijskom sustavu. U rješavanju ovih problema važno je imati na umu da je kanalizacija najmanje prilagodljiva i daleko najveća infrastruktura, i da uvijek treba biti ispod vodovoda. Zbog ove činjenice bi kanalizacija trebala imati prednost u rješavanju, jer su sve druge instalacije daleko fleksibilnije i jednostavnije ih je razmjestiti i polagati. Slika 3.12, Slika 3.13 i Slika 3.14 prikazuju nekoliko primjera u skladu s preporukama za grad Split.

O.K. – oborinski kolektor V. – vodovod P.V. – priključni vodovod

F.K. – kolektor otpadnih voda T.V. – tranzitni vodovod

Slika 3.12: Tipičan raspored instalacija u glavnim ulicama

O.G.K. – oborinski glavni kolektor F.P.K. – pomoćni kolektor otpadnih voda

O.P.K. – oborinski pomoćni kolektor F.G.K. – glavni kolektor otpadnih voda

Slika 3.13: Raspored instalacija u gradskoj magistrali

96


Slika 3.14: Raspored instalacija u kolniku, pješačkom pristupu i opskrbnim ulicama

U velikim se gradovima ove instalacije često grupiraju u jedan pojas prometnice (tehnička zona) unutar kojeg se polažu instalacije u teren, ili u velike prohodne tunele (Slika 3.15).

a) Instalacijski tunel

b) Instalacijska tehnička zona

Slika 3.15: Instalacije u tehničkim tunelima i tehničkoj zoni gradske infrastrukture

Svrha ovakvog polaganja instalacija jest jeftinija izgradnja, laka i jednostavna kontrola i popravci te minimalno ometanje korištenja prostora iznad i oko kanala, kako kod izvedbe tako i kod održavanja kanalizacijskog sustava. Kao što se iz prikazanih primjera može vidjeti, kanalizacija otpadnih voda polaže se najdublje. U slučaju širokih prometnica (više od 20 m) često se grade dva paralelna voda kanalizacije na rubnom dijelu prometnice, naročito ako su česta bočna priključenja. To se radi zato da bi se smanjila duljina priključaka i izbjegla izgradnja priključaka preko cijele prometnice. Ukoliko se radi o dugim dionicama kanala, neophodno je osim dva paralelna kanala graditi i magistralni (glavni) kolektor, na koji se povremeno priključuju paralelni pomoćni kanali. Ovaj magistralni kolektor poželjno je polagati u sredinu prometnice, ispod razdjelnog zelenog pojasa.

97


Slika 3.16 prikazuje moguća rješenja priključaka kod široke prometnice gdje se priključenja izvode na bočno postavljene lokalne kolektore, koji se povremeno priključuju na glavni kolektor položen u sredini prometnice.

Slika 3.16: Rješenje priključka korisnika u slučaju širokih prometnica

Da bi se smanjio broj i učestalost priključaka na kolektore, često se priključci grupiraju kao što prikazuje Slika 3.17. Poželjno je da se bočni priključci izvode pod kutom u pravcu toka, a uvijek iznad ili u maksimalnoj razini vodnog lica sabirnog kolektora. Ovo je osobito važno ukoliko se priključenja izvode pod kutom od 90º. Ukoliko je moguće, najbolje je priključenje izvoditi preko revizijskih okana, a ne izravno na cijev. Ukoliko su priključci česti i na malom razmaku, ovakvo je rješenje vrlo skupo jer je potreban veliki broj revizijskih okana. Stoga se u ovim situacijama priključenja izvode izravno na cjevovod ili se grupiraju. Grupiranje se najčešće provodi u slučaju priključenja slivnika.

a)

b)

Slika 3.17: Primjeri grupiranja priključaka korisnika kanalizacijskog sustava

Vidljivo je da je prilikom projektiranja prometnica za dobivanje optimalnog rješenja važno poznavati i raspored instalacija u njima. Raspored instalacija u prometnicama mora biti takav da nikakvi popravci na njima ne ugrožavaju odvijanje prometa niti funkcioniranje drugih instalacija.

98


3.11 Križanje s instalacijama i preprekama Kanalizacija na svojoj trasi nailazi na cijeli niz prepreka: brdo (visinska prepreka), drugi kanali, vodotoci, željeznica, prometnice, instalacije vode, struje, telefona, plinovodi i drugo. Osnovno je pravilo da svaku prepreku treba izbjeći ako je moguće, i ako je to tehnički i ekonomski prihvatljivo, u protivnome prepreku treba savladati najkraćim prijelazom, tehnički i ekonomski povoljno, vodeći računa o sigurnosti objekta koji se prelazi, kontinuitetu njegova rada i funkcioniranja kanalizacije. To znači da se mora osigurati isti režim tečenja kao u ostalom dijelu kanalizacijskog sustava (po mogućnosti jednoliko tečenje sa slobodnim vodnim licem). Kod rješavanja problema savladavanja prepreka treba voditi računa o karakteristikama otpadnih voda, njihovu sastavu i promjenama veličine protoka koje se događaju sezonski, u tijeku dana i u kišnom razdoblju. Da bi se postigla potrebna sigurnost u radu kanalizacijskog sustava, često se grade paralelni dijelovi sustava na mjestu prijelaza, tj. “stopostotna rezerva”, a kolektori se čvrstim objektima izoliraju od utjecaja prepreka. Poželjno je uvijek omogućiti da se izmjene, održavanje i popravci na dijelu kanala ispod druge infrastrukture mogu odvijati bez ugrožavanja njihova funkcioniranja. U načelu, moguća su tri tipa prepreka: 1. Teren, odnosno visinska fizička prepreka (brdo, brijeg); 2. Prepreka na razini terena; 3. Prepreka ispod razine terena. U prvom slučaju prepreka je teren koji ima obrnuti pad od pada kanala (Slika 3.18). Ovu prepreku je moguće savladati na četiri načina: a) Izravnim prolazom (iskopom rova) s minimalnim padom kanala (Slika 3.18.a). U pravilu ovakvo se rješenje primjenjuje ako dubina iskopa nije velika (manja od 10 m) i ako je sama prepreka razmjerno kratka. Naravno, moraju postojati i uvjeti za ovako duboki iskop, to jest iskop ne smije ugrožavati okolne objekte. b) Tunelskim prijelazom s minimalnim padom kanala (Slika 3.18.b). U pravilu se ovakav prijelaz radi kada je dubina iskopa velika (veća od 10 m) i kad je duljina prijelaza mala tako da je izvedba tunela jeftina. Uvjet za ovakvo rješenje je da se na razmatranoj dionici može izvoditi tunel. c) Izgradnjom crpne stanice i potrebnih tlačnih i gravitacijskih kanala (Slika 3.18.c). U pravilu ovakvo rješenje dolazi u obzir kada je duljina dionice velika i kada je uzlazni dio brijega kraći od silaznog. d) Preusmjeravanjem kanala tako da kanali prate pad terena, ako je to moguće (Slika 3.18.d).

99


a)

b)

c)

d) Slika 3.18: Savladavanje izbočenih terena

U slučaju prepreke na razini terena radi se uglavnom o preprekama u obliku prometnica, cestovnih i tračnih ili površinskih kanala (depresija) i vodotoka. Prijelaz prepreka na samoj razini terena (ceste, tračnice) rješava se polaganjem kanala na dovoljnoj dubini ispod prepreka i odgovarajućom zaštitom od vanjskog djelovanja (npr. vibracija). Prijelaz površinskih prepreka u vidu udubljenja (depresije) rješava se polaganjem kanala ispod depresije ako je to moguće, a ako ne izgradnjom akvadukata (Slika 3.19.a) ili polaganjem ispod udubljenja u vidu sifona (Slika 3.19.b).

a)

b)

Slika 3.19: Mogućnosti prijelaza prepreka u razini terena

U slučaju prijelaza mosnom konstrukcijom imamo dvije situacije: a) Kanali su samonosivi i prijelaz se rješava izgradnjom samo nosača kanala. Ako su spojevi kanala čvrsti i samonosivi, tada je dovoljan samo jedan nosač po cijevi. Ako spojevi nisu čvrsti i samonosivi, tada je potrebno izgraditi dva nosača po svakoj cijevi kako bi se izbjeglo otvaranje spoja cijevi. b) U slučaju kada kanali nisu samonosivi, gradi se most (akvadukt) po cijeloj duljini prijelaza, a kanal se polaže na mosnu konstrukciju u jednolikom projektnom padu.

100


Ukoliko iz ekonomskih ili tehničkih razloga nije moguće primijeniti neko od prije navedenih rješenja, kao alternativno rješenje treba razmotriti izgradnju crpne stanice (Slika 3.20).

Prepreka Izlazno okno Ulazno okno s crpnom stanicom

Slika 3.20: Prijelaz površinskih depresija izgradnjom crpne stanice

U slučaju prepreke ispod razine terena radi se o podzemnim dijelovima prometnica ili o raznim instalacijama koje se nalaze u naseljima: voda, električna energija, drugi kanali, plinovod, toplovod, razni kabeli, itd. Ovisno o visinskim odnosima, prepreka će se prijeći kao potpuni sifon, nepotpuni sifon ili obično križanje (Slika 3.21).

a) iznad

b) ispod

c) nepotpuni sifon

d) sifon

Slika 3.21: Mogući oblici prijelaza prepreka ispod razine terena /80/

Ukoliko visinski odnosi to dopuštaju, ovakve prepreke je najbolje zaobići projektirajući obični kolektor (iznad prepreke) ili, u krajnjem slučaju, nepotpuni sifon. Puni sifon kao konstrukcija nije poželjan u kanalizaciji, prvenstveno zbog karakteristika otpadne vode i mogućnosti začepljenja sifona. Kod dimenzioniranja ovih objekata važno je postići zadovoljavajuće brzine protjecanja. Minimalna brzina nikad ne bi smjela biti manja od 0,6 m/s, a poželjna minimalna brzina je 1,0 m/s. U svakom slučaju, brzinu treba prilagoditi karakteristikama otpadne vode tako da u svim režimima rada tijekom dana i godine (vodeći računa o dnevnim i sezonskim varijacijama protoka) ne može doći do taloženja u kanalima. Zbog osjetljivosti objekta mora se napraviti precizan hidraulički proračun vodeći računa o svim faktorima, a naročito o pogonskoj hrapavosti i veličini lokalnih gubitaka. Slika 3.22 prikazuje gubitke, odnosno energetsku i piezometarsku liniju potpunog sifona.

101


E – energetska linija P – piezometarska linija Slika 3.22: Hidrauličke karakteristike sifona

Da bi se zajamčio siguran rad sifona, on se mora odgovarajuće izgraditi i opremiti. Alternativno rješenje je gradnja crpne stanice s tlačnim cjevovodom (Slika 3.23.a), ili crpne stanice bez tlačnog cjevovoda (Slika 3.23.b). Iako je skuplja za gradnju, crpna stanica bez tlačnog cjevovoda je povoljnije rješenje. Kod primjene crpnih stanica treba predvidjeti i rješenje za incidentne situacije. Najčešće rješenje je preljev na samoj lokaciji ili uzvodno od sifona. Kod primjene preljeva treba utvrditi utjecaj na uzvodne kanale, te primjereno dimenzionirati preljev Kod definiranja visinskih odnosa poželjno je koristiti faktor sigurnosti S = 1,2. Budući da se protok u kanalizaciji dosta mijenja, zbog čega je teško osigurati potrebne brzine jednim cjevovodom, gradi se više cjevovoda koji funkcioniraju u različitim režimima dotjecanja.

Prepreka Izlazno okno

Ulazno okno sa crpnom stanicom

a) Prijelaz crpnom stanicom i tlačnim cjevovodom Maksimalno dozvoljena razina vode (Dozvoljena razina uspora za slučaj kvara crpke. Primjenjuje se sigurnosni preljev.)

h

Prepreka

h - visina manja od energetske linije

Ulazno okno sa kaskadom

Izlazno okno sa crpkom

b) Prijelaz primjenom crpne stanice za podizanje vode Slika 3.23: Sifonski prijelaz 102


3.11.1

Križanje s instalacijama

Kanalizacija se križa prvenstveno sa samom sobom, odnosno s drugim kolektorima. To je čest slučaj u razdjelnom sustavu, zbog čega se u njemu kanalizacija kućanskih otpadnih voda uvijek polaže ispod oborinske kanalizacije. Budući da se radi o manjim profilima (a time i manjim iskopima), ovakvo rješenje se smatra i ekonomski povoljnim. Kanalizacija se u urbanim sredinama često križa i s vodovodom. U ovom slučaju se ona uvijek polaže ispod vodovoda, a cijevi kanalizacije u potpunosti betoniraju se na duljini od 5 m sa svake strane prijelaza, s ciljem eliminiranja bilo kakvog loma na tom potezu kanala. Minimalna visinska razina između vodovoda (niveleta) i kanalizacijskog kanala (tjeme) mora biti 0,5 m. Svako ovo križanje u projektnoj dokumentaciji mora biti posebno obrađeno i naznačeno. Križanje s kabelskim instalacijama (telefon, struja, TV, itd.) nije veliki problem jer su ove instalacije uglavnom vrlo fleksibilne. Kod projektiranja je važno znati gdje su položene ove instalacije kako bi se na vrijeme projektirala rješenja. 3.11.2

Križanje s vodotocima

Ukoliko kanalizacijski kolektori moraju prijeći preko vodotoka, prijelaz je u načelu moguće riješiti na dva načina: mosnom konstrukcijom; po dnu vodotoka. Prijelaz preko mosne konstrukcije češće se koristi u slučaju prijelaza tlačnih, a rjeđe u slučaju prijelaza gravitacijskih cjevovoda. Zbog toga se prijelaz preko vodotoka ostvaruje uglavnom po njegovu dnu (Slika 3.24). Način na koji će prijelaz biti riješen ovisi o cijelom nizu faktora, od kojih su najvažniji: odnos kote dna vodotoka i kanala; karakteristike vodotoka; dimenzije kolektora; varijacije protoka u kolektoru; kakvoća vode. Kada se kanali polažu ispod vodotoka, jako je otežana mogućnost rekonstrukcija i popravka. U praksi se redovito gradi rezervni kanal potpuno jednakog kapaciteta. Ukoliko se preko vodotoka prelazi s više radnih cjevovoda, moguće je uzeti manji broj rezervnih kanala, jer je vjerojatnost kvara na svim radnim cjevovodima zanemariva. Da bi se osiguralo odgovarajuće protjecanje kroz cjevovode, na početku prijelaza grade se razdjelna okna oblikovana tako da, u skladu s dotjecajnim količinama, raspodjeljuju vodu u određene cjevovode. Na kraju prijelaza se gradi okno koje sve vode objedinjava u jedinstveni kolektor. Kao zaštita sifona, ispred njega se često postavljaju rešetke, a iznimno i pjeskolov.

103


Primjer 1

Primjer 2 Slika 3.24: Primjeri prijelaza vodotoka s više cjevovoda

Sam način izvedbe ovisi o lokalnim karakteristikama. Međutim, bez obzira na način izvedbe ove se konstrukcije moraju izvoditi vrlo kvalitetno, budući da su teško dostupni za eventualne popravke. Oblik konstrukcije i izbor materijala koji će se koristiti ovise o dimenzijama kolektora s jedne, i veličini vodotoka s druge strane. Danas postoje prikladni materijali za savladavanje vodenih prepreka (sintetički materijali: tvrdi polietilen, PVC, poliester). Nepotpuni sifon ili direktan prijelaz je tehnički manje složen. I ova konstrukcija se mora kvalitetno izvesti zbog svoje teške dostupnosti. To znači da se i kod manjih prijelaza, kad se polažu cjevovodi, oni u potpunosti zabetoniraju i stabiliziraju. Kod statičkog dimenzioniranja ovih objekata treba uzeti u obzir i režim tečenja u vodotoku, kao i njegovo korištenje. Cjevovodi se moraju polagati ispod dna vodotoka, na dovoljnoj dubini da erozija korita na tom mjestu ne bi dovela do podlokavanja konstrukcije. Pri tom ne treba zaboraviti 104


da geomehaničke karakteristike dna vodotoka nisu iste prije i poslije postavljanja cjevovoda. Ukoliko se prijelaz postavlja dosta plitko ili na razini samog dna vodotoka, neophodno je izvesti stabilizaciju korita vodotoka prije i poslije prijelaza, tako da se onemoguće bilo kakve promjene dna. To je naročito važno kod brzotoka i vodotoka s velikim padom dna. Ukoliko je vodotok plovan, treba voditi računa i o svim zahtjevima koji se postavljaju u odnosu na ove namjene vodotoka. Prilikom rješavanja ovog problema ne treba zaboraviti da vodotok treba prijeći na najpogodnijem mjestu i najkraćim prijelazom (okomito). To znači da je potrebno dobro analizirati karakteristike vodotoka na većoj dionici i ocijeniti koji je prijelaz najpovoljniji. Ukoliko lokalne prilike to omogućavaju, treba razmotriti i mogućnost premještanja ili regulacije vodotoka radi djelotvornijeg rješavanja problema. Ako se prijelaz ne može svladati gravitacijskim tečenjem, gradi se crpna stanica a prijelaz rješava tlačnim cjevovodom crpne stanice. 3.11.3

Križanje s prometnicama

U urbanim sredinama su najčešća križanja sa sljedećim prometnicama: željeznice; podzemne željeznice; tuneli; cestovne prometnice prioritetna značenja. Križanje s prometnicama je jednostavnije od križanja s vodotocima jer se ovdje visinski odnosi mogu obostrano lakše uskladiti. To znači da se rijetko grade sifonski prijelazi, odnosno prijelazi se uglavnom izravni ili polusifonski. Prijelaz preko ovih prepreka provodi se tako da se omoguće svi popravci bez prekidanja prometa. To znači da se prijelazi izvode izuzetno kvalitetno (veći kolektori) ili se prijelazi izvode izgradnjom konstrukcije u kojoj se kolektor polaže i u kojoj je stalno dostupan (ovo najbolje prikazuje Slika 3.25). Ovi zahtjevi iziskuju skupe, a u određenim uvjetima i vrlo složene konstrukcije. Zbog svega navedenoga, prijelaz po mogućnosti treba biti okomit.

Slika 3.25: Primjer rješenja križanja s prometnicom /63/

Kod prijelaza preko željezničke pruge, konstrukciju treba osigurati od vibracija i izvesti u skladu sa zahtjevima željeznice. Križanje s podzemnom željeznicom ili tunelima je složenije, a mogući su razni slučajevi (Slika 3.26). 105


Slika 3.26: Križanje s tunelima /20/

Kao što se vidi, u ovim slučajevima je možda i potrebno graditi sifonski prijelaz. Za ove konstrukcije vrijedi sve što je rečeno za vodotoke, stoga se ovdje neće ponavljati. Prepreke treba savladati najkraćim putem, analizirajući mogućnost njihova izbjegavanja ili korištenja već izgrađenih prijelaza (propusta). U nekim situacijama male promjene i inženjerske dosjetke mogu znatno poboljšati rješenja, kao što prikazuje Slika 3.27.

Slika 3.27: Primjeri križanja s preprekama: križanje uz promjenu poprečnog profila kanala

3.12 Statički proračun kolektora Kolektor ukopan u zemlju opterećen je nadslojem zemlje, kao i vanjskim opterećenjem koje se javlja iznad cijevi i opterećenjem prometnih sredstava. Cijevi su dimenzionirane za određeno naprezanje koje je u slučajevima većih opterećenja potrebno provjeriti kako ne bi došlo do njihova loma. Iskopom kanalizacijskog rova remete se prirodne karakteristike okolnog tla: naime, kod zatrpavanja rova dolazi do novih naprezanja i deformacija ovisno o tlu, dimenzijama i 106


obliku kanalizacijskog rova, postignutom stupnju zbijenosti tla iznad cijevi i krutosti samih cijevi. Postoji cijeli niz teorija i ispitivanja koja pokazuju da naprezanja u cijevima u najvećoj mjeri ovise o načinu ugradnje cijevi i izvođenju nabijanja tla iznad njih, te veličini vanjskog i prometnog opterećenja. 3.12.1

Stalno opterećenje

Kanalizacijski kolektori se polažu u rovove s okomitim ili kosim zidovima Češći su okomiti, jer su ekonomičniji i ometaju manje aktivnosti na površini. Raspored unutrašnjih i vanjskih sila za slučaj okomitog rova prikazuje Slika 3.28. Pretpostavlja se da je sila py konstantna na cijeloj širini rova. Također se pretpostavlja da je odnos: px = K = konstanta (3.6) py

py – sile izazvane masom tla, odnosno ispunom rova u y-smjeru; px – sila u x-smjeru; po – površinsko opterećenje. Slika 3.28: Raspored sila u rovu (prema Janssenu) /88/

Veličina težine G je: a veličina trenja R:

dG = 1 ⋅ γ ⋅ b ⋅ d y

(3.7)

d R = 1 ⋅ µ ′ ⋅ p x ⋅ dy = 1 ⋅ µ ′ ⋅ K ⋅ p y ⋅ dy

(3.8)

µ' = tg δ ' – koeficijent unutrašnjeg trenja nadsloja sa zidovima rova. Zbroj vertikalnih sila je jednak nuli, što daje:

γ ⋅ b ⋅ d y − b ⋅ d py − 2 ⋅ µ′⋅ K ⋅ py ⋅ d y = 0

(3.9)

d py ⎛ 2 ⋅ K ⋅ µ′ ⎞ = γ ⋅ ⎜1 − ⋅ py ⎟ γ ⋅b dy ⎝ ⎠ 107


uz rubne uvjete: py = 0 za y = 0; py = pt za y = t. Imamo izraz za specifični vertikalni tlak mase ispune na dubini tjemena cijevi: pt =

γ ⋅b ⋅ (1 − e − 2⋅ K ⋅ µ ′⋅t b ) 2 ⋅ K ⋅ µ′

(3.10)

gdje je:

γ – jedinična težina materijala; b – širina rova u dubini tjemena cijevi; K – odnos između horizontalnog i vertikalnog tlaka, ovisi o načinu ugradnje i zbijenosti tla (obično se uzima K = 0,5); δ – kut trenja na zidovima rova; µ' – koeficijent trenja (približno jednak kutu ϕ unutarnjeg trenja materijala); t – visina ispune iznad tjemena cijevi.

Veličina ovog tlaka, uz površinsko opterećenje, čini ukupno opterećenje ukopanog cjevovoda. Teorijske veličine se umanjuju uvođenjem faktora umanjenja AE za težinu ispune i Ao za površinsko opterećenje: AE = 1 − e

− µ ′⋅t b

µ′

⋅b t

Ao = e − µ ′t / b

Uzimajući K = 0,5, dobije se izraz za proračun sile tlaka na tjeme cijevi: od težine ispune: PE = AE ⋅ γ ⋅ b ⋅ t (MN/m) od površinskog opterećenja:

(3.11) (3.12)

Po = Ao ⋅ po (MN/m)

(3.46) (3.13)

Slika 3.29 prikazuje veličine AE i Ao za neke vrste materijala /88/. Kao što smo rekli, raspodjela naprezanja ovisi o vrsti materijala cijevi (krutosti). Razlikujemo: krute cijevi (armiranobetonske, azbestno-cementne, keramičke); elastične cijevi (čelik); plastične cijevi (tvrdi polietilen, PVC, itd.).

108


Slika 3.29: Vrijednosti Ao i AE /88/

Ove karakteristike uvjetuju i različito deformiranje cijevi, a time i naprezanja u njima. Osim toga, cijevi imaju i različitu krutost u odnosu na okolni teren. Stoga se uvodi koeficijent n (prema Voellmyju) (Slika 3.30): n=

gdje je: Es E rm s n <1 n =1 n >1

Es E

⎛r ⎞ ⋅⎜ m ⎟ ⎝ s ⎠

3

(3.14)

– modul elastičnosti tla; – modul elastičnosti cijevi; – polumjer cijevi; – debljina stijenke cijevi; – cijev ima krutost manju od okolnog tla; – cijev ima krutost jednaku kao i okolno tlo; – cijev ima krutost veću od okolnog tla.

Za razne vrste tla, veličine modula elastičnosti tla (N/mm2) su kako slijedi. šljunkoviti pijesak: 100 – 200; zbijeni pijesak: 50 – 80; rahli pijesak: 10 – 20; mršava glina: 3 – 10; polutvrda glina: 8 – 15; lako do teško gnječena glina: 4 – 8; lako gnječena glina: 1,5 – 4; mulj: 0,5 – 3; treset: 0,1 – 0,5. 109


Slika 3.30: Odnosi prema Voellmyju /88/

Ukoliko je n = 1, cijev i okolno tlo imaju jednaku krutost, tjemeni tlak na cijev je: P′ =

dv ⋅P b

(3.15)

gdje je: P' – pripadajući tjemeni tlak; P=PE+Po – ukupni tlak po širini rova; dv – vanjski promjer cijevi. U slučaju kada je n < 1, tjemeni tlak se povećava, a za n > 1 smanjuje. U ovom slučaju veličina tjemenog tlaka se proračunava kao: dv ⋅P b 5 + 3n m= (1 + n ) ⋅ (3 + n ) P′ = m ⋅

(3.16)

Kod krutih cijevi m = 1,5, a kod veoma mekih cijevi m = 0,5. Situacije različite od opisane zahtijevaju i drugačije pristupe, ali uz pridržavanje ovdje naznačenih načela pri proračunu. 3.12.2

Prometno opterećenje

Prometna sredstva na terenu iznad cijevi djeluju na cijevi statički i dinamički. Ovo opterećenje se računa po formuli: Pp = f ⋅ p p ⋅ dv (MN/m)

gdje je: Pp f pp pp dv 110

(3.17)

– tlak od prometnog opterećenja; – udarni faktor; – jedinično prometno opterećenje na tlocrtnu površinu cijevi (Slika 3.31); – statičko prometno opterećenje.


Utjecaj prometnog opterećenja dosta je velik za dubine manje od 1,0 m. Udarni faktor f izračunava se na temelju dubine tjemena cijevi t, a razlikujemo: slučaj cestovnog prometa: 0,3 f = 1+ t slučaj željezničkog prometa i zračne luke: 0,6 f =1+ t

Klasa

VOZILA PO DIN 1072 Opterećenje Klasa Opterećenje po kotaču po kotaču (i) Naprijed Natrag

60 45 30

10,0 7,5 5,0

12 6 3

2,0 1,0 0,5

4,0 2,0 1,0

Slika 3.31: Veličine jediničnog prometnog opterećenja /88/

3.12.3

Koeficijent nalijeganja

Kao što je već rečeno, način ugradnje cijevi utječe i na naprezanje u njoj. U pravilu, bolja ugradnja znači manje naprezanje. Pod boljom ugradnjom podrazumijeva se bolje i veće oslanjanje cijevi na podlogu. Bolje oslanjanje znači da je podloga čvrsta i ravna, a veće oslanjanje znači da podloga obuhvaća što veću površinu u donjoj polutki cijevi. Utjecaj ugradnje opisuje se koeficijentom ugradnje Ku, ili koeficijentom nalijeganja (Slika 3.32). Koeficijent označava povećanje otpornosti cijevi u slučaju da je ona slobodno oslonjena na ravnu čvrstu podlogu (laboratorijski uvjeti). Veličina sile se dobije iz izraza: Pu = K u ⋅ Pi

(3.18)

gdje je: Pu – nosivost položene cijevi; Pi – nosivost u laboratorijskim uvjetima. 111


Ku 1

1,1

Nedopuštena ugradnja cijevi – položena na dno rova, upušten samo kolčak

2

1,5

Cijev upuštena u dno rova pod kutom od 90°

3

1,5

Cijev s postoljem na ravnom dnu rova

4

1,5

Cijev sa spuštenim kolčakom podbijena pijeskom

5

1,8

Cijev na pripremljenoj betonskoj posteljici pod kutom od 90°, b > dv, a = 5 cm + 1/10 d, min 10 cm

6

2,0

Kao 5, samo kut od 120°

7

2,0

Cijev ubetonirana do polovice

8

3–6

Cijev ubetonirana iznad polovice, a = 1,4 d, a minimalno 10 cm

Slika 3.32: Koeficijent nalijeganja za različite uvjete ugradnje

3.12.4

Kontrola naprezanja u kanalizacijskim cijevima

Razlikujemo kontrolu naprezanja krutih, elastičnih ili plastičnih cijevi. U tekstu će se prikazati proračun naprezanja krutih cijevi. Veličina ukupnog opterećenja bi trebala biti uvijek manja od tvornički deklarirane dopuštene veličine, tj.: k1 ⋅ P ′ + k 2 ⋅ Pp (3.19) Pi > Ku gdje je: k1 – koeficijent sigurnosti za statičko opterećenje: k1 = 1,5 za povoljno tlo; k1 = 1,8 za nepovoljno tlo; 112


k2 – koeficijent sigurnosti za dinamičko opterećenje (promet); k2 = 1,5 za t > 1,0 m; k2 = 1,5 – 2,0 za 0,5 < t < 1,0 m.

Ukoliko je izračunato opterećenje preveliko, tada postoji nekoliko mogućnosti: koristiti čvršće cijevi ili oblogu; ukopavati cijevi na većim dubinama; promijeniti način ugradnje cijevi. Odluka ovisi o lokalnim prilikama. Ponekad je potrebno koristiti i kombinaciju različitih mjera. Za proračun naprezanja drugih vrsta cijevi treba koristiti odgovarajuće postupke. Proizvođači cijevi često daju obrasce, dijagrame i slične materijale za proračun naprezanja u cijevima. Kod korištenja ovih proračuna treba biti oprezan i koristiti ih isključivo za cijevi toga proizvođača, jer on preuzima odgovornost za eventualne havarije.

3.13 Dimenzioniranje kanalizacijske mreže 3.13.1

Dimenzioniranje kanalizacije otpadnih voda

Dimenzioniranje se provodi tablično, kako to prikazuje Tablica 3.6. Naglasimo: potrebno je posebno prikazati stanje otjecanja u kanalima za sušno i kišno razdoblje (s tuđim vodama ili bez njih). Tablica 3.6: Dimenzioniranje kanalizacije otpadnih voda Broj 1

Dionica Uzvodni Nizvodni čvor čvor 2 3

Kota dna cijevi Uzvodno Nizvodno (m n.m.) (m n.m.) 7.1 7.2

Pad (%) 8

Kota terena Uzvodna Nizvodna (m n.m.) (m n.m.) 4.1 4.2 Pogonska hrapavost (mm) 9


Promjer D (m) 10

Sušni protok (l/s) 6

Puni profil vp Qp (l/s) (m/s) 11 12

Punjenje kanala Stvarna brzina Kišni protok Punjenje kanala Stvarna brzina 6 + tuđe d/D d d/D d Uzvodno Nizvodno Uzvodno Nizvodno vode (l/s) (h) (cm) (h) (cm) (m/s) (m/s) (m/s) (m/s) 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Sve veličine i ograničenja treba koristiti u skladu s preporukama iz poglavlja 2. 3.13.2

Dimenzioniranje oborinske kanalizacije

Dimenzioniranje se provodi tablično, kako to prikazuje Tablica 3.7.

113


Tablica 3.7: Dimenzioniranje oborinske kanalizacije Broj

1

Dionica Uzvodni Nizvodni čvor čvor 2 3

Kota dna cijevi Uzvodno Nizvodno (m n.m.) (m n.m.) 7.1 7.2

Pad (%) 8

Kota terena Uzvodna Nizvodna (m n.m.) (m n.m.) 4.1 4.2 Pogonska hrapavost (mm) 9

Punjenje kanala d/D d (h) (cm) 13 14

Promjer D (m) 10


Kišni protok (l/s) 6

Puni profil vp Qp (l/s) (m/s) 11 12

Stvarna brzina Uzvodno Nizvodno (m/s) (m/s) 15 16

U današnje se vrijeme dimenzioniranje kanalizacije provodi uz korištenje odgovarajućih računalnih programa. Posebno su prikladni programi za tablično računanje (spreadsheet software). Pri tom je važno oblikovati izlazne rezultate (output) na način koji će jasno prikazati sve elemente prikazane u prethodnim tablicama (a ne samo konačni rezultat).

3.14 Projektiranje vakuumske kanalizacije Projektiranje i građenje vakuumske kanalizacije je normirano EN DIN 1091. Ovim normama propisani su opći uvjeti vezani za tehničke značajke sustava, opremu, kolektore, alarmni sustav, tlačnu probu i drugo. Kanalizacija je standardizirana 1992. godine njemačkim standardom ATV–A 116, koji je dopunjen 2004. kako bi bio usklađen s europskim standardom. U daljnjem tekstu prikazat će se osnovne značajke i smjernice za projektiranje ovakvog sustava odvodnje. 3.14.1

Osnovni koncept, prednosti i ograničenja

Sustav se sastoji od zatvorene kanalizacijske mreže s tlakom manjim od atmosferskog, posebno oblikovanoga vakuumskog okna (zasunskog okna) na koji se priključuju korisnici (kućni priključci) i vakuumske stanice. Mreža je na jednom kraju priključena na zasunsko okno kućnih priključaka, a na drugom na vakuumsku stanicu (sabirni kotao). Čitav sustav ovisi o radu vakuumske stanice koja stvara podtlak (najveći na samoj stanici) i na taj način usisava svu otpadnu vodu koja se ulijeva u mrežu. Vakuumska stanica neprekidno održava podtlak od 0,2 – 0,8 bara. To je jedino mjesto koje troši električnu energiju za rad vakuumske stanice i crpki. Sakupljene otpadne vode se iz vakuumske stanice (sabirnog kotla) crpe na uređaj za pročišćavanje ili neko drugo sabirno mjesto. Otpadna voda iz kuća gravitacijski dotječe do zasunskog okna, odnosno spremnika, koji se nalazi u oknu. Na jedno okno može se priključiti do 5 kućnih priključaka. U vakuumskom se oknu nalazi usisni zasun kojim se razdvajaju unutrašnji podtlak u mreži i vanjski atmosferski tlak. Kada se napuni spremnik u oknu, odgovarajućim se mehanizmom (na principu razlike tlaka i razine vode) otvara zasun i sakupljena voda 114


zajedno sa zrakom iz okna uvlači se (ispušta) u kanalsku mrežu putem koje dotječe na vakuumsku stanicu. Tečenje je postupno i uvijek jednosmjerno u pravcu vakuumske stanice. Brzina tečenja mješavine vode i zraka je velika (4 – 6 m/s). Ova brzina sprječava taloženje suspenzija u cjevovodima, a mješavina uvučenog svježeg zraka i otpadne vode čini vodu svježom sprječavajući tako stvaranje velikih količina sumporovodika. Učinkovitost funkcioniranja sustava ovisi o omjeru zraka i vode koja se kreće sustavom. Cijevi nikada ne smiju biti pune do vrha. Odgovarajući omjer zraka i vode održava se u sustavu putem posebnih membranskih vakuumskih usisnih zasuna.

1 – vakuumsko/zasunsko okno (kućni priključak) 2 – vakuumska stanica 3 – cijevna mreža

4 – priključak na vakuumsku stanicu 5 – u pravcu uređaja ili okna gravitacijske kanalizacije 6 – vakuumska crpka 7 – ispust zraka

Slika 3.33: Koncept vakuumske kanalizacije

S obzirom da je uzrok tečenju podtlak u sustavu koji se ostvaruje na vakuumskoj stanici, vakuumski se cjevovodi mogu polagati horizontalno, odnosno s malim prosječnim padom u smjeru tečenja. Cijevi se polažu u obliku pile s manjim skretanjima – vertikalnim lomovima visine od 20 – 40 cm (Slika 3.34). Cijevi su malog profila, DN 25 do DN 250 mm. Polažu se plitko (40 – 120 cm), tako da su troškovi zemljanih radova vrlo mali. Dozvoljeni pad tlaka u sustavu je 0,5 bara, zbog čega je duljina mreže ograničena na oko 4 km. Ako je područje sakupljanja veće, gradi se više podsustava (svaki sa svojom vakuumskom stanicom) međusobno povezanih crpnim stanicama i tlačnim cjevovodima. S obzirom da je sustav pod tlakom manjim od atmosferskog, u vakuumskoj se stanici zrak ispušta u okoliš. Budući da je ovaj zrak štetan za okoliš i ima neugodan miris, prije ispuštanja se mora pročišćavati. Zbog toga je uz vakuumsku stanicu uvijek izgrađen i uređaj za pročišćavanje zraka, najčešće biološki filtar.

115


Slika 3.34: Vođenje nivelete vakuumskih cjevovoda

Svi su elementi sustava gotovi proizvodi, a izgradnja je u cjelini montažna. Na licu mjesta izvode se samo zemljani radovi i građevinski radovi za smještaj vakuumske stanice i pratećih objekata (upravna zgrada, crpna stanica, transformator i priključak na energetski sustav, ograda, pristupni put, itd.). Glavne prednosti ovog tipa kanalizacije su: nepropusnost i potpuna zaštita okoliša, a posebno podzemnih voda jer sustav nema istjecanja (vakuum-podtlak), tako da je dobar za vodozaštitna područja; sustav je stalno podtlakom (vakuumski), zbog toga u naselju ne ispušta plinove u okoliš (osim na vakuumskoj stanici), tako da ne onečišćuje zrak; zbog aeracije otpadne vode tijekom tečenja u cijevima, razvijaju se male količine štetnih plinova (posebno sumporovodik), čime se sprječava korozija materijala i opreme; velike brzine tečenja mješavine vode i zraka (veće od 4 m/s) sprječavaju taloženje i kod povremenog otjecanja; jednostavno upravljanje i kontrola rada i propusnosti (povećani ciklus rada vakuumskih crpki je indikator problema u sustavu; mali profili cjevovoda, a time i manji troškovi; plitko polaganje cjevovoda, a time i manji troškovi zemljanih radova; trase cijevi mogu imati skretanja (lakše savladavanje raznih prepreka); mogu se polagati blizu vodovodnih cijevi jer nema istjecanja; sustav ne zahtijeva intervencije unutar objekata i kućnih priključaka; lako se kombinira s gravitacijskim sustavom; Međutim, sustav ima i svojih nedostataka i ograničenja: sustav je u cijelosti montažni i gradi se od gotovih proizvoda, tako da cijena i kvaliteta tih proizvoda bitno utječe na isplativost primjene, trajnost i kvalitetu pogona; najveća udaljenost priključka do vakuumske stanice je oko 4 km; nije moguće savladavanje visina većih od 3 – 4 m, stoga se primjenjuju samo u ravničarskim krajevima; nužan je trajni izvor energije da bi sustav radio i sakupljao otpadne vode;

116


primjena jedino u razdjelnom sustavu kanalizacije, tako da zahtijeva dobru kontrolu ilegalnih priključaka oborinskih voda (da ne bi došlo do neplaniranog opterećenja sustava); nužno je pročišćavanje zraka na vakuumskoj stanici; sustav je osjetljiv u odnosu na ispuštanje krupnih krutih tvari u kućnu kanalizaciju, koje mogu dovesti do poremećaja i blokade rada vakuumskog zasuna; sustav zahtijeva stalno i dobro održavanje.

Idejno projektiranje ovakvog sustava je jednostavno. Pri projektiranju je nužno poštivanje navedenih hidrauličkih ograničenja. Detaljno projektiranje može se napraviti tek nakon što se odabere isporučitelj opreme, jer je sustav u cjelini montažni. 3.14.2

Glavne komponente

Glavne komponente ovog tipa kanalizacije su: vakuumska (zasunska) okna; vakuumski cjevovodi (mreža); vakuumska stanica. Vakuumsko okno je ključna komponenta koja omogućava prijelaz sa gravitacijskog na vakuumsko tečenje otpadnih voda. To je gotovi proizvod, a na licu mjesta se samo ugrađuje (Slika 3.35). Otpadna voda gravitacijski dotječe u manji spremnik veličine 20 – 40 l koji se nalazi u oknu. Volumen spremnika mora biti najmanje 25% volumena vode koju ispušta korisnik. Ovo je zahtjev kojim se omogućava kontinuitet rada sustava i u slučaju manjih kvarova i prekida rada. Veći spremnik znači veću retenciju, a to onda znači i sigurniji rad u slučaju prekida rada vakuuma.

Slika 3.35: Vakuumsko (zasunsko) okno /81/

Punjenje spremnika može se regulirati. Otvaranje zasuna također se regulira, jer se mora postići optimalna mješavina zraka i vode. Naime, otvaranjem zasuna usisavaju se voda i zrak, i to pod atmosferskim tlakom. Ova mješavina putuje cjevovodima do sabirnog mjesta zbog razlike tlakova pred njom i iza nje (poput klipa u cjevovodu koji se kreće jer je tlak iza njega veći od tlaka ispred njega). Na ulazu mješavina protječe spiralnim cjevovodom kako bi tečenje u nastavku bilo spiralno. Otvaranje zasuna podešava se ovisno o udaljenosti od vakuumske stanice, a usisavanje traje od 3 – 5 sekundi. Mješavina zraka i vode se kreće u omjeru od 4:1 do 15:1. Zrak je nužan radi boljeg tečenja, ali s druge strane prevelike količine zraka povećavaju rad crpki za stvaranje 117


vakuuma. Zbog ovoga je nužno podešavanje omjera zraka i vode kako bi se postigli optimalni uvjeti tečenja. Zasuni su glavni element okna. Danas se koriste membranski zasuni koji su se pokazali pouzdani u odnosu na moguće začepljenje. Kako bi se spriječilo uvlačenje krupnijih suspenzija u cjevovode i začepljenje zasuna, usisni cjevovod u oknu je vrlo malih dimenzija (2 do 3 inča, tj. oko 5 – 7,5 cm). Na taj način krupnije suspenzije ostaju u retencijskom prostoru okna odakle se kroz cjevovod na poklopcu spremnika (okna) čisti. Okna se proizvode iz sintetičkih materijala, uglavnom tvrdog polietilena. Vakuumski cjevovod je kanalizacijska mreža pod stalnim podtlakom koji varira od 0,2 do 0,8 bara. Koriste se mali profili (DN 65 do DN 200 mm, iznimno DN 250 mm), a najčešće profili od DN 80 – 125 mm. Cijevi su od tvrdog polietilena (PEHD) klase SDR 11 (materijal PEHD 100), ili od PVC-a za tlak PN 10. Spojevi moraju biti nepropusni kako se ne bi usisavale velike količine zraka; zbog toga su prikladnije cijevi od PEHD-a jer su bez spojeva (mogu se variti).

Na cjevovodima se postavljaju revizijska okna čija je veličina usklađena s veličinom cjevovoda (Slika 3.36). To nisu široka okna za ulazak i slično, već okna za analizu tlaka i otkrivanje kvarova (prokapljivanja). Okna se postavljaju na razmaku od oko 100 m (A 116). Posebnim sustavom kontrole moguće je kontrolirati stanje svakog dijela cijevne mreže.

Slika 3.36: Ugradnja cijevi i revizijsko okno

Tečenje u sustavu je nestacionarno, i to kao kombinacija zraka i tekućine. Brzine su oko 5 m/s. U pojedinim fazama tečenja javlja se i stacionarno tečenje, zbog čega je egzaktno hidrauličko opisivanje sustava tečenja složeno pa se umjesto egzaktnog opisa za opisivanje i proračunavanje koriste empirijske jednadžbe. Tečenje mora biti takvo da tekućina ne ispuni (zatvori) cijeli profil cjevovoda, kako bi se u slobodnom prostoru iznad tekućine mogao održavati vakuum. Cijevi se polažu tako da je cjevovod nalik pili, odnosno s jednolikom uzdužnim padom u duljini od oko 15 m između posebnih komada manjih “zubaca”, odnosno vertikalnih 118


lomova duljine 2 – 3 m i visine 20 – 40 cm. Minimalni pad cjevovoda mora biti veći od 0,2%. Svrha vertikalnih lomova je sprječavanje povratnog toka vode. Naime, nakon usisavanja mješavine zraka i vode iz zasunskog okna, mješavina spiralno teče u pravcu vakuumske stanice povremeno zadržavajući se na dnu loma cjevovoda (dnu zupca “pile”). Voda se tu zadržava sve dok se ne usiše sljedeća količina vode koja dotječe do ovog loma, kada se količine spajaju i nastavljaju teći dalje do sljedećeg loma. Prema tome, voda se kreće od zupca do zupca u pravcu vakuumske stanice. Pri tom se zrak preoblikuje u mjehuriće koji nisu postojani, a ponovo se preoblikuju na vertikalnim lomovima. S obzirom na intenzivno miješanje atmosferskog zraka i fekalija, voda se dobro aerira i zbog toga se javljaju manje količine sumporovodika. Vakuumska stanica je jedini pogonski dio sustava. Crpkama se u posebnom zatvorenom kotlu stvara podtlak koji se sustavom cijevi širi u sve dijelove cijevne mreže, odnosno do svih vakuumskih zasuna. Optimalni položaj stanice je na najnižoj koti slijevnog prostora odvodnje (jer se time štedi energija), te u središtu odvodnje (jer su tada ogranci cjevovoda do zasunskih okana najkraći). U samom kotlu smještene su uronjene crpke kojima se sakupljena otpadna voda crpi van u pravcu uređaja za pročišćavanje voda. Vakuumska stanica ima i rezervni sustav rada (više crpki), te je opremljena odgovarajućim zasunima i drugom opremom za upravljanje radom (Slika 3.37). U pravilu se grade barem dva kotla, kako bi se jedan mogao održavati dok je drugi u pogonu. Kapacitet svakog kotla prilagođava se veličini sustava, a poželjno je da svaki kotao ima kapacitet veći od 60% ukupno potrebnog kapaciteta.

Slika 3.37: Shema vakuumske stanice /81/

Ukupni potrebni volumen kotlova određuje se ovisno o volumenu cjevovoda, količini otpadne vode i potrebnoj količini zraka. Standardni volumen kotla je od 5 do 15 m3. Crpke za usis zraka uključuju se prosječno od 10 – 15 puta na sat. Potrošnja energije usisnih crpki je 0 – 0,8 kWh za svaki m3 otpadne vode. Projektiranjem se nastoji smanjiti ukupna duljina cijevne mreže, te koristiti što je moguće manje profile cijevi. Vrlo je važno smanjiti udaljenost od vakuumske stanice do krajnjih točaka sakupljanja otpadnih voda. Maksimalna duljina glavnog vakuumskog cjevovoda je ograničena na 4.000 m na posve ravnom terenu. Cjevovodi mogu biti dulji na terenima s manjim padom u smjeru vakuumske stanice. Tablica 3.8 prikazuje smjernice za dimenzioniranje mreže.

119


Tablica 3.8: Odnos dimenzija cjevovoda, dozvoljenih duljina i gustoće stanovništva /7/ Dozvoljena duljina cijevi

Gustoća stanovništva po m' 0,04 – 0,06 0,06 – 0,12 0,12 – 0,20

DN 80

DN 100

DN 125

1.000 m 800 m 400 m

1.000 m 900 m 800 m

– 300 m 800 m

Vijek trajanja pojedinih dijelova sustava prema A 116 je: vakuumski cjevovodi: 50 – 80 godina; vakuumska okna: 30 – 35 godina; vakuumski kotlovi-spremnici: 25 – 40 godina; vakuumske crpke: 20 godina; zamjena zasunskih membrana: svakih 5 godina. Najveći dio održavanja sustava odnosi se na održavanje vakuumskih okana (zasuna), koji se moraju pregledati i čistiti najmanje jednom godišnje, a poželjno barem 2 puta godišnje. Ostala oprema se kontrolira u skladu sa smjernicama proizvođača. Rad sustava i rad vakuumskih crpki treba pozorno pratiti radi pravodobnog uočavanja kvarova i prokapljivanja sustava.

3.15 Projektiranje tlačne kanalizacije Zadnjih dvadesetak godina počelo se za odvodnju otpadnih voda koristiti tlačnu kanalizaciju. Kod nas takova kanalizacija još uvijek nije građena (što ne znači da i neće). Projektiranje i građenje tlačne kanalizacije je normirano HREN EN 1671:1999, koje su važeće i za Hrvatsku. Ovim su normama propisani opći uvjeti vezani za tehničke značajke sustava, opremu, kolektore, građenje, tlačnu probu i drugo. U daljnjem tekstu navest će se osnovne značajke i smjernice za projektiranje ovakvog sustava odvodnje. 3.15.1

Osnovni koncept i značajke

Kao što kaže sami naziv, tlačna kanalizacija je kanalizacija pod tlakom. To znači da je kretanje vode u cijevnom sustavu pod tlakom. Sustav je jednostavan: otpadne vode iz kuća sakupljaju se gravitacijskim tečenjem sa slobodnim vodnim licem u sabirna okna, u kojima se nalaze crpke koje povremeno (kada se sabirno okno napuni) tlače sakupljenu otpadnu vodu u transportne cjevovode, putem kojih voda otječe na uređaj za pročišćavanje ili na spojno okno gravitacijske kanalizacije. Ova kanalizacija može funkcionirati kao manji samostalni kanalizacijski sustav ili kao manji podsustav unutar velikog gravitacijskog kanalizacijskog sustava. Tlačna je kanalizacija alternativa gravitacijskoj kanalizaciji i vakuumskoj kanalizaciji. Koristi se u rijetko naseljenim područjima, kada je izgradnja gravitacijske kanalizacije skupa zbog velikih duljina kanala i kada je primjena vakuumske kanalizacije upitna zbog topografije terena. Tlačna kanalizacija je zatvoreni sustav bez revizijskih okana koji funkcionira pod tlakom, tako da je tečenje vode uvijek uzvodno. Koristi se u situacijama: 120


nedovoljnog pada terena; visoke razine podzemne vode; male gustoće stanovanja; teških uvjeta građenja; kada otpadna voda teče povremeno i rijetko (kampovi i slično); kada se zahtijevaju visoki standardi zaštite okoliša; zbog visokih troškova popravaka prometnica na trasi kanala.

Kod analize primjene ovog tipa kanalizacije potrebno je pozorno razmotriti ekonomske aspekte građenja (a posebno pogonskih troškova), jer sustav zahtijeva stalne pogonske troškove zbog stalnog crpljenja vode. Tlačna kanalizacija je vrlo prilagodljiva bilo kakvoj konfiguraciji terena. Vrlo često se koristi u kombinaciji sa gravitacijskim tipom tečenja otpadnih voda. Glavni elementi ovog tipa kanalizacije su: sabirno okno; oprema za generiranje tlaka; crpke; kompresori za zrak (po potrebi); cjevovodi; spojnice cjevovoda; ventili. Slika 3.38 prikazuje koncept ove kanalizacije.

1 – crpno okno 2 – usmjerivač toka 3 – tlačni cjevovod za zrak 4 – tlačenje zraka 5 – gravitacijski kućni priključak 6 – tlačna cijevna mreža

7 – kućni tlačni priključak 8 – uređaj za pročišćavanje otpadnih voda 9 – prijamnik 10 – minimalna tlačna crta 11 – maksimalna tlačna crta 12 – tlačno područje rada

Slika 3.38: Koncept tlačne kanalizacije

Sabirno okno

Sabirno okno sakuplja vode koje dotječu iz jedne ili više kuća. Broj mogućih priključaka određen je kapacitetom crpnog sustava. Shodno lokalnim pravilima, može se zahtijevati da svaki korisnik kanalizacijskog sustava ima vlastito sabirno okno. 121


Elementi sabirnog okna su: ulazni cjevovod; izlazni (tlačni) cjevovod; ventilacija; priključak na energetsko napajanje; kontrolni elementi, alarm, signalna oprema; indikatori razine vode u oknu (spremniku) koji se koriste za rad crpki (uključivanje, isključivanje, alarm); povratna klapna i ventil za zatvaranje tlačnog cjevovoda, kojima se sprječava pražnjenje tlačne kanalizacije. Uglavnom su podzemne izvedbe. Grade se iz betona i drugih materijala otpornih na otpadne vode, uglavnom od sintetičkih materijala (PEHD, poliester, PVC, Slika 3.39)

1 2

3

Okno: 1 – izlazni cjevovod 2 – zasun 3 – kućni priključak

1 – ozračivač 2 – lanac za dizanje 3 – zatvarači 4 – povratni ventili 5 – tlačni cjevovod

6 – automatika i struja 7 – električni kabeli 8 – dotok vode 9 – signalizatori razine

Slika 3.39: Montažno sabirno okno s crpkom i manja montažna crpna stanica

To su pretežito gotovi objekti koji se na licu mjesta samo ugrađuju. Zbog slabe nosivosti stijenki (zidova), mogu se po potrebi oblagati armiranobetonskom konstrukcijom. Često se proizvode zajedno s crpkama kao gotovi element, na koji se samo priključi cjevovod za dotok vode iz kuća i tlačni cjevovod kanalizacijskog sustava. Volumen, koji se nastoji smanjiti na minimum, određen je značajkama crpke te ograničenjima vezanim za broj uključivanja crpke. U oknu treba rezervirati volumen za sakupljanje otpadne vode u slučaju kvara i prekida rada (poželjno barem 25% prosječne dnevne količine otpadnih voda). Rad crpnog sustava reguliraju indikatori punjenja

122


okna, odnosno razine vode. Postoje više izvedbi ovih indikatora, a isporučuju se uglavnom zajedno sa crpnim sustavom. Okna moraju biti potrebne čvrstoće u odnosu na unutrašnje i vanjsko opterećenje, vodonepropusna, a prodori cjevovoda kroz zidove okana moraju biti elastični i vodonepropusni da ne bi došlo do pucanja spoja i stvaranja pukotina zbog nejednolikog slijeganja i vibracija. Dno okna oblikuje se tako da crpke u najvećoj mogućoj količini crpe i taložive tvari koje se istalože na dnu okna u razdoblju mirovanja vode. To se postiže izvedbom bočnih nakošenja zidova dna okna i usmjeravanjem taloga u pravcu usisa crpki. Potrebno je voditi računa da površina vode i zidova okana nema nakupine masnoća. Okno mora biti zatvoreno i ventilirano, dobro izolirano u odnosu na buku i vibracije ako se ugrađuje u blizini stambenih objekata, odnosno unutar samog objekta (u podrumu). Crpni sustav

Crpni sustav čine crpke različite izvedbe otporne na otpadne vode i zaštićene od začepljenja otpadnim tvarima sadržanim u vodama. To su uglavnom centrifugalne potopljene crpke koje na usisu imaju opremu za usitnjavanje (mljevenje) suspendiranih tvari u vodi. Međutim, mogu biti i klipne crpke s usitnjivačima, kao i uronjene centrifugalne kanalizacijske crpke s velikim otvorom rotora. Usitnjivači (ili neki drugi oblik zaštite) su uglavnom potrebni kada se radi o malim crpkama, koje imaju mali otvor rotora. Kod pojedinačnih kućnih priključaka uglavnom se ugrađuje jedna crpka, dok se u slučaju okna s većim brojem priključaka mogu ugraditi i dvije crpke. Tlačni cjevovod ima povratnu klapnu (najčešće kuglasti povratni ventil) i ventil za zatvaranje. Visina crpljenja mora biti dovoljna da se osigura tok vode do izljeva tlačne kanalizacije. Kompresori

Ako se očekuju problemi u transportu sirovih otpadnih voda, na pojedinim lokacijama sustava može se u sustav upuhivati zrak kojim se poboljšavaju uvjeti tečenja. Za te namjene koriste se fiksni ili mobilni kompresori. Zrak se, izravno ili posredno primjenom zračnog kotla, upuhuje u tlačni sustav uzvodno od mjesta na kojem se očekuju problemi u transportu otpadnih voda. Kompresor se oprema potrebnom opremom za siguran i trajan rad. Instalacija se mora izvesti u skladu s uputama proizvođača. Kompresorska stanica mora se graditi na način koji ne ugrožava okoliš. Cjevovodi

Cjevovodi se polažu u skladu s lokacijom priključaka (korisnika) i mjesta izlijevanja. Prate teren na minimalnoj dozvoljenoj dubini polaganja. Na najnižim točkama ugrađuju se ispusti, a na najvišim točkama zračni ventili za ispuštanje sakupljenog zraka i eventualno usisavanje zraka u slučaju pojave podtlaka (tlačni udar), pri čemu treba ugraditi usisno-odzračne ventile. Usisno-odzračni ventili postavljaju se i na pojedinim ravnim dionicama, shodno potrebama zaštite od tlačnog udara. Cijevi moraju biti otporne na otpadnu vodu, na plinove koji nastaju razgradnjom otpadne vode te na agresivno djelovanje okolnog terena i vode. Trebaju imati dobra hidraulička svojstva i biti otporne na oscilacije tlaka. To posebno vrijedi za spojnice koje moraju biti u skladu sa normama. Nadalje, cijevi moraju izdržati minimalni potrebni tlak od 600 kPa (6 bara), odnosno tlak koji rezultira iz hidrauličkog proračuna. 123


Cjevovodi se grade u skladu s normama i uputama proizvođača. Spojnice moraju biti glatke i sigurne, te ne smiju stvarati otpore tečenju ili zadržavati tvari koje se nalaze u vodama. Na cijevnom sustavu postavljaju se ventili na spojnim cjevovodima kako bi se pojedini priključci mogli održavati i popravljati, te na pojedinim dionicama iz istih razloga. Osnovni zahtjevi i norme Osnovni zahtjevi koje tlačna kanalizacija mora zadovoljavati su: ne smije ugrožavati zdravlje ljudi i okoliš; ne smije ugrožavati uposlenike koji sustav održavaju i njime upravljaju; potrebni životni vijek, sigurnost i trajnost rada u skladu sa normama. Osnovni tehnološki zahtjevi su: sustav mora raditi bez začepljenja; mora se spriječiti nastajanje plavljenja objekata ili površina; mora se spriječiti (ili barem svesti na prihvatljivu razinu ponavljanja) uspor u priključnim cjevovodima; sustav i njegov rad ne smiju ugroziti postojeću infrastrukturu i objekte; cijevi i oprema moraju se kontrolirati na tlak i vodonepropusnost u skladu sa normama; sustav ne smije biti izvor onečišćenja zraka ili okoliša; mora se osigurati siguran pristup za održavanje i popravljanje. Promjer cijevi treba biti jednak ili veći od promjera izlaznog cjevovoda crpki. Veličina cijevi ne smije se smanjivati nizvodno. Minimalni dozvoljeni profil odabire se u skladu sa lokalnim normama. Minimalna brzina od 0,7 m/s mora se postići bar jednom tijekom svaka 24 sata rada sustava. Ako se ovaj uvjet ne može zadovoljiti, treba predvidjeti instaliranje kompresora radi povremenog ispiranja cjevovoda. Brzina mora osigurati cjelovito ispiranje cijevi, kako taloživih tvari tako i masnoća koje se mogu nakupljati na unutrašnjim stijenkama cijevi. Veća brzina značit će bolje ispiranje. Smatra se da je optimalna brzina oko 0,9 m/s jer osigurava dobro ispiranje cjevovoda, a ne uzrokuje prevelike hidrauličke gubitke kod tečenja. Maksimalno vrijeme zadržavanja otpadne vode u cijevima ne smije biti duže od 8 sati. Rezervni sustav za slučaj prekida rada postiže se osiguranjem dodatnog volumena za spremanje otpadnih voda u sabirnom oknu i priključnim gravitacijskim cjevovodima. Minimalni rezervni volumen mora biti veći od 25% prosječne količine otpadnih voda. Potrebna rezerva osigurava se iznad radne maksimalne razine vode u sabirnom oknu. Ako se ovaj volumen ne može osigurati, moraju se primijeniti posebne mjere.

Opskrba energijom mora biti dovoljna i sigurna za sve uvjete rada. Cijevi se moraju projektirati u skladu sa navedenim uvjetima, kao i nacionalnim i lokalnim normama.

124


3.15.2

Projektiranje i proračun

Sustav se mora projektirati tako da zadovoljava početne potrebe, kao i očekivana buduća proširenja i modifikacije. To znači da sustav mora obuhvatiti sve postojeće korisnike, te predvidjeti mjesta za buduće priključke. Mreža se postavlja tako da je najjeftinija za izvedbu, rad i održavanje (minimalne duljine i minimalne visine crpljenja vode). Izbor dimenzija cjevovoda ovisi o količini vode i udaljenosti na koju se voda transportira. Nadalje, protok ovisi o količini vode koju crpke crpe, te o mogućnosti istovremenog rada više crpnih sustava. Vrijeme zadržavanja vode u cijevima mora biti što kraće da bi se spriječilo stvaranje velikih količina plinova, obraštaja cijevi i taloga. Osnovna jednadžba tlačne krivulje sustava je: htot =

gdje je: htot hst, i ξi li λi di vi g

⎡ λ i ⋅ li vi2 ⎤ + ξ + ( ) ⋅ ⎥ (m) h ⎢ st , i i di 2g ⎦ i =1 ⎣ n

∑

(3.20)

– ukupna manometarska visina dizanja (m); – geodetska razlika početka i kraja cijevi “i” (m); – lokalni koeficijent gubitaka; – duljina cijevi “i” (m); – koeficijent otpora; – unutrašnji promjer cijevi (m); – brzina u cijevi “i” (m/s); – ubrzanje sile teže (9,81 m/s2).

Koeficijent otpora bira se u skladu s očekivanom pogonskom hrapavošću unutrašnjih stijenki cijevi, obično oko 1 mm. U obzir također treba uzeti i mogućnost stvaranja plinova, odnosno postojanje zraka u cijevima. U proračunu se moraju poštovati i smjernice A 116. Da bi se postigla željena brzina u cijevima za zadanu geodetsku visinsku razliku (hst), tlak koji crpka mora ostvariti (htot) od početne do krajnje cijevi (izlaza) je: htot = hst + hi

(3.21)

Pri tom je hi ukupni gubitak kod tečenja, odnosno zbroj svih linijskih hlin i lokalnih gubitaka hlok od početne do krajnje cijevi:

hi = hlin + hlok Krivulja sustava dobiva se izračunom ukupnih gubitaka za različite protoke. Presjecište krivulje sustava sa Q-H krivuljom crpke je radna točka crpke. Ova radna točka nam daje protok koji trebamo koristiti za proračun brzina u cijevnom sustavu i za provjeru minimalnih brzina. (Radna točka crpke detaljnije se obrazlaže u poglavlju “Crpke i crpni sustavi”). Promjer cijevi odabire se tako da zadovolji uvjete vezane za postizanje potrebne minimalne brzine i vremena zadržavanja vode u cijevima. Cijevi se proizvode u ograničenom broju dimenzija, tj. nije moguće odabrati proizvoljan promjer. Zbog toga je nakon oda125


bira cijevi nužno ponoviti proračun, da bi se utvrdilo zadovoljava li odabrana crpka uvjete proračuna. Sustav se proračunava na očekivani broj crpki koje će istovremeno raditi. Broj crpki koje bi mogle istovremeno raditi ovisi o ukupnom broju instaliranih crpki. Mogućnost pojave istovremenog rada je veća u slučaju manjeg broja instaliranih crpki. Sustav se nikada ne treba proračunati uz istovremeni rad svih crpki, jer se takav slučaj javlja rijetko, i to nakon prekida rada zbog nestanka električne energije kada se sve crpke istovremeno pokreću. Potrebno je analizirati tlačni udar, kao i režima rad u slučaju nakupljanja zraka na vertikalnim lomovima cjevovoda. U situacijama kada postoje velike razlike u količini vode u pojedinim razdobljima godine (sezonska opterećenja), treba analizirati mogućnost ugradnje dvaju cjevovoda, jednoga za rad u sezoni, a drugog za rad izvan sezone. 3.15.3

Instaliranje i pogon

Cijevi se instaliraju u skladu sa normama EN 805, te nacionalnim i lokalnim propisima. Cjevovodi i oprema grade se na isti način kao crpne stanice i tlačni cjevovodi crpnih stanica. Ispitivanje na vododrživost i tlak provodi se u skladu sa normama EN 805. Tlačnom kanalizacijom upravlja se na isti način kao i crpkama i tlačnim cjevovodima, a sve u skladu s uputama proizvođača ugrađene opreme. S obzirom da se radi o malom sustavu s cijevima malih dimenzija i povremenim tokom vode, realna je mogućnost začepljenja i pojave problema u tečenju, pa je ispiranje cjevovoda važan dio održavanja. Ispiranje treba provoditi redovito i prema potrebama. Cjevovod se ispire vodom ili zrakom. Ispiranje je potrebno: kada se iz nekih razloga ne mogu zadovoljiti uvjeti vezani za minimalnu brzinu i vrijeme zadržavanja vode u cijevima; kada su velike sezonske razlike u količini vode koja se transportira (kampovi). Rezultat ispiranja bit će bolja izmjena vode u sustavu, smanjenje pojave plinova (posebice sumporovodika), te sprječavanje taloga i čišćenje cijevi. Ispiranje može biti i automatsko, s odgovarajućom opremom i sustavom rada, što se preporučuje ako se trajno očekuju problemi. U ovom slučaju, sustav ispiranja treba opremiti odgovarajućim signalnim sustavom (alarmom), da bi se moglo utvrditi radi li sustav ispravno.

126

4.

Kanalizacijski kolektori

Uvod Kanalizacijski kolektori su glavni objekti kanalizacijskog sustava i čine pretežni dio kanalizacijskog sustava u fizičkom i financijskom pogledu (do 80%), pa njihovu projektiranju i izgradnji treba posvetiti veliku pozornost. Sve veći zahtjevi koji se traže u zaštiti čovjekova okoliša imaju znatnog utjecaja na izvedbu kanalizacijskih kolektora, od kojih se zahtijeva visoka kakvoća izvedbe, prvenstveno u odnosu na vodonepropusnost i funkcioniranje. Ovi zahtjevi, kao i sve skuplji fizički ljudski rad, trajno utječu na promjene načina izvedbe i korištenje materijala u izgradnji kanalizacijskih kanala. Izgradnja kanalizacijskih kanala bitno se promijenila, od nekadašnjeg tipično zidarskog do današnjeg, pretežno montažnog karaktera izgradnje. Već danas je za manje profile (do oko 1.500 mm) izgradnja kanala, uključujući i objekte na njima, skoro u potpunosti montažna. U budućnosti se može očekivati daljnji trend povećanja montažne izgradnje kanalizacijskih kolektora i objekata na njima. Veliki kanali se još uvijek uglavnom izvode na licu mjesta (pretežno od armiranog betona), no u slučajevima dugih kanala i ova izvedba poprima u manjem ili većem opsegu karakter polumontažne izgradnje. Paralelno s promjenama u izgradnji mijenjale su se i karakteristike kanala – od nekadašnje pretežne izvedbe na licu mjesta konstrukcija sa svodom, stlačenih i izduženih oblika, do današnjeg korištenja pretežno okruglih cijevi koje se ugrađuju na licu mjesta. S vremenom su se mijenjali i materijali iz kojih se kanali grade – od opeke i kamena, preko betona i azbest cementa do lijevanog željeza i sintetičkih materijala kao što su PVC, polietilen i poliester, itd. Bitan napredak napravljen je u tehnologiji spajanja kanala, tako da su danas kod većine različitih cijevi spojevi kvalitetni i vodonepropusni. Značajke i način izvedbe pojedinih vrsta kanala (cijevi) normirani su kako slijedi: cijevi pod tlakom: HRN EN 805, HRN EN 773; 127


cijevi sa slobodnim vodnim licem: HRN EN 476, HRN EN 1610, HRN EN 476, HRN EN 752-1 do 752-5.

Cijevi se označavaju u (mm) u odnosu na unutrašnje dimenzije (DN/ID) ili vanjske dimenzije (DN/OD) jednako kao kod vodovoda. Prema EN 773:1999 glavne značajke cijevi su: unutrašnja hrapavost; hidrauličke značajke spojeva; opterećenje na zakrivljenost (kN/m); povezanost pojedinih komponenti; otpornost na koroziju; otpornost na abraziju; premazi i zaštitni slojevi; dugoročno ponašanje; trajnost; spojnice; mehanička otpornost i čvrstoća na vanjska i unutrašnja opterećenja; otpornost cijevi, spojeva i spojnih elemenata na tlak (EN 805) i podtlak (minimum 80 kPa); vodonepropusnost spojeva u skladu s projektiranom trajnosti i tlakom; brtve i njihove značajke EN 681 (elastičnost, čvrstoća, relaksacija, temperaturna osjetljivost, itd.); promjenjivost pravca u spojnicama; otpornost spojeva na unutrašnji tlak i temperaturna naprezanja; stabilnost dimenzija; utjecaj temperature.

Sve ove značajke proizvođači navode u svojim katalozima, zajedno s drugim podacima vezanim za proizvodnju i materijal cijevi, spojnih elemenata, brtvi, uključujući i sve relevantne norme koje proizvod zadovoljava. Sve navedeno u skladu je s normama za tlačnu kanalizaciju (EN 773:1999), ali uglavnom vrijedi i za kanalizaciju koja nije pod tlakom (EN 476:1997), pa se neće zasebno ponavljati. Tlačne cijevi ispituju se na vodonepropusnost u skladu s EN 805, a cijevi koje nisu pod tlakom i okna ispituju se u skladu s EN 1610:1997. Cijevi koje nisu pod tlakom, revizijska okna, spojevi i spojni elementi trebaju biti vodonepropusni za tlak od 50 kPa. Okna koja su plića od 2 m moraju zadovoljiti vodonepropusnost na tlak koji se javlja kada su puna vode do razine terena, dok se dublja okna testiraju kao i cijevi. Tlačne cijevi trebaju zadovoljiti uvjete u skladu s projektiranim tlakom i uvjetima rada (tlačni udar), a sve kako je propisano EN 805 za pojedine vrste cijevi. Naime, tlačna proba cijevi pod tlakom nije ista za sve cijevne materijale.

128

4. Kanalizacijski kolektori

4.1 4.1.1

Vrste kanala, tipovi, oblici i osnovne karakteristike Uvod

Zadatak kanala je da brzo i sigurno odvede sve kanalizirane vode do mjesta pročišćavanja. Budući da su uvjeti odvodnje uglavnom različiti od mjesta do mjesta, često je potrebno koristiti različite vrste i oblike kanala. Općenito, kanali mogu biti “zatvoreni” ili “otvoreni”. Zatvoreni su oni kod kojih je protočni presjek zatvorena konstrukcija. Obično se nalaze ukopani ispod prometnih ili slobodnih površina i služe za odvodnju svih voda (oborinskih, industrijskih i kućanskih). Kod otvorenih kanala vodno lice je vidljivo, tj. kanal nema pokrovnu konstrukciju. Ovi se kanali mogu koristiti isključivo za odvodnju oborinskih i razmjerno čistih voda, tj. voda koje nisu opasne za čovjeka i okolinu koja može doći u kontakt s njima. Ovakvi tipovi kanala ne mogu se koristiti za odvodnju otpadnih i preljevnih voda iz mješovitog sustava kanalizacije. Prema obliku poprečnog presjeka, zatvoreni se kanali obično svrstavaju u tri osnovne grupe: kanali kružnog oblika; kanali vertikalno izduženog oblika; kanali stlačenog oblika. Nabrojene oblike karakteriziraju sljedeći odnosi poprečnog presjeka: kružni oblik: B = H = D; izduženi oblik: H > B; stlačeni oblik: H < B. gdje je: H – visina kanala; B – širina kanala. Poprečni oblik kanala je rezultat lokalnih zahtjeva (mala visina ugradnje – stlačeni oblik; mala širina ugradnje – suženi, odnosno vertikalno izduženi oblik), kao i drugih tehničko-ekonomskih karakteristika lokacije. Oblik kanala često je bio rezultat prakse lokalnog proizvođača koji je razvio određeni tip kanala što na neki način postaje tradicionalnim za određeno područje. Danas su uobičajeni okrugli profili, prvenstveno zbog njihove serijske proizvodnje i lake ugradnje. Prema načinu izvođenja, obično se dijele na tri osnovne grupe: a) kanali od gotovog proizvoda; b) kanali građeni na licu mjesta; c) kanali od polumontažnih elemenata. Kanali od gotovih proizvoda primjenjuju se kod manjih profila s ograničenim dimenzijama (obično do 1.500 mm, iako se kanali iz sintetičkih materijala proizvode i do promjera 3.000 mm). Kanali građeni na licu mjesta, bilo da se radi o monolitnoj ili polumontažnoj konstrukciji, redovito se primjenjuju kod velikih kolektora, tj. na onim kanalima gdje nije 129


moguća primjena gotovih proizvoda ili je njihova ugradnja skupa (prvenstveno zbog troškova transporta i manipulacije). Moguća je daljnja podjela prema materijalu izvedbe i slično. 4.1.2

Gotovi kanali

Gotovi kanali se izrađuju iz različitih vrsta materijala, kao što su ovi: beton; armirani beton; plastika i drugi sintetički materijali; kamenština; čelik; lijevano željezo. Betonske cijevi uglavnom se rade kružnog ili jajolikog oblika, s tim da su raspoložive dimenzije ograničene (Slika 4.1). Izrađuju se zaključno do ∅ 120 cm, duljine 1 – 2 m. Nekoć se kanalizacija uglavnom gradila iz betonskih cijevi, dok se danas betonske cijevi pretežno koriste samo za izgradnju oborinske kanalizacije. Glavni razlog je velika težina cijevi (∅ 20 cm, 67 kg/m; ∅ 100 cm, 2.190 kg/m) i s tim u vezi teškoće kod montaže te transportni troškovi, kao i veliki broj spojeva.

Slika 4.1: Betonske cijevi

Posteljica je od granuliranog materijala veličine zrna 5 – 31,5 mm, a obloga od materijala veličine zrna do 63 mm. Za spajanje se koriste brtve (Slika 4.2) tako da je jedan kraj cijevi izrađen na naglavak, a drugi kao nakošeni ravni komad na koji se postavi brtva i koji se ugura u naglavak. Brtva se stlači, zatvara otvor između naglavka i ravnog kraja cijevi i tako osigurava vodonepropusnost spoja. Budući da vodonepropusnost spoja ovisi o brtvi, vrlo je važno da je brtva dobre kakvoće i trajnosti bar 30 godina. Zbog njihovih nedostataka, primjena betonskih cijevi (kratkih i bez brtvi) nije preporučljiva kod kanalizacija koje su položene ispod razine podzemnih voda ni u kanalizaciji otpadnih voda. Zbog djelomične propusnosti običnih betonskih cijevi i njihovih spojeva (posebice cijevi s jednostavnim spojevima koji se oblažu žbukom), postoji mogućnost

130


infiltracije vode iz podzemlja u kanalizaciju, kao i iz kanalizacije u podzemlje. Ovo je naročito nepovoljno za rješenja kod kojih je kanaliziranu vodu potrebno prepumpavati.

Slika 4.2: Spoj armiranobetonske cijevi: cijevni spoj sa zvonastim naglavkom i gumenim prstenom na koturnom ležaju

Armiranobetonske i prednapregnute betonske cijevi danas su u potpunosti zamijenile betonske cijevi većih profila. Izrađuju se uglavnom do profila 2.000 mm. Većinom su kružnog presjeka. Nekad su se izrađivale samo u duljinama od 1,0 m do 2,0 m. Međutim, danas se tehnologija proizvodnje usavršila i cijevi se proizvode posebnim centrifugalnim postupcima s prednaprezanjem, što omogućava izradu tanjih stijenki i cijevi većih duljina (do 5 m).

Negativne karakteristike ovih vrsta cijevi očituju se u razmjerno velikoj težini i donekle u sigurnosti spojeva. Međutim, nove tehnologije proizvodnje armiranobetonskih i prednapregnutih cijevi imaju spojeve koji su sve sigurniji i kvalitetniji. Serijske proizvodnje ovih cijevi s dobrim sustavom spajanja često se koriste u svijetu, a sve više i kod nas. Njihova je primjena povoljna ukoliko nisu veliki transportni troškovi i troškovi ugradnje. Ovu grupu cijevnog materijala karakterizira i razmjerno velika hidraulička hrapavost koja se tijekom izgradnje kanalizacijskog sustava s vremenom povećava, a to za posljedicu ima smanjenje protoka i veću mogućnost stvaranja taloga. Beton je osjetljiv na cijeli niz spojeva (uglavnom kiselina) koji se javljaju kao rezultat procesa razgradnje organske tvari u kanalizacijskim kolektorima, tako da nije dobar materijal za kanalizaciju otpadnih voda. Beton je osjetljiv na mnoge tvari i kod njegove primjene treba voditi računa da u planiranu kanalizaciju ne dolaze agresivne industrijske otpadne vode. Betonske se cijevi ne smiju koristiti ni u agresivnim tlima i sredinama, npr. pri ugradnji u blizini mora ili ispod razine mora. Ako se već koriste, tada moraju biti primjereno izvedene i zaštićene. Zbog nepouzdane vodonepropusnosti i male otpornosti na korozivno djelovanje otpadnih voda, još uvijek se koriste samo za oborinsku kanalizaciju. Zbog svoje robusnosti i čvrstoće, cijevi i kanali izrađeni od armiranog betona ne zahtijevaju izvedbu posebno kvalitetne posteljice ni obloge. Međutim, zbog svoje težine zahtijevaju izradu stabilnog dna kanala u manje čvrstim tlima (ponegdje kameni nabačaj s posteljicom od mršavog ili armiranog betona). Stalno povećanje cijene nafte (koja je sirovina za proizvodnju sintetičkih materijala) sigurno će rezultirati stalnim rastom cijene cijevi izrađenih iz sintetičkih materijala, a posebno velikih profila u koje se ugrađuju veće količine sirovina. Zbog toga je za pretpostaviti da će ove cijevi biti sve manje prihvatljive i konkurentne armiranobetonskim cijevima, tako da se očekuje sve veća proizvodnja i primjena armiranobetonskih cijevi. 131


Dodavanjem različitih aditiva i premaza, cijevi su sve trajnije i otpornije na otpadne vode i plinove koji se stvaraju u kanalizaciji otpadnih voda, a spojevi sve sigurniji, tako da će njihova primjena biti sve veća ne samo u oborinskoj, već i u kanalizaciji otpadnih voda. Plastične cijevi ili cijevi od sintetičkih materijala su novijeg datuma i čine suvremeni kanalizacijski materijal.

S obzirom na sirovinu od koje su izrađene, postoji niz različitih vrsta plastičnih cijevi, a najčešće su cijevi od: PVC materijala; poliesterskih materijala; tvrdog polietilena; propilena, itd. Materijali koji se koriste za za proizvodnju cijevi za kanalizaciji su istih značajki kao u vodovodu. Isto je objašnjeno u vodovodu i zbog toga se isto neče ponavljati ovdje. Razlika između kanalizacijskih i vodovodnih cijevi je u tome što su, zbog tečenja sa slobodnim vodnim licem, kanalizacijske opterećene izvana (a ne iznutra). Zato je kod proizvodnje kanalizacijskih cijevi naglasak na čvrstoći u odnosu na vanjsko opterećenje (statičko i dinamičko). U tom su smislu neke cijevi jednake (na primjer, cijevi iz poliestera, dok su druge različite (na primjer, cijevi iz tvrdog polietilena). Druga razlika je u tipu spojnica. Ne treba zaboraviti da u kanalizaciji ima i tlačnih cjevovoda, za čiju se gradnju koriste iste cijevi kao u slučaju vodovoda. PVC cijevi su slične kao vodovodne, a primjenjuje se isti način spajanja. Cijevi od poliestera (GRP) su potpuno iste kao vodovodne. Spojnice su iste, ali je brtvljenje spojnica nešto drugačije. Treća vrsta materijala koji se koristi je polietilen (PE). Cijevi od polietilena koriste se za tlačnu i netlačnu kanalizaciju (pri čemu je razlika u debljini stijenke cijevi). Ove su cijevi vrlo povoljne za izgradnju jer su lagane, a imaju i vrlo dobra hidraulička svojstva. Spojevi su različiti, čvrsti ili rastavljivi. Vareni spojevi se koriste iznimno u tlačnim sustavima dok se rastavljivi koriste kod gravitacijskih kanala. Cijevi od tvrdog polietilena velike gustoće i ravnih stijenki pretežno se rade do ∅ 1.200 mm, u duljinama koje dopuštaju uvjeti transportiranja. Koriste se za sve vrste kanalizacija, a posebno za otežane uvjete izvedbe i u slučaju polaganja ispod razine vode (mora). Kanalizacijske cijevi od polietilena izrađuju se radi postizanja potrebne krutosti i čvrstoće na vanjske tlakove, uz odgovarajuću izvedbu stijenki. Stijenke su uglavnom spiralno izvedene izvana, zbog čega se ove cijevi ponekad nazivaju i spiralne ili korugirane polietilenske cijevi. To su zapravo strukturirane cijevi od sintetičkih materijala. Postoje dva osnovna tipa: tip A, kod kojeg su vanjske i unutrašnje stijenke ravne, a između njih se profilira odgovarajuća nosiva struktura; tip B, kod kojih je unutrašnja stijenka ravna, a vanjska profilirana (odnosno strukturirana) da bi se pojačala nosivost 132


U kanalizaciji se za PP i PEHD cijevi uglavnom koristi tip B, pri tom poštujući norme HRN EN 13476-1:2007.

a) Spoj brtvom

b) Posebno oblikovani spoj

c) Spoj ubacivanjem spojnog materijala Slika 4.3: Spojevi kanalizacijskih gravitacijskih cijevi

Iz ovih se materijala varenjem izrađuju sve vrste spojeva, skretanja i okana, što omogućava visoku kakvoću izvedbe potpune dionice kanalizacije s obzirom na vodonepropusnost. S obzirom da su cijevi mekane i osjetljive na vanjske utjecaje (posebice na rezanje), pri izgradnji se moraju polagati na kvalitetnu podlogu i oblagati zaštitnim slojem sitnozrnatog materijala veličine zrna do 8 mm. Ravne cijevi od propilena (PP) uglavnom se koriste za kućnu kanalizaciju te se uglavnom proizvode samo mali profili do DN 160 mm. Spajaju se s naglavkom. Strukturirane PP cijevi koriste se u odvodnji izvan zgrada jednako kao i PEHD cijevi, a spajaju se na sličan način, uglavnom s naglavkom. Cijevi od kamenštine (HRN EN 295:2005) danas se sve manje primjenjuju za javnu kanalizaciju. Uglavnom se koriste za priključke ili za odvođenje industrijskih otpadnih voda. Ove su cijevi vrlo otporne na razne agresivne agense (uglavnom kiselo otporne). Izrađuju se u dimenzijama od ∅ 10 – 50 cm, duljine 1,0 m (iznimno 2,0 m). Cijevi su vrlo osjetljive na udarce i njihova ugradnja zahtijeva vrlo kvalitetnu zaštitu. Čelične cijevi se u kanalizaciji primjenjuju rijetko, odnosno primjenjuju se samo u posebnim slučajevima, npr. kod vrlo strmih terena kod kojih bi inače za druge (manje čvrste) materijale trebalo izgraditi čitav niz stepenica za prekid pada (zbog ograničenja 133


brzine toka), zatim kod podvodnih kolektora, sifona, itd. Ove se cijevi koriste i u tlačnim kanalizacijskim sustavima, te u crpnim stanicama. Lijevanoželjezne cijevi su se u prošlosti rabile najviše. Međutim, danas njihova primjena u kanalizaciji opada zbog novih materijala koji su ekonomski i tehnički povoljniji u odnosu na lijevano željezo. Ova konstatacija vrijedi za naše uvjete, dok se u mnogim zemljama ova vrsta cijevi još uvijek (iako sve manje) rabi. Odnedavna se i kod nas ova vrsta cijevi sve više koristi za gravitacijsku kanalizaciju.

Ova vrsta cijevi proizvodi se i takozvanim duktilnim lijevom. Tako proizvedene lijevanoželjezne cijevi imaju unutrašnju i vanjsku cementnu zaštitu (izolaciju), a uz to se poslije galvanizacije izvana dodatno zaštićuju bitumenom i prekrivaju zaštitnom folijom. Proizvode se u duljini od 6 m i profilima do 160 cm. Spajaju se na kolčak (Slika 4.4). Ovaj tip spoja omogućava manje zakretanje cijevi u spoju, i to kod manjih profila (< 300 mm) do 5 stupnjeva, a kod velikih (1.200 mm) do 2 stupnja. Dobra zaštita ovih cijevi omogućava i njihovu širu primjenu u kanalizaciji, ali se ipak ne preporučuje primjena u agresivnim sredinama (npr. u terenima pod utjecajem mora).

1 – mekani dio brtve za brtvljenje 2 – tvrdi dio brtve za držanje

3 – naglavak 4 – brtva

Slika 4.4: Spajanje duktil cijevi

Velika prednost korištenja duktilnih cijevi je mogućnost izbora i ugradnje cijelog niza spojnih elemenata (“fazonskih komada”), i manjih objekata kanalizacijskog sustava (revizijska okna, slivnici, kućni priključci, itd.) (Slika 4.5). Korištenjem ovih elemenata pojednostavnjuje se i ubrzava izgradnja koja je kvalitetnija zbog primjene montažnih elemenata od istog materijala i dobrih spojeva. Cijevi se polažu na posteljicu od sitnozrnatog materijala veličine zrna od 8 mm. Isti materijal se koristi i za izradu obloge cijevi.

1 – slivnik 2 – podni dren 3 – krovni slivnik

4 – dvorišni slivnik 7 – slivnik 5 – revizijsko okno 8 – revizijsko okno 6 – revizijsko okno s revizijskim otvorom

Slika 4.5: Mogućnosti korištenja lijevanoželjeznih elemenata u izvedbi kanalizacije

134


4.1.3

Kanali građeni na licu mjesta

U odnosu na materijal izvedbe, razlikuju se ove vrste kanala: kanali od betona; kanali od armiranog betona; kanali od opeke; kanali od kamena. Od nabrojenih vrsta danas se rade isključivo kanali od betona ili armiranog betona, (Slika 4.6). Opeka (posebne vrste) eventualno se primjenjuje za oblaganje unutrašnjih površina betonskih ili armiranobetonskih kanala. Kanali građeni na licu mjesta kao monolitni ili montažni primjenjuju se u sljedećim slučajevima: odvodnja velikih količina vode; izgradnja u uvjetima koji ne omogućavaju primjenu gotovih cijevi; izgradnja kanala s vrlo malim padovima; i svi drugi slučajevi kada je to opravdano iz tehničkih ili ekonomskih razloga.

Slika 4.6: Betonski i armiranobetonski kanali – zatvoreni

Treba napomenuti da se betonski kanali građeni na licu mjesta mogu oblikovati na način koji najbolje odgovara situaciji na terenu i uvjetima odvodnje, tako da često poprimaju složeni (kombinirani) poprečni presjek. Osim toga, primjenom odgovarajućeg poprečnog oblika ovi se kanali mogu polagati s vrlo malim padom, od 1 ‰ ili manje, s time da je uz taj pad kanala brzina vode još uvijek iznad kritične. Ovi kanali se izvode zatvoreni (Slika 4.6) i otvoreni (Slika 4.7), u skladu s karakteristikama i potrebama za uređenjem nekog područja. Otvoreni kanali koji se koriste za odvodnju oborinskih voda koriste se kako bi se pojeftinila izgradnja i stvorio prirodni ugođaj nekog prostora. To naročito dolazi do izražaja u slučajevima kada se za odvodnju oborinskih voda koriste prirodni vodotoci unutar urbane sredine u kojima voda neprekidno otječe. Tada kanali postaju dio urbanističkog rješenja uređenja prostora. Kanali se mogu različito izvoditi u odnosu na poprečni profil, kao i u kombinaciji s prirodnim terenom, odnosno kada se betonska konstrukcija izvodi samo u donjem dijelu kanala u kojem voda otječe pretežni dio vremena. Manji otvoreni betonski kanali koriste se za prikupljanje oborinskih voda uz prometne površine i druge veće urbane površine.

135


Mali

Veliki

Slika 4.7: Betonski i armiranobetonski kanali – otvoreni

Osim odgovarajućeg hidrauličkog dimenzioniranja, ove kanale treba projektirati kao i svaku drugu betonsku konstrukciju vodeći računa o posebnostima konstrukcije a to su: duljina i kontinuitet izvedbe (dilatacija); zahtjevi za vododrživost (beton s dodacima); trajnost konstrukcije u vlažnoj sredini (potrebna zaštita armature); promjenjivi vanjski i unutrašnji tlak (dinamički utjecaji); dobra izvedba unutrašnjih stijenki (mala hrapavost), itd. Ova vrsta kanala zahtijeva odgovarajuće uređenje i stabilizaciju dna, to jest postizanje potrebne nosivosti dna rova. 4.1.4

Montažni kanali

Montažni kanali su kanali koji se ne grade na mjestu ugradnje, a uz to nisu standardni montažni proizvod kao što su to cijevi, već povremeni proizvod za određenu konkretnu situaciju. Uglavnom se rade da bi se skratilo vrijeme izvedbe kanala i da bi se postigli bolji ekonomski učinci. U pravilu, industrijskom proizvodnjom montažnih elemenata kanala postiže se jeftiniji i kvalitetniji proizvod. Najveći eventualni nedostatak ovog tipa kanala je slaba izvedba spoja montažnih elemenata. Zbog toga se spajanju montažnih elemenata posvećuje posebna pozornost. Zasebno se projektira oblikovanje i izvedbu spojnih dijelova montažnih elemenata, uz eventualno korištenje posebnih veznih materijala. Preporučuje se da se pridneni elementi montažnih kanala (dijelovi kanala u kojima voda u najvećem vremenskom razdoblju otječe)po mogućnosti izvode u jednom komadu. Montažni se kanali izrađuju od: armiranobetonskih elemenata; elemenata izrađenih od prenapregnutog betona; kombinacije različitih materijala. Postoje razni tipovi i konstrukcije koji su posljedica prilagođavanja konkretnim prilikama i uvjetima građenja (Slika 4.8). Ova vrsta izgradnje kolektora je posebno značajna u slučajevima kada se radi o dugim kolektorima istih dimenzija poprečnog presjeka, kada se montažnom gradnjom postižu bitno bolji ekonomski učinci. Montažni kanali podjednako se koriste za velike i male kanale, u istim uvjetima i na isti način kao i kanali izvedeni na licu mjesta. 136


Slika 4.8: Montažni kanali

Kao i betonske cijevi, ovi su kanali podložni korodivnim procesima betona koje uzrokuju kemijski spojevi koji se stvaraju u kanalizaciji otpadnih voda ili određene industrijske otpadne vode. 4.1.5

Ostale podjele

Prema veličini poprečnog presjeka, kanale dijelimo na: prohodne kanale (∅ > 600 mm); neprohodne kanale (∅ < 600 mm). Pod prohodnim se podrazumijevaju kanali onih dimenzija koje omogućavaju ulaz radnika zbog revizije, popravaka i čišćenja kanala. Smatra se da je ∅ 600 mm granična veličina za prohodnost. Prema obliku poprečnog presjeka, razlikuju se uglavnom kanali čiji je oblik (Slika 4.9 – Slika 4.12): 1. kružni; 2. jajoliki normalni; 3. uzdužni jajoliki; 4. stlačeni; 5. okrenuti jajoliki; 6. okrenuti stlačeni jajoliki; 7. okrenuti jajoliki s kinetom; 8, 9. uzdignuti – razvučeni polukružni; 10. pravokutni zasvođeni;

11. eliptični stlačeni; 12. potkovičasti uzdužni; 13. potkovičasti normalni; 14,15,16,17. potkovičasti stlačeni; 18. kružni s kinetom; 19. pravokutni zaobljenog dna; 20. pravokutni s kinetom za male vode; 21. pravokutni s polukružnim dnom.

Od prikazanih oblika, kao gotovi proizvodi najčešće se primjenjuju tipovi 1 i 2, a rjeđe oni od 3 do 9. Oblici od 10 do 21 se uglavnom odnose na građene kanale ili montažne konstrukcije. Kao što se može vidjeti, postoji cijeli niz različitih oblika kanala koji su nastali kao rezultat uvjeta izvođenja, tipskih proizvodnja, raspoloživih oplata i posebnih zahvata. Različiti uvjeti otjecanja često zahtijevaju izvedbu kombiniranih poprečnih profila (Slika 4.9 – Slika 4.12, poprečni presjeci 7, 18 i 20), kod kojih imamo kinete za sušno razdoblje otjecanja i pune profile za kišno razdoblje otjecanja. Na ovaj se način žele postići optimalni uvjeti za različite režime otjecanja i spriječiti taloženje u kanalizaciji. Moguće su i druge kombinacije, u skladu s režimom tečenja i uvjetima izgradnje /68/. 137


Slika 4.9: Jajoliki i okrugli poprečni profili kanala

Slika 4.10: Potkovičasti i izduženi polukružni poprečni profili kanala

Slika 4.11: Stlačeni potkovičasti poprečni profili kanala

Slika 4.12: Pravokutni poprečni profili kanala 138


4.2

Ugradnja kanalizacijskih kolektora

Ugradnja kanalizacijskih kolektora je najobimnija i najskuplja aktivnost u izgradnji kanalizacijskog sustava. Kakvoća izvedbe kanalizacijskih kolektora za duže vremensko razdoblje utječe na karakteristike i troškove održavanja i pogona kanalizacijskog sustava. Prema tome, njihova izvedba nema samo veliku početnu ekonomsku (investicijsku) važnost, već i trajnu važnost u cijelom životnom vijeku konstrukcije. Gradnja kanalizacijskih cijevi i vodovodnih se izvodi u principu na sličan način. Razlika je u provedbi tlačne probe, te u tome što kanalizaciju ne treba dezinficirati. U skladu sa navedenim osnovni elementi gradnje se neće ponavljati. S druge strane, ugradnja kanalizacijskih kolektora s gledišta izvedbe nije osobito složena izgradnja tako da ne postoje razlozi da se ona obavi nekvalitetno. Na žalost, jednostavnost izgradnje često za posljedicu ima neprimjeren i nestručan pristup u izgradnji kanalizacijskih kolektora, a to rezultira lošom izvedbom i velikim naknadnim troškovima kod rekonstrukcije i održavanja. Iako je izvedba kanalizacijskih kolektora jednostavna građevinska konstrukcija, ona zahtijeva jednako ozbiljan pristup u planiranju i izgradnji kao kod složenih konstrukcija. Naime, ugradnja kanalizacijskih kolektora je vrlo obiman posao koji se ponavlja bez većih promjena po dužnom metru kolektora. Ako se u ugradnji postignu i razmjerno male uštede po dužnom metru kolektora, zbog velikih duljina ukupne uštede su izrazito velike. Vrijedi i obrnuto: ako se u ugradnji naprave mali propusti po metru dužnom, tada su zbog duljine kolektora ukupni propusti izrazito veliki i štetni. U tome je zamka u koju upadnu mnogi nedovoljno iskusni inženjeri kada se bave izgradnjom kanalizacijskih kolektora. Prema tome, ugradnji kanalizacijskih kolektora treba posvetiti veliku pozornost, čak veću nego kod složenijih konstrukcija jer i male promjene u određivanju količina, materijala, radnji, zahvata, u zbroju rezultiraju velikim promjenama u troškovima i kakvoći izvedbe. Osnovne aktivnosti kod ugradnje kolektora su: priprema izgradnje; trasiranje kolektora; iskop jarka/građevne jame; planiranje dna rova (jarka); izrada posteljice kolektora; polaganje kanala; tlačna proba; izrada zaštite kanala; zatrpavanje kanala; izrada završnog sloja i dovođenje u prvobitno stanje; odvoz i odlaganje viška materijala; primopredaja objekta.

Ugradnja kanalizacijskih kolektora rješava se u skladu s karakteristikama prostora, terena i cijevnog materijala. Svi cijevni materijali nemaju jednaku čvrstoću i otpornost na opterećenje i udarce, stoga se ne mogu ugrađivati na isti način. Osim toga, uvjeti izgradnje bitno se razlikuju ovisno o karakteristikama prostora na kojem se izvode (raspoloživi prostor, osobitost prostora, postojeća infrastruktura i izgrađenost, itd.). Način i organizacija izvedbe bitno se razlikuju od slučaja do slučaja. Zemljište, odnosno geo139


mehanička i geološka svojstva terena u koji se kolektori ugrađuju, bitno utječu na način izvedbe (a posebno na troškove). Zbog svega nabrojanog, u izgradnji je nužan cjelovit i sustavan pristup. Ugradnja kanalizacijskih kolektora je normirana HRN-EN 1610:1997 (Polaganje i ispitivanje kanalizacijskih cjevovoda i kanala). 4.2.1

Pripremne aktivnosti

Ove su aktivnosti detaljno opisane u odgovarajućim skriptama o vodovodu. 4.2.2

Iskop

Iskop rova

Karakteristike iskopa rova ovise o veličini kolektora, njegovu visinskom položaju i karakteristikama zemljišta. Ne treba zaboraviti da dimenzije rova, odnosno građevne jame, imaju utjecaja i na razdiobu stalnog i pomičnog opterećenja kanala. Uvijek se nastoji da su troškovi iskopa najmanji, jer oni u troškovima izgradnje m' kolektora sudjeluju sa 60 – 90%. Manji postotak se odnosi na velike betonske kanale, a veći na male cijevne kanale. Zbog toga iskopu treba posvetiti znatnu pozornost, a to znači da visinsko i tlocrtno trasiranje kanala treba biti racionalno, odnosno što pliće, uz izbjegavanje teških materijala. Najvažnije je izbjegavati iskope, odnosno polaganje kanala, ispod razine vode (mora). Pravila vezana za iskop rova u kanalizaciji su ista kao kod vodovoda te se isto neće ponavljeti ovdje. Navest će se samo osnovne razlike i norme. Potrebna veličina rova određuje se na temelju veličine kanala (cijevi), karakteristika kanalskog materijala, odnosno uvjeta montaže kanala (cijevi). U skladu s time, veličinu rova određuje potrebna minimalna širina dna rova koja mora biti dovoljno široka da se obavi polaganje, montaža, brtvljenje i ispitivanje cijevi, kao i spajanje priključaka. Prema njemačkim normama (DIN 18300), preporučuje se sljedeće /63/: Izrada građevnih jama i rovova 1. Kod izgradnje građevnih jama i rovova, te za potrebnu širinu radnog prostora, može se koristi DIN 4124 “Građevne jame i rovovi: nagibi, širina radnog prostora, podgrade”, ako u opisu radova nije drugačije propisano. Kod rovova koji nisu razuprti ili ako postoje smetnje tijekom izvođenja radova, svijetla širina rova B kod vanjskog promjera cijevi D ≤ 0,40 m mora iznositi najmanje: B = D + 0,70 m. 2. Ako u opisu radova nije označena dubina građevne jame ili rova, obuhvaćen je opis iskopa građevne jame samo do dubine 1,75 m, a za rovove za temelje ili cjevovode samo do dubine 1,25 m. 3. Ako je opisu radova propisano da kod zaštite temeljnog tla treba ostati zaštitni sloj, treba neposredno ispod temelja ili cjevovoda izvesti, npr. podbeton. 4. U ravnini temelja građevine dno ne smije biti razrahljeno. Ako je tlo ipak razrahljeno, mora mu se zbijanjem vratiti prvobitna zbijenost i na prikladan način vratiti prvobitnu nosivost. 140


Širina građevne jame

Izvadak iz njemačke norme DIN 4124 /63/ Građevne jame 1. Za rad u građevnoj jami radni prostor mora biti širok najmanje 0,5 m. Kao širina radnog prostora uzima se: kod građevne jame s pokosom – vodoravni razmak između nožice kosine i vanjske strane zidova ili vanjskih stranica oplate građevine; kod razuprte građevne jame – svijetli razmak između vanjske strane obloge i vanjske strane zida ili vanjske strane oplate građevine

2. Ako kod vertikalne podgrade, kod žmurja ili nosivih zidova od platica vodoravni pojasevi leže manje od 1,75 m iznad dna građevne jame, svijetli razmak mjeri se od prednjeg ruba pojasa. 3. Kod temelja i temeljnih ploča kod kojih se izvana stavlja ili skida oplata – u pravilu kod visine 0,5 m i više – vrijede širine radnog prostora napisane u točki 1. Kod temelja i temeljnih ploča kod kojih se iznutra stavlja ili skida oplata, zadržava se radni prostor od najmanje 0,5 m između temelja, tj. temeljne ploče i nožice kosine, tj. podgrade građevne jame. 4. Kod temelja i temeljnih ploča koji se izvode bez oplate, širina radnog prostora se namješta prema napredovanju tijela objekta ako je istak manji od 0,5 m. Ako je istak jednak ili veći od 0,5 m, podešava se širina radnog prostora prema prednjoj strani temelja, tj. temeljne ploče. Kod građevnih jama s kosim stijenkama ne smije se tijelo temelja usjeći u nastavku ravnine kosine. Rovovi za cjevovode i kanale

1. Rovovi za cjevovode i kanale moraju imati svijetlu širinu kako prokazuje Tablica 4.1, osim ako u sljedećim odlomcima nije drugačije naznačeno. 2. Kod odvodnih kanala s cijevima duljine do 3 m i vanjskog promjera 0,40 < D ≤ 0,60 m, male širine radnog prostora mogu biti određene prema podacima koje prikazuje Tablica 4.1. Svijetla širina mora ipak iznositi najmanje B = D + 0,50 m. 3. Kao svijetla širina uzima se: kod rovova s kosim stijenkama – širina dna; kod vertikalnog i horizontalnog razupiranja – svijetli razmak između drvenih greda; kod podgrade – srednji svijetli razmak zida od talpi. Ako kod vertikalnog razupiranja i vanjskog promjera cijevi D ≥ 0,60 m vodoravni pojas leži manje od 1,75 m iznad dna rova, kao svijetla širina usvaja se svijetli razmak pojaseva mjeren okomito na os rova. Kod vanjskog promjera cijevi D ≥ 0,30 m vrijedi isto ako donji rub vodoravnog pojasa leži manje od 0,5 m iznad gornjeg ruba cijevi. 4. Kod poprečnih profila koji nisu okrugli, kao promjer D usvaja se najveća vanjska širina cijevi.

141


5. Podaci koje prikazuje Tablica 4.1 vrijede za dubinu građevne jame do 5 m. Kod većih dubina se širina rova određuje za svaki pojedini slučaj. 6. Na temelju lokalnih uvjeta, npr. na prisilnim točkama (ležajevima, ukrutama), po potrebi se mogu odabrati manje vrijednosti širine rova od onih koje prikazuje Tablica 4.1, odnosno točka 2. U takvim je slučajevima potrebno poduzeti posebne sigurnosne mjere. 7. Neovisno o promjeru cijevi, izvan prisilnih točaka usvajaju se sljedeće najmanje širine rovova: dubina rova do 1,75 m: B = 0,60 m; dubina rova veća od 1,75 m: B = 0,80 m. 8. Vrijednosti dane u točkama 1. do 7. ne vrijede za nerazuprte rovove koji su pristupačni do dubine 1,25 m, ali ne moraju imati radni prostor za polaganje i ispitivanja vodova (na primjer, rovovi za podzemne kabele i drenažni rovovi). Te vrijednosti ne vrijede ni kod rovova u koje se cjevovodi polažu strojno, ako rov ne mora biti pristupačan. Tablica 4.1: Širine rovova Vrsta građevne jame i nagib pokosa Sa oplatom

Bez oplate (izmjereno u odnosu na dno): β – proizvoljan β ≤ 60° β > 60°

Vanjski promjer cijevi (m)

Svijetla širina (m)

D ≤ 0,40 0,40 < D ≤ 1,75 D > 1,75

B = D + 0,40 B = D + 0,70 B = D + 1,00

D ≤ 0,40 D > 0,40 D > 0,40

B = D + 0,40 B = D + 0,40 B = D + 0,70

Za određivanje širine radnog prostora bitni su sljedeći kriteriji: spojnice (naglavci) moraju biti pristupačni kod brtvljenja; cijev se mora moći zatvoriti, osobito na spojnici. Prema EN 1610, minimalna širina rova može se promijeniti u slučajevima: kada osoblje nikada ne ulazi u rov (automatizirana tehnika polaganja); kada osoblje nikada ne ulazi u prostor između cjevovoda i stijenke rova; na uskim mjestima i kod nepredviđenih situacija.

Širina građevne jame prema DIN 4124 može biti smanjena ako su zadovoljeni sljedeći uvjeti: 1. Cijev se polaže na posteljicu od betona tako da nije potrebno zatvaranje donje strane; 2. Brtvljenje cijevi se izvodi brtvenim prstenom ili brtvenom trakom. U slučaju postojanja podzemnih voda, razina podzemne vode mora biti snižena jer je za pravilno polaganje cjevovoda potrebna suha građevna jama. Iskopani se rov mora isplanirati na projektiranu razinu, najčešće uz odstupanje ± 2,0 cm.

142


Okvir 4.1: Minimalni uvjeti vezani za širinu rova prema EN 1610 Najmanja širina rova, ovisna o nazivnom promjeru DN

DN ≤ 225 > 225 do ≤ 350 > 350 do ≤ 700 > 700 do ≤ 1.200 > 1.200

Najmanja širina rova, OD + x (m) Nerazuprti rov Razuprti rov β = 60º β > 60º OD + 0,40 OD + 0,40 – OD + 0,50 OD + 0,50 OD + 0,40 OD + 0,70 OD + 0,70 OD + 0,40 OD + 0,85 OD + 0,85 OD + 0,40 OD + 1,00 OD + 1,00 OD + 0,40

Kod vrijednosti OD+x, x/2 je minimalni radni prostor između cijevi i zidova rova, odnono razupore. OD – vanjski promjer u metrima, β – kut pokosa nepodgrađenog rova

β

Najmanja širina rova, ovisna o dubini rova Dubina rova (m) < 1,00 ≥ 1,00 do ≤ 1,75 ≥ 1,75 do ≤ 4,00 > 4,00

Najmanja širina rova (m) Nije zadana najmanja širina rova 0,8 0,9 1,0

Dno građevne jame mora biti ravno i čvrsto i ne smije se razrahliti pri radu. Zbog toga dno treba osigurati od poremećaja uslijed hodanja, ispiranja, kopanja i slično. Ovo se najčešće postiže postavljanjem odgovarajućeg materijala ili betoniranjem posteljice. Uz rub rova treba osigurati slobodni prostor radi zaštite rova od urušavanja. Slobodni prostor mora biti širok najmanje 1 m. Ukoliko će se rub tijekom izgradnje opteretiti (npr. cijevima i drugim materijalom), treba utvrditi utjecaj opterećenja na stabilnost ruba rova i poduzeti potrebne mjere za zaštitu rova od urušavanja. 4.2.3

Uređenje posteljice i polaganje cijevi

Uređenje posteljice i polaganje cijevi određuje se normalnim poprečnim presjekom izvedbe kanala (Slika 4.13) Ovaj je nacrt sastavni dio projektne dokumentacije i osnova za izvedbu kanala i za obračun radova. Normalni poprečni presjek izrađuje se u skladu s vrstom cijevi koje se koriste, vrstom terena, dubinom rova, veličinom kanala i načinom izvedbe. Različiti uvjeti i čimbenici izgradnje zahtijevaju i različita rješenja izvedbe, pa tako i različite normalne poprečne presjeke

143


b-širina vrha rova

Kota terena

završni sloj

x

KOLNIČKA KONSTRUKCIJA NASIP

a

H Kota vrha obloge

OBLOGA

TRAKA

CIJEV

d DN h

POSTELJICA

Kota vrha cijevi

Kota nivelete Kota dna rova

b-širina vrha rova s

s

Slika 4.13: Osnovni elementi i oznake normalnog poprečnog presjeka izvedbe kanala

Svaka vrsta cijevi zahtijeva poseban pristup pri polaganju u rov (građevnu jamu). Uvjete u kojima će se cijevi ugrađivati uglavnom propisuje proizvođač, jer on jamči trajnost i kakvoću cijevi uz poštovanje odgovarajućih uvjeta ugradnje. Materijal koji se koristi za izradu posteljice ne smije imati utjecaja na cijev, cijevni materijal ni podzemnu vodu. Ne smije se upotrijebiti smrznuti materijal. Materijal koji se koristi za posteljicu ne smije biti veličine zrna veće od: 22 mm, kod DN ≤ 200; 40 mm, kod DN > 200 do DN ≤ 600. Može se koristiti i materijal iz iskopa ako zadovoljava uvjete iz projekta, stupanj zbijenosti i ako nije štetan za cijevi. Uglavnom se koristi zrnati materijal (šljunak, pijesak, mješavina zrna, lomljeni materijal) i hidraulički vezani materijal (stabilizirano tlo, lagani beton, mršavi beton, nearmirani beton, armirani beton). Dno rova i posteljica moraju imati odgovarajuću nosivost kako ne bi došlo do slijeganja cijevi. Zbog toga se posteljica mora zbiti. Kod zbijanja zrnatog materijala na 92 Proctora mora biti zajamčena minimalna nosivost u pravilu najmanje 3 N/mm2, a kod zbijanja na 95 Proctora najmanje 4 N/mm2. Minimalnu potrebnu nosivost, sastav i veličinu zrna uglavnom propisuju proizvođači cijevi, a treba ju odrediti na temelju statičkog proračuna u skladu sa značajkama tla, cijevi, opterećenja i okoliša.

144


b

OD

a

OD

Tip 3. Smije se primijeniti u jednolikim, relativno mekanim, fino zrnatim tlima, uz osiguranje nalijeganja po čitavoj duljini cijevi. Cijevi se mogu položiti izravno na unaprijed poravnato dno rova. U ovom slučaju se ne formira udubljenje – ležište za cijevi. Debljina gornjeg sloja posteljice b (mjereno od dna cijevi prema vrhu cijevi) mora odgovarati statičkom proračunu.

b

Tip 2. Smije se primijeniti u jednolikim, relativno mekanim, fino zrnatim tlima, uz osiguranje nalijeganja po čitavoj duljini cijevi. Cijevi se mogu položiti izravno na unaprijed oblikovano i pripremljeno dno rova. U dnu rova oblikuje se udubljenje – ležište za cijevi. Debljina gornjeg sloja posteljice b (mjereno od dna rova prema vrhu cijevi) mora odgovarati statičkom proračunu.

b

Tip 1. Posteljica podupire cijev po cijeloj njenoj duljini, a smije se primijeniti za svako polaganje cijevi, sve veličine i poprečne presjeke uz zadovoljavanje debljine slojeva a i b: Debljina donjeg sloja posteljice a (mjereno ispod cijevi) ne smije biti manja od: 100 mm kod normalnih uvjeta tla; 150 mm kod stijene ili tvrdog tla. Debljina gornjeg sloja posteljice b (mjereno od dna cijevi prema vrhu) mora odgovarati statičkom proračunu.

OD

Okvir 4.2: Tipovi posteljica prema EN 1610

Ako je nosivost dna rova ima nedovoljna za nošenje materijala za posteljicu cijevi, potrebno je primijeniti neke od sljedećih konstruktivnih mjera: zamjena tla drugim materijalima, podupiranje pilotima, uzdužnim i poprečnim nosačima, pločama, itd. Nosivost tla zamijenjenog novim materijalima i konstrukcijama mora se dokazati statičkim proračunom. Vrlo je važno voditi računa o promjenama značajki tla duž rova, a sve kako bi se spriječilo nastajanje potencijalnih mjesta za dodatno opterećenje cijevi kao posljedica nejednolikog slijeganja terena,.

145


Okvir 4.3: Vrste tla, modul deformacije, dopuštena visina nasipanja i početna deformacija Modul deformacija Es (N/mm2) kod stupnja zbijenosti DPR (%) 85 90 92 95 97 100

Vrste tla (ATV)

GE: slabo graduirani šljunak Grupa 1: Rastresita tla, GW: dobro graduirani šljunak s pijeskom GI: srednje graduirana smjesa šljunka i šljunak 2,5 6 pijeska GU: smjesa šljunka i praha (5 – 15#) GT: smjesa šljunka i gline (5 – 15#) SE: slabo graduirani pijesak Grupa 2: Rastresita tla, SW: dobro graduirana smjesa pijeska i šljunka pijesak SI: srednje graduirana smjesa pijeska i 1,2 3 šljunka SU: pijesak šljunkovit (5 – 15#) ST: pijesak glinovit (5 – 15#) GU: prašnasti šljunak (5 – 40#) Grupa 3: Mješovita tla GT: šljunak glinovit (5 – 40#) 0,8 2 SU: pijesak šljunkovit (5 – 40#) ST: pijesak glinovit (5 – 40#) UL: niskoplastičan prah Grupa 4: Koherentna UM: prah srednje plastičnosti TL: niskoplastična glina tla TA: visokoplastična glina OU: organski prah 0,6 1,5 OT: organska glina OH: krupno- ili srednjezrnata tla s dodatkom humusa OK: krupno – ili miješanozrnata tla s vapnenim, šljunčanim česticama # – Udio čestica u postotku manji ili jednak veličini zrna 0,66 mm

9

16

23

40

4

8

11

20

3

5

8

14

2

4

6

10

Dopuštena visina nasipanja H i početna deformacija Def za kanalizacijske cijevi, 24 sata nakon polaganja Sraslo tlo prema ATV 1. Šljunak i grubi pijesak 2. Pijesak, šljunak ili fini pijesak 3. Mješovita tla 4. Koherentna tla

SN 2500 (J) H (m) Def (%) 4 4 3 4 – – – –

SN 5000 (K) H (m) Def (%) 8 4 5 4 4 3,5 – –

SN 10.000 (C) H (m) Def (%) 12 4 7 4 6 3,5 4 3

Cijevi osjetljive na udarac i nejednoliko nalijeganje zahtijevaju izradu kvalitetne podloge. Podloga mora biti ravna, čista i dovoljno zbijena da osigura potrebnu nosivost kanala, nasipa i površinskog opterećenja. Ukoliko se radi o mekanim terenima (do III. i IV. kategorije), posteljica se radi od sitnozrnatog materijala (veličine zrna do 8 mm) uz prethodno nabijanje. Sve neodgovarajuće materijale (mekane, žitke i slično) na dnu 146


rova treba zamijeniti kvalitetnim materijalima. Ako se radi o tvrdim (V. i VI. kategorija) ili stjenovitim terenima, posteljicu treba izraditi od mršavog betona. To je naročito važno na strmim dionicama, gdje može doći do ispiranja posteljice. Na ovakav se način ugrađuju azbestno-cementne cijevi, keramičke, polietilenske, a često i PVC i čelične cijevi. Betonske i armiranobetonske cijevi ne zahtijevaju posebnu izvedbu posteljice radi zaštite, ali zahtijevaju odgovarajuću nosivost tla. Ove vrste cijevi (naročito velikih dimenzija) često iziskuju izradu podloge od kamenog nabačaja i mršavog betona radi pravilne izvedbe njihove konstrukcije i postizanja potrebne nosivosti tla. Cijevi od poliestera se polažu na posteljicu debljine 10 cm + 0,1·DN, a kut nalijeganja cijevi treba biti 90º – 120º. Kod vodonosnih tala koristi se posteljica bez sitnih čestica veličine zrna 8 – 16 mm za cijevi do DN 400, a za cijevi DN 500 i veće, veličine zrna 16 – 32 mm. Slično vrijedi i za oblogu cijevi. Većina cijevi zahtijeva izradu obloge od sitnozrnatog materijala, i to tako da su cijevi bočno zasute minimalno 10 cm, a na tjemenu minimalno 15 cm (obično 20 – 30 cm), te preko spojnica minimalno 10 cm. Veličina i karakteristike obloge ovise i o načinu nabijanja tla rova i potrebnoj zbijenosti zemljišta radi zadovoljenja potrebne nosivosti tla u odnosu na vanjsko opterećenje. Nabijanje se provodi laganim vibracijskim uređajima za nabijanje maksimalne radne težine od 0,30 kN, ili laganim vibracijskim pločama maksimalne radne težine od 1 kN. Ako su uvjeti ugradnje vrlo teški, cijevi se u potpunosti oblažu mršavim betonom. Betonske i armiranobetonske cijevi ne zahtijevaju izvedbu posebne obloge, već se mogu koristiti materijali iz iskopa (bez velikog kamenja).

Slika 4.14: Ugradnja betonskih cijevi u prirodni mekani teren

Po završetku izrade obloge, cijevi se zatrpavaju postupno, i to u slojevima 20 – 30 cm materijalom iz iskopa. Slojevi se tijekom nasipanja prskaju vodom i postupno nabijaju. Nabijanje ne smije ugroziti kolektor. Radi sprječavanja nekontroliranog slijeganja, ponekad se za kanale ispod prometnica zahtijeva zamjena cjelokupnog materijala iz iskopa odgovarajućim drobljenim kamenim materijalima.

147


Slika 4.15: Ugradnja keramičkih cijevi

Slika 4.16: Ugradnja PEHD, PVC i poliesterskih cijevi

Slika 4.17: Ugradnja lijevanoželjeznih cijevi (mekano i sitnozrnato tlo) 148


30 cm

D 15 cm 60°

Slika 4.18: Ugradnja lijevanoželjeznih cijevi (izvedba posteljice)

4.2.4

Spajanje i brtvljenje

Ključna etapa u spajanju cijevi je brtvljenje spoja. O kakvoći izvedbe brtvljenja uvelike ovisi djelotvornost pogona kanalizacijskog sustava. Dobro brtvljenje osigurava zaštitu od iscjeđivanja otpadnih voda u okoliš, ali i od dotjecanja podzemnih voda u kanalizacijski sustav. Treba razlikovati ulogu brtvljenja u različitim situacijama. Kad se govori o istjecanju otpadnih voda u okoliš, razlikuje se utjecaj pri istjecanju oborinskih, mješovitih, fekalnih i industrijskih (opasnih) voda. Što su veće moguće štete, to se veća pozornost treba posvetiti kakvoći izvedbe brtvljenja. Spajanje se kod kanala obavlja u pravilu na pet osnovnih načina: spoj sa naglavkom ili “kolčak-spoj” (Slika 4.19.a); spoj sa prirubnicom ili “peleš-spoj” (Slika 4.19.b); spoj sa spojnim prstenom ili obujmicom (Slika 4.19.c); izravan ili čelni spoj (Slika 4.19.d); i spoj s utorom (Slika 4.19.e).

a) Naglavak

d) Čelni

b) Prirubnica

c) Obujmica

e) Utor

Slika 4.19: Neki osnovni tipovi spoja kanala i cijevi

Prirubnica je spoj koji se koristi samo u otežanim situacijama kao što su prijelazi preko mosta, crpne stanice, itd. Razlog tome su visoki troškovi i potpuna krutost ovakvog spoja. Spoj sa naglavkom je jedan od najstarijih tipova spoja koji je široko u uporabi 149


kod različitih vrsta cijevi i kanala. Obujmica je spoj u kojem su oba kraja cijevi jednaka, kao što su jednaka oba kraja spojnice, tako da je omogućeno jednostavnije spajanje. Koristi se kod različitih vrsta cijevi i kanala. Čelni spoj je spoj koji se koristi kod materijala koji se vare (čelik, tvrdi polietilen), ali i kod betonskih montažnih ili monolitnih kanala. Spoj s utorom koristi se kod kanala i cijevi koje imaju debele stijenke, zbog čega je moguće formirati utor (betonske cijevi i kanali). Spojevi su u pravilu patenti pojedinih proizvođača cijevi. Kakvoća brtvljenja ovisi o tri osnovna elementa: kakvoći spoja; kakvoći izvedbe; pravilnom projektiranju. U kakvoći spoja ključnu ulogu imaju kakvoća i karakteristike brtve. Brtva mora biti takvih karakteristika da osigurava trajno djelotvorno brtvljenje u planskom razdoblju, to jest u jednakom vremenskom razdoblju u kojem se očekuje i trajnost cijevnog materijala. Brtva ima tri osnovne funkcije: osigurava vododrživost spoja; osigurava čvrstoću spoja na izvlačenje cijevi; osigurava mogućnost manjeg zakretanja spoja bez propuštanja. Da bi se osigurale ove funkcije spoja, u modernim rješenjima spojnica koriste se dvije brtve: jedna brtva služi za osiguravanje vododrživosti, a druga za osiguravanje stabilnosti spoja u odnosu na izvlačenje. Dobra spojnica nije jamstvo dobrog spoja ako nije dobro izvedena. Spajanje se uvijek mora izvršiti u skladu s preporukama proizvođača, jer on jamči trajnost i valjanost spoja. U svim situacijama kada su spojevi složeni, od isporučitelja cijevi treba zahtijevati odgovarajuću obuku radnika kako bi rad bio kvalitetan. Pri spajanju cijevi važna je čistoća spoja, to jest ležišta cijevi i brtvi. Brtve moraju biti čiste i neoštećene. Spajanje se mora obaviti savjesno, uz kontrolu kakvoće izvedenog spoja. Ključni faktor u kakvoći izvedbe spoja su kadrovi. Kod projektiranja se također mora voditi računa o brtvljenju. Tu se prije svega radi o pravilnom izboru cijevnog materijala i vrsti spojnica, ali i o drugim elementima koji utječu na kakvoću brtvljenja. U te druge elemente spada i dobra izvedba posteljice cijevi, kako ne bi došlo do nejednolikog nalijeganja i time do zakretanja spoja. S obzirom da su kanali u kanalizaciji uvijek u manjem ili većem padu, posebnu pozornost treba posvetiti kakvoći brtvljenja u slučaju većih padova. Poseban su problem spajanje i kakvoća brtvljenja pri spajanju s objektima na kanalizacijskom sustavu. Ova je situacija poseban problem zbog dva osnovna razloga: konstrukcije i objekti nemaju spojnice i spoj se ne može obaviti kvalitetno; objekti i kanali različito se sliježu tijekom vremena, pa na spoju kanala i objekata dolazi do smicanja uslijed čega može doći do pucanja cijevi. Poseban je problem brtvljenje monolitnih betonskih kanala, kao i montažnih kanala. Problematika brtvljenja kod izgradnje monolitnih betonskih kanala svodi se na pravilno završavanje i nastavljanje radnih reški, te osiguravanje potrebnih dilatacija kanala. Sve se to projektira i izgrađuje po pravilima struke, odnosno kao i u drugim slučajevima kod 150


kojih se zahtijeva visoka kakvoća izvedbe, s tom razlikom da se kod izvedbe kanala treba osigurati vodonepropusnost radnih reški i dilatacija. To se postiže ugradnjom odgovarajućih dijafragmi i sličnih veznih elemenata (Slika 4.20).

a) dilatacijska reška

b) radna reška

c) vanjska zatvorena reška

Slika 4.20: Brtvljenje kod monolitnih betonskih kanala

Kod montažnih kanala također treba posvetiti potrebnu pozornost kako bi se pri spajanju montažnih elementa osiguralo kvalitetno brtvljenje. Ono se uglavnom provodi ugradnjom odgovarajućih brtvi i drugih spojnih sredstava kao što su razna ljepila, smole i slično. Još je jednom potrebno naglasiti da je problematika brtvljenja usko vezana s problemom vodonepropusnosti kanalizacijskog sustava i svim pratećim problemima zagađenja okoliša i neplaniranog opterećenja kanalizacijskog sustava. Zbog toga treba posvetiti najveću pozornost izboru spojnica i izvedbi spoja, odnosno kakvoći brtvljenja, jer se jednom učinjene greške teško ispravljaju, rekonstrukcije kanalizacijskog sustava su izrazito skupe, a posljedice za djelotvornost sustava i zaštitu okoliša velike i dugotrajne. 4.2.5

Zatrpavanje i zbijanje

Zatrpavanje i nasipanje građevinskih objekata

Prije zatrpavanja ili nasipanja treba iz područja građevinskog objekta ukloniti strana tijela koja mogu prouzročiti štetu (podgrade i slično). O neprikladnim vrstama tla (npr. mulj, treset) i preprekama (npr. panjevi, korijenje, građevinski otpad) treba obavijestiti naručitelja i ugovoriti potrebne dodatne mjere. Udubine u temeljnom tlu treba nasuti. Zbijenost nasutog tla treba biti što sličnija zbijenosti osnovnog tla, a za to potrebne mjere treba ugovoriti. Ako zbog osiguranja od klizanja kosine treba izvesti “stepenice” ili poduzeti druge sigurnosne mjere, onda ih treba i ugovoriti. Procjedna voda, izvorska voda i potoci moraju se prije nasipanja zahvatiti i odvesti. Kod zemljanih radova treba paziti da se za predviđenu svrhu ugrađuju prikladne vrste tla i stijene. Nasipni materijal treba očistiti od neprikladnih materijala. Nasipni materijal se ugrađuje i zbija u slojevima, ako u opisu radova nije drugačije propisano. Visina nasipanja i broj faza radova kod zbijanja određuju se prema vrsti i veličini strojeva za zbijanje i vrsti tla, tako da se postigne propisani stupanj zbijenosti. Na zahtjev naručitelja je za to potrebno pribaviti potvrdu (dokaz kakvoće). Teži strojevi za zbijanje mogu se koristiti tek kada nadsloj zemlje nad tjemenom cijevi prijeđe 1 m. 151


Nasip se zbija od vanjske strane prema sredini. Ako se u nasipu naiđe na veće kamenje ili grude zemlje, treba ih tako razdijeliti da ne dođe do stvaranja štetnih šupljina u nasipu. Koherentna tla zbijaju se neposredno nakon nasipanja. Ako je koherentno tlo u razmekšanom stanju, iznad njega se ne smije izvršiti nasipanje, jer se mogu očekivati štetne posljedice za temeljenje. Ako se tijekom zbijanja ne postigne propisani stupanj zbijenosti, treba ugovoriti prikladne mjere kao što su npr. poboljšanje ili zamjena tla. Zatrpavanje i nasipanje rovova

Materijal iz iskopa mora biti nasut u rov i zbijan u odgovarajućem stanju. Ako se tijekom jamstvenog roka utvrdi slijeganje, izvođač je dužan izvesti poboljšanje tla. Međutim, ponekad je šteta uslijed slijeganja vidljiva tek nakon isteka jamstvenog roka i investitor je mora popraviti o svom trošku. Slijeganja na prometnicama nisu dopuštena. Preporučuje se u većini slučajeva propisati stupanj zbijenosti. Samo tako je moguće provesti ispitivanje (kontrolu) tijekom ili neposredno nakon završetka radova. Kod zbijanja nasipnih materijala iz građevnih jama moraju se poštovati isti kriteriji kao kod općih zemljanih radova. Za ocjenu zbijenosti služi zbijenost (gustoća) i nosivost. Kod nekoherentnog tla postignuta gustoća ovisi o stupnju zbijenosti, a kod koherentnog o sadržaju vode. Da bi se dobila visoka vrijednost nosivosti, potrebno je zbijanje izvršiti pri optimalnom sadržaju vode koji je dobiven po Proctorovu pokusu. Zbijenost se može ispitati kružnom pločom. 4.2.6

Završni pregled i/ili ispitivanje nakon zatrpavanja

Vizualni pregled

Nakon završetka radova potrebno je obaviti pregled izvedenih radova. Prvi korak je vizualni pregled koji uključuje: pravac i niveletu; spojeve; oštećenja ili deformacije; spojeve priključka; obloge i premaze. Nepropusnost

Nepropusnost cjevovoda, uključujući spojeve priključaka, okana i inspekcijske otvore treba ispitati u skladu s važećim normama (HRN EN 1610). Obloga oko cijevi i zatrpavanje

Treba provjeriti prikladnost izvedbe obloge oko cijevi i utvrditi odgovara li izvedba zahtijevanoj veličini i obliku. Zatim se treba provjeriti zbijenost i deformacije. Zbijenost glavnog zatrpavanja mora se dokazati odgovarajućom provjerom (mjerenjem). Trebaju se provjeriti i deformacije cijevi, naročito u slučaju elastičnih cijevi. Vertikalna deformacija promjera cijevi može se provjeriti i statičkim proračunom, ako to zahtijevaju nadležni organi. 152


Vraćanje u prvobitno stanje površine i okoliša

Pregled izvedenih radova treba obuhvatiti i provjeru izvedenosti površina i usklađenosti izvedenog stanja s prijašnjim stanjem ili s novoprojektiranim stanjem. Provjerava se i stanje okoliša, kao i usklađenost s prijašnjim stanjem ili s projektiranim promjenama.

4.3

Ispitivanje vodonepropusnosti gravitacijskih kanala

Svi kanali moraju biti provjereni na vodonepropusnost. Prethodno ispitivanje vodonepropusnosti kanala provodi se dok kanali nisu zatrpani i obloženi. Ako je zbog sigurnosti od izmicanja kanale potrebno učvrstiti, tada se djelomično zatrpavaju u središnjem dijelu između spojeva, s time da spojevi moraju ostati nezatrpani. Za ispitivanje kod preuzimanja radova, cjevovod se mora kontrolirati nakon zatrpavanja i uklanjanja razupora. Ispitivanje se provodi u skladu s HRN EN 1610:1997. Ispitivanje cjevovoda, okana i inspekcijskih otvora provodi se vodom (postupak V) ili zrakom (postupak Z). Izbor ispitivanja vodom ili zrakom može odrediti naručitelj. 4.3.1

Ispitivanje vodom (postupak V)

Ispitni tlak

Ispitni tlak je onaj tlak koji proizlazi iz mjerenja ispunjenosti ispitne dionice do razine terena, kod uzvodnog ili nizvodnog okna, najviše do tlaka 50 kPa, a najmanje do tlaka 10 kPa (mjereno na tjemenu cijevi). Viši ispitni tlakovi se utvrđuju za cijevi u kojima su predviđa nastanak uspora vode. Tada treba konzultirati EN 805. Vrijeme pripreme

Provjera se radi s predtlakom vode koja se ulijeva u kanal. Da bi se voda mogla uliti u kanal i da bi se moglo izvršiti ispitivanje, svi otvori kanala moraju se zatvoriti i učvrstiti da bi izdržali probni tlak. Ispitivanje počinje zatvaranjem svih otvora na ispitivanom dijelu kanala. Punjenje vodom obavlja se polagano od najnižeg dijela, kako bi iz kanala postupno mogao biti istisnut zrak. Nakon što se kanali napune vodom, ostave se određeno vrijeme tako napunjeni kako bi zrak iz kanala u potpunosti izišao i kako bi se kanalski materijal zasitio vodom. Trajanje namakanja kanala ovisi o vrsti materijala od kojeg je kanal izgrađen: kanali izrađeni od sintetičkih materijala trebaju biti namakani razmjerno kratko vrijeme (do sat vremena), dok se kanali izgrađeni od betona ili armiranog betona moraju namakati najmanje 24 sata. U svakom slučaju, potrebno je konzultirati proizvođača kanala da bi se utvrdilo minimalno potrebno vrijeme namakanja kanala prije nego što počne tlačenje. Vrijeme ispitivanja

Samo ispitivanje mora trajati najmanje 30 ± 1 minuta, a poželjno je da traje 2 sata.

153


Ispitni zahtjevi

Za vrijeme ispitivanja mora se održavati stalni ispitni tlak do 1 kPa, što se postiže stalnim dopunjavanjem vode ili dodatnim tlačenjem vode. Količine dodatne vode se mjere i ne smiju prijeći dopuštene količine. Istovremeno se mjeri i visina vode pri određenom ispitnom tlaku. Ispitni zahtjev je zadovoljen ako količina dodane vode nije veća od: 2 0,15 l/m kroz 30 minuta za cjevovode; 2 0,20 l/m kroz 30 minuta za cjevovode uključujući kontrolna okna; 2 0,40 l/m kroz 30 minuta za kontrolna okna, gdje se m2 odnose na omočenu unutrašnju površinu. Organizacija ispitivanja

Svako ispitivanje mora imati i odgovarajući zapisnik koji prihvaćaju izvođač radova i nadzorni organ. Zapisnik se sastoji od sljedećih dijelova: A) Podaci Podaci o kanalskom vodu (lokacija, osnovne karakteristike, način izvedbe, itd.); Podaci o kanalskim cijevima (proizvođač, vrsta materijala, veličine, spojevi, itd.); Podaci o betonu (ako je kanal betonski); Podaci o revizijskom oknu (izvedba, materijal, spojevi, itd.); Podaci za ispitivanje vodonepropusnosti (kote ispitne dionice, tlak, dopuštene količine, itd.). B) Ispitivanje vodonepropusnosti Punjenje vodom (vrijeme, trajanje, itd.); Ispitivanje (vrijeme, količine dodane vode, itd.); Zapažanje tijekom ispitivanja (tlakomjer, kanal, spojevi, revizijsko okno, itd.). C) Nalaz Slika 4.21 prikazuje postupak kontrole vodonepropusnosti kolektora. Ovaj postupak je u biti isti kao kod ispitivanja tlačnih cjevovoda.

1 – ručna tlačna crpka 2 – standardni slijepi naglavak

3 – standardni drugi kraj cijevi 4 – tlakomjer

Slika 4.21: Ispitivanje vodonepropusnosti cijevi mokrim postupkom 154


Kanal se smatra ispravnim na vodonepropusnost ako su spojevi vodonepropusni, a količina dodane vode ne prekorači dopuštene vrijednosti. Revizijsko okno koje se ispituje smatra se ispravnim ako su dno i stijene vodonepropusne, a sniženje razine vode ne prekoračuje dopuštene vrijednosti. Ako kanali ne zadovoljavaju ove kriterije, ispitivanje se prekida i smatra se da je kanal neispravan, stoga ga je potrebno popraviti i ponovo ispitati. Veliki se profili ne mogu provjeravati na ovakav način, jer bi potrošnja vode bila prevelika. Vrlo je teško i skupo zatvarati velike profile radi punjenja vodom. Zato se provjera obavlja vizualno i tehničkim pomagalima za otkrivanje pukotina, kao i odgovarajućom kontrolom kod izgradnje, te pojedinačnim ispitivanjem spojeva cijevi. 4.3.2

Ispitivanje pojedinačnih spojeva

Ako nije drugačije određeno, ispitivanje pojedinačnih spojeva može zamijeniti ispitivanje cijelog cjevovoda. To se prakticira kod većih cjevovoda, gdje ispitivanje cijelog cjevovoda postaje otežano zbog velikog volumena potrebne vode. Primjenjuje se obično za profile od DN 1.000 i veće. U ovom slučaju, mokrim postupkom se ispituje pojedinačno svaki spoj. Kao mjerodavna površina za ispitivanje uzima se odsječak cijevi duljine 1 m na spoju, ako nije drugačije propisano. Zahtjevi ispitivanja moraju se ispuniti s ispitnim tlakom od 50 kPa na tjemenu cijevi. Ispitivanje pojedinačnih spojeva može se obaviti i zrakom (suhim postupkom). 4.3.3

Ispitivanje zrakom (postupak Z)

Osim opisanog, takozvanog “mokrog postupka” (V) kontrole vodonepropusnosti izvedenih kolektora, u praksi se koristi i takozvani “suhi postupak” (Z). Ovaj postupak, za razliku od mokroga, za ispitivanje koristi zrak, a ne vodu. Koriste se dva postupka ispitivanja u odnosu na tlak: a) tlačni; b) vakuum, u kojem se vodonepropusnost provjerava stvaranjem podtlaka od 0,5 bara. Oba ova postupka koriste se u europskim zemljama i jednako su dobra. Za ovakvo ispitivanje vodonepropusnosti kolektora koristi se oprema koju prikazuje Slika 4.22.

1 – zračni jastuci za zatvaranje 2 – mjerni sustav

3 – vakuumska crpka 4 – tlakomjer

Slika 4.22: Ispitivanje vodonepropusnosti kolektora podtlakom 155


Prednosti ovog postupka su sljedeće: 3 kratkoća trajanja (oko 3 sata za kolektor unutrašnjeg volumena 100 m ); nema problema s dobavom ili ispuštanjem vode (kao kod ispitivanja vodom); jednoliki tlak u cijeloj dionici koja se ispituje; nema potrebe za namakanjem kanalskog materijala; nema opasnosti u slučaju havarije kao kod tlačnog ispitivanja; postupak je čist i rad je u suhom. Zbog svega toga, ovaj se postupak preporučuje za korištenje gdje god je to moguće. Ispitivanje zrakom je složenije i teže, i uglavnom se ne prakticira za revizijska okna. Ovaj postupak zahtijeva odgovarajuću opremu i posebne mjere sigurnosti radnika. Tablica 4.2 prikazuje vrijeme ispitivanja za različite vrijednosti promjera cijevi i postupke ispitivanja (ZA, ZB, ZC, ZD). Postupak ispitivanja treba odrediti naručitelj. Tablica 4.2: Ispitni tlak, pad tlaka i ispitno vrijeme za ispitivanje zrakom /45/ Materijal Postupak ispitivanja Suhe betonske cijevi

ZA ZB ZC ZD

Kp – vrijednost **) Natopljene ZA betonske cijevi i svi ZB drugi materijali ZC ZD

p0 *) ∆p mbar (kPa) 10 2,5 (1) (0,25) 50 10 (5) (1) 100 15 (10) (1,5) 200 15 (20) (1,5)

Vrijeme ispitivanja (min) DN DN DN DN 300 400 600 800

DN 100

DN 200

5

5

5

7

11

14

18

4

4

4

6

8

11

14

3

3

3

4

6

8

10

1,5

1,5

1,5

2

3

4

5

0,058 0,058 0,053 0,040 0,0267 0,020 10 (1) 50 (5) 100 (10) 200 (20)

Kp – vrijednost **) *) Tlak iznad atmosferskog **) t = 1 ⋅ ln p0 Kp p0 − ∆p

2,5 (0,25) 10 (1) 15 (1,5) 15 (1,5)

DN 1.000

0,016

5

5

7

10

14

19

24

4

4

6

7

11

15

19

3

3

4

5

8

11

14

1,5

1,5

2

2,5

4

5

7

0,020

0,015

0,012

0,058 0,058 0,040 0,030

Za suhe betonske cijevi, Kp = 16/DN s najvećom vrijednošću 0,058.Za natopljene betonske cijevi i sve ostale materijale, Kp = 12/DN s najvećom vrijednošću 0,058. Za t ≤ 5 min, vrijednost se zaokružuje na najbližih 0,5 minuta, a za t > 5 min zaokružuje se na najbližu minutu.

Početni tlak (otprilike 10% veći od zahtijevanog ispitnog tlaka p0), mora se održavati oko 5 minuta. Nakon toga se tlak mora postaviti na ispitni tlak prikazan u tablici za 156


odabranu metodu. Ako je izmjereni pad tlaka manji od ∆p prikazanog u tablici, cjevovod zadovoljava. Oprema koja se koristi za mjerenje mora imati preciznost od 10% od ∆p. Točnost mjerenja vremena mora biti 5 sekundi. 4.3.4

Ispitivanje tlačnih cjevovoda

Ispitivanje tlačnih cjevovoda obavlja se u skladu s HRN EN 805. 4.3.5

Ispitivači

Tvrtka koja obavlja ispitivanje mora biti registrirana za takove aktivnosti. Registracija podrazumijeva posjedovanje odgovarajuće opreme i kadrova. Kada se vrjednuje osposobljenost ispitivača, treba se uzeti u obzir sljedeće: iskustvo i obučenost kadrova za izvođenje radova; izvođač treba imati odgovarajuću osposobljenost za predviđene radove; naručitelj mora imati garanciju o odgovarajućoj osposobljenosti izvođača.

157


158

5.

Opremanje kanalizacijske mreže

Uvod Da bi se uspostavio pogonski režim odvodnje otpadnih i oborinskih voda, na kanalizacijskoj mreži potrebno je izgraditi odgovarajuće građevinske objekte. Glavni objekti koji se grade na kanalskoj mreži jesu: revizijska okna, okna za prekid pada, okna za ispiranje kanalizacije, vodolovno grlo, kišne rešetke, objekti za spajanje i razdvajanje kanala, ispusti, itd. To su pretežno razmjerno mali građevinski objekti, ali je njihov broj u kanalizacijskom sustavu izrazito velik (na primjer, revizijska okna, slivnici, itd.). Uglavnom su to tipski objekti koji se grade u pojedinim kanalizacijskim sustavima u skladu sa standardima i zahtjevima poduzeća koja se bave izgradnjom i održavanjem kanalizacijskog sustava. Međutim, dio građevinskih objekata mogu biti velike i značajne građevinske konstrukcije (na primjer, velike kaskade, spojevi velikih kanala, itd.).

5.1

Revizijska okna

Revizijska okna su građevine kojima se omogućuje pristup kanalima, a to je neophodno za održavanje kanalizacije, pregled kanala, čišćenje, popravke, tj. reviziju mreže. Okna služe i za ventilaciju i aeraciju kanalske mreže. Nadalje, revizijska okna omogućavaju tehnički ispravno spajanje kanala, njihovo skretanje, promjenu pada i profila (jer se u kanalizaciji uglavnom ne koriste fazonski komadi, osim dijelom u kanalizaciji oborinskih voda). U biti, revizijska okna zamjenjuju fazonske komade. Revizijska okna se u pravilu postavljaju: na početku pojedinih kanala (Slika 5.1.a); na mjestima promjene profila kanala (Slika 5.1.b); kod promjene uzdužnog pada kanala (Slika 5.1.c); na mjestima skretanja kanala (Slika 5.1.d); na mjestima priključaka kanala (Slika 5.1.e); na kanalima koji su u pravcu, a zbog revizije i održavanja (Slika 5.1.f). Slika 5.1 prikazuje raspored revizijskih okana na kanalskoj mreži. 159


Slika 5.1: Raspored revizijskih okana na mreži

Osnovno pravilo projektiranja kanalizacije je da se kanalizacija između dva revizijska okna vodi u pravcu i s istim karakteristikama kanala.

Prema tome, kanal između dva revizijska okna mora biti u pravcu, ne smije mijenjati dimenzije, a na njega na tom dijelu ne smiju biti priključeni sekundarni kanali. Iznimno, da bi se smanjio broj revizijskih okana, na kanale se mogu izravno spojiti kućni priključci i priključci slivnika, ali na način kojim ne ugrožava kontinuitet protoka, odnosno tako da ne stvaraju uspore u kanalima. U tom slučaju priključci su u tjemenu kanala. Početna revizijska okna u pravilu služe za kućne priključke. Radi poboljšanog otjecanja, poželjno je na početno okno priključiti više korisnika kanalizacije. Kanal (sakupljač) koji se nalazi u pravcu, ne mijenja dimenzije i nema priključaka, također treba imati odgovarajuća revizijska okna ukoliko je duljina ovakvog kolektora veća od Lo (maksimalne duljine koja proizlazi iz uvjeta održavanja). Ključni faktor koji na to utječe jesu dimenzije kanala, odnosno dostupnost reviziji svih njegovih dijelova. Kod kanala koji se nalaze u pravcu, ovisno o dimenzijama revizijska okna treba predvidjeti na maksimalnom razmaku od: za ∅ 250 – ∅ 600 mm lmax = 50 m; za ∅ 700 – ∅ 1.400 mm lmax = 75 m; za ∅ 1.400 mm ili veći lmax = 100 m. Ovi podaci logično slijede iz uvjeta održavanja. U pravilu, razmak okana nije veći od 100 m. Iznimno, ako to dopuštaju lokalni uvjeti održavanja i sigurnosti, razmak može biti i do 200 m, čime se postižu uštede u građenju. Općenito, znatno je teže održavanje kanalizacije kod manjih profila (kod neprohodnih kanala), a lakše kod prohodnih kanala. Budući da je osnovni zadatak revizijskih okana omogućiti djelotvorno održavanje kanalizacije, upravo su ovi momenti uvjetovali maksimalni razmak okana. Prema tome, razmak između okana ovisi o dimenziji kanala. Zbog njihovog velikog broja u kanalizacijskoj mreži, revizijska okna značajno sudjeluju u ukupnim troškovima izgradnje. Zbog toga se broj okana treba racionalizirati, ne ugrožavajući pri tom funkcioniranje sustava. Okna su mjesta na kojima se događa i značajna infiltracija-dotjecanje tuđih voda, pa se zbog toga moraju kvalitetno izvoditi.

160

5. Opremanje kanalizacijske mreže

Drugo pravilo projektiranja kanalizacije je da se sva spajanja kanala u oknu moraju izvesti tangencijalno. Spajanja i promjene koje se provode moraju biti takvi da ne stvaraju uspore u mreži (Slika 5.2).

Zbog toga se kanali visinski spajaju u razini vodnog lica ili tako da je nizvodna razina vode niža od uzvodne. Zbog praktičnosti se to rješava tako da se kanali visinski spajaju tako da su im tjemena cijevi na istoj visini ili da su kod nizvodnih niža (Slika 5.3). Slika 5.4 prikazuje osnovne dijelove revizijskog okna.

Slika 5.2: Način spajanja kanala u revizijskom oknu /68/

Slika 5.3: Visinski položaj kanala u revizijskom oknu

1 – dno okna 2 – radna komora 3 – silazni prostor (vrat ili grlo okna) 4 – ulazni otvor s poklopcem Slika 5.4: Osnovni dijelovi revizijskog okna

Na dnu okna u pravilu formira se kineta za protjecanje vode u predviđenom smjeru. Kineta ima zadatak omogućiti tečenje vode kroz okno i omogućiti provođenje izmjena koje se na odvijaju lokaciji okna (spajanje, grananje i slično). Visina kinete se obično uzima s 2/3 promjera kanala, s tim da se bokovi kineta prema stijenki okna izvedu u odgovarajućem nagibu (1:3 – 1:5) do pune visine profila. Nagib ni u kojem slučaju ne bi trebao biti veći od 1:20. Kod malih profila (DN ≤ 500), visina kinete je u razini tjeme161


na cijevi. U slučaju bržih tokova vode (v > 2,5 m/s) kod kineta u krivini, a zbog sprječavanja otjecanja izvan kinete, bočne se strane mogu jednostrano ili obostrano podignuti (Slika 5.5). Kod većih kanala, visina bankine treba biti iznad razine vode dvostrukog sušnog protoka, odnosno najmanje 500 mm od dna. U slučaju da je visina veća, potrebno je predvidjeti stepenište za silazak do dna kinete. Minimalna širina bankine je 200 mm, a u slučaju cjevovoda većih od DN 600 najmanje 300 mm, i to s obje strane. Duljina bankine (stupište) mora biti najmanje 60 cm.

30

60

a)

b)

c)

Slika 5.5: Izgled kinete

Radna komora revizijskog okna služi za sve potrebne postupke radnika kod održavanja i čišćenja kanalizacije. Zbog toga ova komora treba imati visinu koja omogućava nesmetano obavljanje svih radova (obično 2 m). Dimenzije poprečnog presjeka radne komore proizlaze iz radnih uvjeta s jedne strane, a s druge su strane funkcija dimenzija priključnih kolektora. Kao minimalna tlocrtna dimenzija radne komore kod revizijskih okana u kojima se nalaze kanali do ∅ 600 mm, uzima se DN/ID 1,0 m, a kod pravokutnog oblika 1,0 x1,0 m. Manje dimenzije dozvoljavaju se u slučaju okana u koja neće ulaziti ljudi već se koriste za spuštanje opreme u kanale. Ulazno okno treba biti takvih dimenzija koje će omogućiti silazak radnika u radnu komoru revizijskog okna. Obično se primjenjuje d = 60 cm (odnosno 60 x 60 cm kod pravokutnog presjeka). Kod dubljih okana, tj. duljih ulaznih okana (preko 1,0 m), otvor mora biti ∅ 80 cm (odnosno 80 x 80 cm kod pravokutnog presjeka). Na gornjem ulaznom dijelu revizijskog okna nalazi se lijevanoželjezni poklopac koji može biti lake ili teške izvedbe. Teška izvedba primjenjuje se na prometnim površinama, i mora podnijeti pritisak vozila od 40 MP. Poklopci mogu imati otvore za ventilaciju. Ako otvori nisu dozvoljeni, treba na prikladnom mjestu predvidjeti posebnu cijev za aeraciju, eventualno sa filtrom na završetku. Ukoliko se svježi zrak želi upuštati u okno i kanalizacijsku mrežu, cjevovod mora dosezati do dna okna. Na osjetljivim mjestima u gradu poklopci moraju biti potpuno zatvoreni i ne smije se osjetiti smrad iz kanalizacije. Da bi se ovo postiglo, ugrađuju se odgovarajuće brtve ili uljni žljebovi. U svakom slučaju, kanalizacija se negdje i nekako mora ventilirati. 162


Okvir 5.1: Dimenzije okana prema HRN EN 476:1997

a)

b)

c)

U slučaju okana koja su dublja od 5 m, potrebno je predvidjeti podest na polovini visine. Otvor podesta treba prekriti pomičnim sigurnosnim poklopcem. Osim opisanih dijelova, u revizijskom se oknu postavljaju penjalice za silazak u okno, a u slučaju dubljih okana (preko 3 m) mora se pored penjalica postaviti zaštitna ograda. Penjalice moraju imati odgovarajuću nosivost i veličinu (najmanje 160 x 160 mm za jednu nogu). Svi željezni materijali koji se postavljaju u revizijska okna moraju imati kakvoću koja im jamči duži vijek trajanja i u izrazito agresivnim sredinama u kakvima je revizijsko okno kanalizacije. Tlocrtno rješenje okna ovisi o funkcijama okna, a to su: spajanje, promjena pada, promjena profila, promjena smjera kanala i drugo. Slika 5.6 prikazuje tri tipa tlocrtnog rješenja revizijskog okna u odnosu na smjerove kanala: a) okno u pravcu; b) okno na skretanju kanala; c) okno na priključenju kanala. U slučaju b, polumjer uz koji se formira kineta na dnu okna u pravilu ne bi trebao biti manji od R = 3 D (D – promjer kanala), a maksimalno skretanje koje se primjenjuje u kanalizaciji ne smije biti veće od 90 stupnjeva.

Slika 5.6: Tlocrtni oblici kinete 163


Kod kanala većih od DN 1.200, radijus zakrivljenosti treba biti R ≥ 15 m, a samo iznimno R ≥ 12 m. Prema obliku poprečnog presjeka, revizijska okna dijelimo na: revizijska okna s kružnim poprečnim presjekom; revizijska okna s pravokutnim presjekom; revizijska okna s trapeznim poprečnim presjekom (kod velikih profila kanala).

Koji će se oblik primijeniti ovisi o vrsti materijala okna, kao i o praksi i tipizaciji koju određena komunalna organizacija provodi na svom području. S obzirom na način izvedbe revizijskih okana, moguća je sljedeća podjela: izvedba na licu mjesta u obliku monolitne konstrukcije; izvedba od gotovih elemenata (montažna okna); kombinirana izvedba (polumontažna okna).

Izvedba na licu mjesta može biti od sljedećih materijala: betona i armiranog betona; opeke; kamenog materijala; betonskih blokova.

Slika 5.7: Monolitno armiranobetonsko okno 164


Kod ove vrste izvedbe revizijskih okana danas se uglavnom primjenjuju betonska i armiranobetonska okna, dok su se ostali materijali više koristili u prošlosti. Na dnu okna izvodi se kineta od mršavog betona, sa žbukom od cementnog morta. Za silazak u okno služe penjalice, koje se ugrađuju u zid okna, obično na 30 cm razmaka. Ove penjalice mogu biti tipske od lijevanog željeza. Okna se izvode od betona C25/30, po mogućnosti u glatkoj oplati i s dodatkom tvari za vodonepropusnost. U slučaju drugačije izvedbe (zidane ili lošije oplate), okna se žbukaju cementnim mortom u dva sloja. S obzirom na materijal izvedbe, montažna revizijska okna mogu biti: od azbest-cementa; armiranobetonska; od sintetičkih materijala (poliester, polietilen, itd.). Kao montažna konstrukcija često se primjenjuju betonski ili armiranobetonski prstenovi promjera od 1 m do najviše 1,5 m visine (ovisno o proizvođaču i u rasponu 0,8 – 1,8 m), s vezovima na kosi sudar. Na dnu građevne jame (okna) ugrađuju se slojevi za stabilizaciju i nosivost konstrukcije objekta, i to kamena podloga i/ili podložni slojevi od mršavog betona, a zatim nosiva podloga na koju se nastavljaju prstenovi okna, odnosno radne komore. Krajnji završetak, tj. prijelaz od radne komore prema ulaznom otvoru, konačno se sužuje prema dimenzijama ulaznog poklopca i u montažnom sustavu je zasebna jedinica. Prednost ovih okana je velika brzina ugradnje. Problem su velika težina i transportni troškovi, naročito ako je gradilište udaljeno od proizvođača. Ovakva se okna ne smiju ugrađivati u slučaju visokih podzemnih voda zbog mogućnosti propuštanja spojeva montažnih elemenata. Zbog toga montažna reška najdonjeg prstena treba biti minimalno 250 mm iznad tjemena najvećeg cjevovoda. Danas se za revizijska okna primjenjuju gotovi proizvodi od sintetičkih materijala, cijevi i prstenova ili gotovih kompletnih cjelina zajedno sa penjalicama i kinetama. Ovakav tip montažnog okna prikazuje Slika 5.9.

Slika 5.8: Montažno armiranobetonsko okno 165


b) Tvrdi polietilen

a) Poliester

c) Tvrdi polietilen Slika 5.9: Montažna okna iz sintetičkih materijala

Primjena ovih okana posebno je prikladna u slučajevima kad je kanalizacija izgrađena od cijevi istog materijala i proizvođača. Ovaj tip okna sprječava svaku mogućnost infiltracije vode iz podzemlja, jer se spajanje s kanalima izvodi odgovarajućim fleksibilnim spojnicama. Okna od sintetičkih materijala novijeg su datuma i sve se više koriste, a posebno u situacijama kao što su visoke podzemne vode, agresivne vode i slično. Naročito su korisna u priobalnim kanalima koji se nalaze ispod razine mora, a čije se otpadne vode u pravilu prepumpavaju (visoki troškovi pogona). Ugradnja ovakvih okana i cijevi jamči vodonepropusnost ovih dionica. Poseban je problem izvedba revizijskih okana na velikim kolektorima (∅ > 600 mm). U ovim slučajevima okna postaju glomazna i skupa. Izvode se isključivo monolitno od armiranog betona ili sintetičkih materijala (poliester, HDPE), a oblikom se prilagođavaju konkretnoj lokalnoj situaciji. Pri tom je izuzetno važno poštovati zahtjeve u odnosu na 166


minimalno potrebne dimenzije pojedinih dijelova revizijskih okana. Potrebno je napomenuti da se kod velikih kanala treba izbjegavati postavljanje revizijskog okna izravno na vodenu površinu kanala, kako bi se izbjegla mogućnost pada radnika i materijala u kanal i odnošenje strujom vode. Neke moguće izvedbe prikazuje Slika 5.10.

a) Armiranobetonsko okno kod male dubine polaganja (manje od 1,8 m)

b) Armiranobetonsko okno kod većih dubina polaganja (veće od 1,8 m) 167


c) Okno od poliestera

d) Okno od tvrdog polietilena

Slika 5.10: Revizijska okna na velikim kolektorima

Posebni problem su duboka okna (Slika 5.11, Slika 5.12) koja se postavljaju na duboko položenim kanalima. Ova okna moraju imati tražene minimalne dimenzije a zbog velike visine uglavnom se dijele na više dijelova sve kako bi silazak u okna bio sigurniji i kako bi se povećala nosivost okana. Uglavnom se rade kao monolitne armiranobetonske konstrukcije.

a) Mali kanali Slika 5.11: Izvedba dubokih okana

168

b) Veliki kanali


Slika 5.12: Rješenje dubokih revizijskih okana

Najosjetljivija mjesta za propuštanje kanala su spojevi okana s cijevima (kanalima). Zbog nejednolikog slijeganja terena između okana i cijevi, te izravnog utjecaja prometnih sredstava na samo okno, dolazi do učestalih promjena tlaka i vibracija, zbog čega može doći do pucanja spoja. Da bi se to izbjeglo, na ovim je mjestima potrebno postaviti spojnice koje omogućavaju manja vertikalna pomicanja, a ako se očekuju veće promjene onda i jedan F-komad izrađen od istih cijevi, koji se ponaša kao zglob. Duljina komada ovisi o veličini cijevi i dozvoljenoj deformaciji cijevi u spoju (veća cijev – dulji komad). Kod manjih cijevi (do DN/ID 300 mm), uglavnom je dovoljna duljina od 0,5 – 1,0 m.

a) Azbestno-cementne cijevi

b) Betonske cijevi

c) PVC cijevi

Slika 5.13: Izvedba spoja cijevi i revizijskog okna /63/

Posebni tip revizijskog okna je prekidno (priključno) okno tlačnog cjevovoda (Slika 5.14). Okno mora imati dovoljno prostora za montažu i održavanje spojnih komada, te reviziju stanja. S obzirom na to da se u ovom oknu javlja i intenzivnije izdvajanje plinova, nužno je predvidjeti odgovarajuću ventilaciju. Okna mogu imati i odgovarajuću bučnicu za mirni prijelaz protoka.

Slika 5.14: Prekidno okno tlačnog cjevovoda 169


Okna za kućne priključke (Slika 5.15) uglavnom imaju značajnu visinsku razliku nivelete kućnih priključaka (položenih plitko) i javne kanalizacije (položene dublje). Zbog toga se priključak izvodi neizravno, vertikalnim cijevima.

a) Presjek

b) Tlocrt

Slika 5.15: Revizijsko okno s većim brojem priključaka

5.2 5.2.1

Okna za prekid pada Osnovne karakteristike i izvedba

Osnovni zadatak okna za prekid pada jest formiranje granično dopuštenih uzdužnih padova kanala i omogućavanje sigurnoga svladavanja prekida pada. Ta se uloga ostvaruje ograničavanjem brzine toka vode, a time uništenja energije toka vode u kanalima na vrijednost koja je tehnički prihvatljiva. Objekt se treba projektirati tako da uništi energiju toka vode, a da istovremeno spriječi uvlačenje zraka u struju vode. Oblik i karakteristike okna za prekid pada ovise o profilu (protoku) i visini vertikalnog prekida pada. Iz veličine i karakteristika protoka slijedi potreban profil cijevi, a time i okna, te brzina vode koja dolazi na prekidno okno, a time i karakteristike mlaza vode na izlazu iz uzvodnog kanala. Visinska razlika između dolaznog i otjecajnog kolektora određuje visinu i udaljenost na koju će mlaz vode pasti, a time i veličinu njegove energije koja se povećava slobodnim padom. Budući da su u kanalizaciji često velike i količine i padovi, okna za prekid pada postaju veliki i skupi objekti na kanalizacijskoj mreži. Poseban je problem izgradnja okana za prekid pada u nizu, kao što to prikazuje Slika 5.16.a. Ukoliko se u ovakvim situacijama ne izvede umirenje toka vode, na svakom će prekidu pada doći do ubrzanja vode zbog vertikalnog pada vode, a time do brzina koje nisu dopuštene u kolektorima. Zbog toga okna za prekid pada u ovakvim slučajevima moraju jamčiti umirenje toka vode, kako bi na nizvodnoj dionici tok vode bio jednolik, u skladu s padom kanala (Slika 5.16.b, crta 2).

170


a) Niz vertikalnih prekida

b) Energetska linija

Slika 5.16: Karakteristike vertikalnih padova kanala

Kod manjih profila (do ∅ 300 mm), i malih visinskih razlika (do 0,5 m), prekid se ostvaruje u standardnom revizijskom oknu (Slika 5.17).

Slika 5.17: Prekidno okno za manje profile i prekide /68/

U slučaju malih profila (obično DN 200 mm do DN 500 mm, a iznimno do DN 800 mm), ali većih visinskih razlika (obično do 1,5 m, ali i za veće visine), izrađuje se obilazni kanal kojim voda otječe u razdobljima manjeg protoka. U razdobljima većih protoka voda teče kroz oba dovoda, pri čemu voda koja otječe obilaznim kanalom na dno okna ublažava izravne udare na konstrukciju okna mlaza one vode koja pada na dno okna (Slika 5.18). Obilazni vod može biti unutrašnji (Slika 5.18.a) ili vanjski (Slika 5.18.b). Unutrašnja izvedba je povoljnija jer je cjevovod dostupniji za potrebe revizije i održavanja. Svrha obilaznog voda jest i da osigura neometanu reviziju kanala u razdobljima manjih protoka. Kada ne bi bilo obilaznog voda, voda bi se slijevala na radnika u oknu. Obilazni kanal uvijek mora prvi manji profil od profila dovodnog kanala, i nikad manji od DN 200. Kapacitet obilaznog voda mora biti veći ili jednak od 2 Qsušno. Ukoliko je kut skretanja 90º, skretanje je povoljnije izvesti pomoću dva luka od po 45º nego jednim od 90º. Za visinu ulaznog voda veću od 1,2 m treba predvidjeti podest (prostor za stajanje) radi lakše revizije i čišćenja.

171


2 x 450 2 x 450

a) Unutrašnji obilazni vod

b) Vanjski obilazni vod

Slika 5.18: Prekidno okno s obilaznim vodom

Najveća prednost prekidnog okna s obilaznim vodom je u tome što, zbog toga što je okno razmjerno malo, značajno pojeftinjuje gradnju Kod većih profila (količina), vodni mlaz ima znatno veću snagu i ne može se izravno ispuštati u okno. U ovim slučajevima potrebno graditi je objekte za uništenje sile toka vode i potpuno slapište s bučnicom. Kod manjih visinskih razlika (do 0,5 m) i srednjih profila (∅ 500 – 800 mm) prekid se može izvršiti izravno, ali se u okno mora ugraditi pregrada za uništenje vodnog mlaza. Na dnu okna poželjno je imati bučnicu (vodeni jastuk) minimalne dubine 30 cm (Slika 5.19). Bučnica se projektira tako da se može prazniti automatski. Ova okna moraju imati odgovarajući ventilacijski otvor na vrhu. Ovaj tip prekidnog okna uglavnom se koristi u kanalizaciji koja nema stalni protok (oborinska kanalizacija i preljevni kanali iz mješovite kanalizacije). Veći profili (veći od DN 800) i veći prekidi visine zahtijevaju izvedbu potpunog slapišta s bučnicom .

Slika 5.19: Prekidna okna s prigušenjem toka /88/ 172


Cilj projektiranja slapišta jest da se ne pojavi podtlak i kavitacija kod protoka 2 Qsušno. To često nije lako postići zbog karaktera otpadnih voda i velike i česte promjene protoka. Najčešća krivulja slapišta je parabola. Veća je slapišta neophodno uvijek ispitati na fizikalnom modelu. Izvedba ovih objekata je skupa, a često zbog velikih opterećenja zahtijeva ugradnju posebnog betona (granitni agregat). Okna za prekid pada moraju uvijek imati i revizijsko okno, u skladu s njegovom funkcijom. Ukoliko nije moguće u istom oknu osigurati i naznačene funkcije revizijskog okna, tada se uz prekidno okno gradi i revizijsko kao zajednička konstrukcija. Kod većih profila treba osigurati mogućnost revizije u svim uvjetima tečenja. Ovaj zahtjev uvjetuje složeniju izvedbu okna i poskupljuje radove. Postoji cijeli niz izvedaba prekidnih okana koje su prilagođene lokalnoj praksi i uvjetima, a svima im je zajednički cilj visinska dislokacija vode na siguran i tehnički ispravan način.

Slika 5.20: Primjeri rješenja prekidnog okna /54/

Poseban su problem prekidna okna kod velikih varijacija protoka, kao što je to u slučaju mješovite kanalizacije. U takvim situacijama konstruiraju se odvodi za sušni protok i manji protok (stalni protok), i odvodi za kišni protok (povremeni protok). 5.2.2

Kaskade sa spiralnim tokom vode

Uzvodno od kaskade protok uglavnom ima značajnu potencijalnu energiju zbog visinske razlike na kaskadi. Ovu energiju treba savladati, kako ne bi utjecala na konstrukciju i na nizvodni tok vode. Mjesto vertikalnog pada vode je mjesto značajnije reaeracije vode, kao i mjesto na kojem se zbog turbulencije iz vode intenzivnije izdvajaju štetni plinovi, posebno sumporovodik. Reaeracija i otapanje kisika u vodi su povoljni procesi, ali izdvajanje sumporovodika i drugih agresivnih i smrdljivih plinova je nepovoljno, posebno ako se ovo izdvajanje ne kontrolira ili ne eliminira. Jedan od učinkovitijih rješenja eliminacije štetnih plinova je primjena kaskade sa spiralnim tokom vode (spiralne kaskade). Spiralna kaskada ujedno ima funkciju klasične kaskade, a to je svladavanje vertikalnog pada vode. Koristi se za velike vertikalne prekide veće i od 10 m. Ovo 173


rješenje je vrlo prikladno i u svim slučajevima kada je raspoloživi prostor premali za građenje drugih tipova prekidnih okana.

5.3

Objekti za spajanje i skretanje kanala

Spajanje i skretanje kanala do profila ∅ 600 mm izvodi se unutar revizijskih okana odgovarajućim oblikovanjem kinete (dna okna), kao što je već bilo govora u poglavlju o revizijskim oknima (Slika 5.21.a). Svi profili veći od ∅ 600 mm spajaju se ili mijenjaju smjer izvedbom monolitnih objekata za spajanje i skretanje kanala (Slika 5.21.b i Slika 5.22).

a) Kanali manji od ∅ 600 mm

b) Kanali veći od ∅ 600 mm

Slika 5.21: Skretanje kanala unutar revizijskog okna /14/

Osnovna pravila kod rješavanja spoja više kanala su sljedeća: spoj se mora izvesti tangencijalno; spoj se mora izvesti u razini vodnog lica; spoj uvijek mora biti pod kutom manjim od 90º; minimalni polumjer zakrivljenja spojnih kanala mora biti R = 5D (gdje je D promjer kanala), a za kanale ≥ DN 1.200, R ≥ 12 m. Spajanje mora biti takvo da se neće pojaviti uspor u uzvodnim kanalima. To znači da brzina izlaznog kanala mora biti jednaka ili veća od najveće brzine u kanalima koji se spajaju. Ako se to ne može postići, tada se radi visinska dislokacija koja osigurava da voda u nizvodnom kanalu ne utječe na tečenje u uzvodnim kanalima.

174


Slika 5.22: Spajanje većih kanala unutar betonskog okna /14/

Objekti se izvode monolitno od armiranog betona. Unutar objekta, dno se oblikuje tako da se postigne traženo usmjeravanje vode. Na objektu se moraju postaviti revizijska okna kojima se može izvršiti revizija objekta i kanala (Slika 5.23).

Slika 5.23: Spajanje većih kanala posebnom betonskom konstrukcijom /68/

175


5.4

Objekti za sakupljanje površinskih voda s prometnica i drugih površina

Zadatak objekata za sakupljanje oborinskih voda je višeznačan: spriječiti izlijevanje i stvaranje vodene površine na pješačkim površinama, radi odvijanja normalnog pješačkog prometa; spriječiti stvaranje sloja vode na prometnim površinama, radi odvijanja sigurnog prometa; sakupiti oborinsku vodu s gradskih površina, i tako spriječiti plavljenje gradskih objekata i prostora. Osim što imaju ulogu sakupiti projektirane količine oborinskih voda, ovi objekti imaju zadatak i spriječiti preveliko dotjecanje vode u kolektore oborinskih voda, kako ne bi došlo do njihova zagušenja. Oborinska voda koja pada na teren djelomično ispari, djelomično se infiltrira u tlo, a ostatak teče u pravcu objekata za sakupljanje površinskih voda kojima se oborinske vode dovode do objekata (slivnika), pomoću kojih se upuštaju u kanalizacijske kolektore. Objekti za sakupljanje oborinskih voda i njihovo odvođenje s gradskih prostora i prometnica su uglavnom rigoli uz prometnice, te manji trapezni i kanali drugih oblika koji se postavljaju na pješačkim i drugim površinama. Sakupljena voda u kanalima i rigolima se posredstvom slivnika upušta u kolektore. Spajanje sa kolektorima izvodi se izravno ili neizravno pomoću manjih bazena. Izravan priključak radi se kad je oborinska voda čista, bez pijeska i sličnih suspenzija koje mogu izazvati taloženje u kolektorima. Ukoliko se želi spriječiti unošenje krupnih suspenzija u kolektore, unutar ovih objekata (slivnika) rade se manje retencije (taložnici) za sakupljanje suspenzija. Najosjetljiviji dio ovih objekata je ulaz, koji mora biti takav da omogući nesmetano upuštanje oborinskih voda u kolektore, kao i zaštitu kolektora od nečistoća s ulice (papir, krpe, lišće i slični veći otpaci). Budući da se radi o velikom broju ovih objekata u urbanim sredinama, potrebno ih je oblikovati i postavljati tako da se uklapaju u urbana i estetska rješenja okoliša, i tako da ne utječu na promet i pješake. Osnovni dijelovi objekata za sakupljanje površinskih voda su: ulazni dio; tijelo; taložnik; priključak na kanalizaciju.

Ulazni dio služi za prihvat površinskih voda, a to se postiže postavljanjem rešetki na rubovima prometnice (rigolu), ostavljanjem bočnih otvora u rubnjaku ili kombinacijom rešetki i bočnih otvora. U skladu s ovim, slivnike dijelimo na tri osnovne grupe: 1. slivnik s rešetkom; 2. bočni slivnik; 3. kombinacija bočnog slivnika i rešetke.

176


a) Slivnik sa sifonom i taložnikom b) Slivnik s izravnim spojem c) Slivnik s taložnikom Slika 5.24: Osnovne izvedbe spoja slivnika s kanalizacijskim kolektorom

Kišne rešetke najčešće su kvadratne, presjeka 40 x 40 cm, dok veličina otvora ovisi o konkretnom slučaju i lokalnim uvjetima. Rešetke se moraju postavljati u svim slučajevima kad se očekuju znatne količine plutajućih nečistoća (papira, lišća i slično). Ako se radi o razmjerno čistijim vodama, tada se koriste vodolovna grla čije dimenzije ne bi smjele biti manje od 20 x10 cm. Oblik i izgled ulaznog dijela ovise i o estetskom uređenju prostora (rubnjaka), kao i o čišćenju prometnica. Taložnik se nalazi na dnu objekta. Njegova dubina mora biti 1 m ispod odvodne cijevi. U nekim uvjetima taložnik se ne postavlja – na primjer, u slučajevima kad se očekuju vrlo male količine suspenzija (uzletišta i slično). Taložnik mora biti dostupan radi čišćenja koje se obavlja posebnim vozilima (cisternama). Priključak na kanalizaciju ima zadatak povezati vode iz okna s kanalizacijskim kolektorima. Minimalni profil priključka mora biti ∅ 100 mm. Priključak može biti direktan ili sifonski. Sifonski se priključak na mješovitoj kanalizaciji koristi za sprječavanje izlaza smrada iz kanalizacijskih kolektora, zbog čega se primjenjuje na mjestima gdje se ljudi duže zadržavaju (trgovi, trgovačka središta i slično). Međutim, da bi sifon ispravno funkcionirao u njemu uvijek mora biti vode, što znači da se u sušnom razdoblju ulice moraju prati (što se na trgovima i sličnim prostorima u pravilu i radi). U svim drugim slučajevima sifone treba izbjegavati jer sprječavaju aeraciju kanalizacijskih kolektora, a time i eliminiranje metana s jedne, te dovođenje kisika za razgradnju otpadnih tvari u otpadnim vodama s druge strane. Sifoni se teško održavaju i često začepljuju. Zbog toga oni uvijek moraju imati otvore za reviziju (Slika 5.26). Da bi se ovaj problem izbjegao, umjesto sifona se može ugraditi rešetka sa sifonom, koja ima istu funkciju kao i sifon (Slika 5.27). Tijelo objekta ima zadatak povezati sve njegove osnovne elemente i osigurati postojanost objekta kod svih površinskih opterećenja. Izvedba slivnika i izbor tipa kišne rešetke moraju se prilagoditi očekivanom prometnom opterećenju. U skladu s tim imamo: teški tip izvedbe, za nosivost do 25 Mp; 177


srednji tip izvedbe, za nosivost do 15 Mp; laki tip izvedbe, za nosivost do 5 Mp; posebne izvedbe.

Najčešće se izvodi od sintetičkih materijala ili betonskih cijevi, odnosno od betona izvedenog na licu mjesta. Poprečni presjek je uglavnom okrugli (∅ 45 – 50 cm), ili pravokutni (45 x 45 cm, 50 x 50 cm).

Slika 5.25: Tipičan izgled objekata za sakupljanje površinskih voda /93/

Slika 5.26: Tipovi slivnika s rešetkom i vodolovnim grlom /73/ 178


Slika 5.27: Rešetka sa sifonom

Pojedine posebne situacije zahtijevaju izvedbu posebnih objekata. U njihovu projektiranju uvijek se treba držati izloženih ograničenja i smjernica. U svim uvjetima gdje se površinske vode ne mogu sakupiti pojedinačnim objektom, postavljaju se linijski objekti: linijske rešetke, linijski prihvatni kanali (oborina) i slično. Ovi se objekti postavljaju okomito na smjer tečenja vode. Linijske rešetke mogu biti različitih dimenzija, u skladu s urbanističkim rješenjem područja, a često se izvode na poseban način (od kamena ili drugih materijala). Linijske (kontinuirane) rešetke imaju iste dijelove kao i standardni slivnik (taložnik, priključni cjevovod), s tim da je u ovom slučaju ulazni dio u obliku duljeg kanala širine 20 – 400 m, a duljine, ovisno o potrebama, 1 – 5 m U slučaju kad se odvodnjavaju velike površine (parkirališta, trgovi, zračne luke), grade se linijski hvatači oborinskih voda, u obliku neprekidnih vodolovnih grla, rešetki ili otvora. Ovakvi su tipovi neophodni jer zbog malih padova terena i nemogućnosti njegova profiliranja na točkasta mjesta sakupljanja (pojedinačna rešetka) ne postoji drugi način djelotvornog sakupljanja znatnih količina oborinske vode (Slika 5.28). Priključak linijskih sakupljača na gradske kanale obavlja se na isti način kao kod pojedinačnih objekata, što znači da se prije priključenja gradi taložnik, a ukoliko je potrebno i sifon. Postavljanje slivnika na raskrižjima je vrlo osjetljiv problem zbog toga što se raskrižja projektiraju bez pada tako da se sve oborinske vode moraju skupiti prije njihova slijevanja na prometne površine raskrižja. Da bi se oborinske vode na raskrižju skupile, njegova se površina mora posebno oblikovati, a slivnici se zbog ograničene mogućnosti sakupljanja uslijed malog pada moraju adekvatno dimenzionirati. Vrlo često se na području velikih raskrižja u njegovu rubnom traku postavljaju linijski sakupljači oborina (linijski slivnici tipa vodolovna grla ili rešetke).

1 – rešetke h, b – dimenzije omočenog dijela

2 – kanal

a) Izgled linijskih rešetaka 179


h, b – dimenzije omočenog dijela

b) Linijski rubni slivnici

c) Uobičajene dimenzije Slika 5.28: Neprekinuti linijski sakupljači oborinskih voda

Slika 5.29: Postavljanje rešetki na križanjima

Dimenzioniranje

Za dimenzioniranje slivnika ne postoje jednostavni praktični izrazi, kao ni teorijski pouzdan način kojim se ovi objekti mogu dimenzionirati. Stoga se slivnici dimenzioniraju u skladu s iskustvom, preporukama i eksperimentalnim rezultatima. Dimenzioniranje objekata za prihvat oborinskih voda ne provodi se pojedinačno, nego se ono sastoji u razmještaju objekata u skladu s njihovim pojedinačnim kapacitetom. Kapacitet objekta ovisi o veličini otvora na njemu, o karakteristikama toka vode koju mora prikupiti, o onečišćenju te vode i o kutu dotjecanja vode na objekt. 180


Naime, vrlo je teško utvrditi veličine protoka Q0 u rigolu za sve uvjete tečenja, odnosno za sve veličine oborina, te raspodjelu ovog protoka na rešetci i između pojedinih rešetaka. Razmatraju se tri protoka (Slika 5.30): q1 – protok koji nastavlja teći rigolom iza rešetke; q2 – protok koji kroz rešetku ulazi u kanalizaciju; q3 – protok koji obilazi rešetku. Q0 = q1 + q2 + q3

Protok q1 je voda koja prelazi preko rešetke na dijelu gdje rešetka nema otvore (širina S). Protok q2 je trenutni kapacitet rešetke ovisan o visini vode i veličini otvora, a q3 je protok kod kojeg je širina vodnog lica veća od širine rešetke (W0 > w). Moguća su dva slučaja: širina vodnog lica u rigolu je jednaka ili neznatno veća od širine rešetke, pa je q3 = 0; širina vodnog lica je veća od širine rešetke, pa je q3 > 0.

U prvom je slučaju kapacitet rešetke dovoljan za konkretne uvjete otjecanja, a u drugom slučaju kapacitet nije dovoljan. Cilj je spriječiti povećanje protoka koji teče rigolom iza rešetki, tj. cilj je ostvariti q3 = 0. Ako kapacitet jedne rešetke nije dovoljan, cilj se ostvaruje postavljanjem druge rešetke neposredno iza prve.

Slika 5.30: Karakteristični protoci na rešetci i rigolu

U skladu s preporukom Institute of Highway Engineers /66/, proračun razmaka uličnih rešetki jest: 280 ⋅ S L= (5.1) D gdje je: L – razmak rešetki (m); S – pad rigola (%); D – širina površine koja pripada rigolu. Tablica 5.1 prikazuje preporuke u odnosu na nagib prometnice ili površine koja se drenira.

181


Tablica 5.1: Pripadajuća površina jednom slivniku /66/ Pad prometnice (%) 0,50 1,00 1,25 1,67 2,50 3,30 5,00 6,60

Pripadajuća površina (m2) 160 167 180 200 240 275 330 330

Kao što se vidi, razmak rešetki se uglavnom veže za pad rigola u kojem je smješten. Naime, veći pad daje veće brzine, a time i veću mogućnost da se voda skupi u rigolu. Međutim, ovdje je ključno da se sva voda koja teče rigolom i skupi. Što je pad veći, to je brzina u rigolu veća i postoji veća mogućnost da voda preskoči rešetku ukoliko ona nije izvedena na odgovarajući način ili ako su otvori zatvoreni nečistoćama. Izložene preporuke ne uzimaju u obzir veličinu oborina, pa vrijede za engleske uvjete, to jest za njihove uobičajene veličine oborina, i mogu se koristiti uz uvažavanje tih karakteristika (kontinentalni dio Hrvatske). Detaljnija analiza ovih preporuka pokazuje da one ne odstupaju od naše prakse, pa se mogu primjenjivati i kod nas. Uobičajeno je da jednoj rešetki pripada 200 – 300 m2 površine, što uz srednji intenzitet kiše od 150 l/s/ha i uz koeficijent otjecanja C = 1, daje kapacitet pojedinog slivnika od oko 3,0 – 4,5 l/s. Prema njemačkim preporukama /63/, slivnici se postavljaju na prometnicama širine do 14 m, na razmaku od najviše 45 m, uz uvjet da je projektni intenzitet kiše 100 l/s/ha i da je pad prometnica umjeren, te da vode nisu osobito zagađene plivajućim tvarima. Kod prometnica širine do 7 m razmak između slivnika može biti maksimalno do 100 m. Osnovna je preporuka da pripadajuća površina slivnika ne smije biti veća od 500 m2, a kapacitet slivnika ne veći od 5 l/s. Ako su vode zagađene plivajućim tvarima, tada se kapacitet slivnika mora umanjiti za 10 – 30%, a to vrijedi i za pripadajuću površinu, kao i za razmak između slivnika. Razumije se, ove preporuke vrijede za njemačke klimatske uvjete i standardni tip izvedbe slivnika, pa se u skladu s tim trebaju i koristiti. U skladu s izloženim, ključni parametri koje treba uzeti u obzir kod određivanja razmaka između slivnika, kao i kod određivanja kapaciteta, su: pad rigola; širina prometnice; karakteristike prometa; pješački tokovi; stajališta/ugibališta za promet; začepljenje; održavanje slijevnih površina, rigola i slivnika. 182


Ukoliko se sumnja u kapacitet rešetke, odnosno u dobro održavanje i redovito čišćenje rigola i slijevnih površina, postavlja se više rešetki u nizu ili se oko rešetki ili vodolovnih grla rade udubljenja ili usmjerivači toka da bi se povećao kapacitet.

5.5

Mjerni uređaji

Mjerni se uređaji danas u kanalizaciji koriste sve češće, jer se ona i njezin rad sve više automatiziraju i kontroliraju. Bez informacija o protocima ne može se govoriti o modernom upravljanju kanalizacijskim sustavom. Karakteristike otjecanja u kanalizaciji (gravitacijski sa slobodnim vodnim licem) i kakvoća otpadne vode uvjetuju primjenu specifičnih mjernih uređaja. Slika 5.31 prikazuje postupke mjerenja protoka otpadnih voda. Mjerenje protoka otpadnih voda

Cjevovodi pod tlakom

Otvoreni kanali

Diferencijalni tokovi

Mjerenje razine

Mjerenje razine i brzine

Elektromagnetski

Razina - protok (u kanalu)

Ultrazvuk

Ultrazvuk

Preljevi

Elektromagnetski

Ostalo

Pragovi

Razina - protok - razina

Mjerni kanali

Slika 5.31: Postupci mjerenja protoka otpadnih voda

5.6

Uređaji za zatvaranje

Ponekad je pojedine dionice kanalizacijske mreže potrebno isključiti radi rekonstrukcije ili revizije. Da bi se to omogućilo, dionicu je potrebno zatvoriti odgovarajućim zatvaračima. Oni se postavljaju i ispred raznih objekata (crpnih stanica, ispusta, retencijskih bazena i drugih). Razlikujemo dva osnovna tipa zatvarača: mobilne i ugrađene. Mobilni zatvarači najčešće su zračni jastuci ili slične brane koje se postavljaju u kanale (Slika 5.32). Ovakav je oblik zatvaranja naročito povoljan kod manjih profila. Mobilni zatvarači mogu biti i nekog drugog tipa, a kod manjih profila u prošlosti su se često koristile obične vreće pijeska ili ilovače.

183


Ugrađeni zatvarači postavljaju se uglavnom pred objektima ili radi preusmjeravanja vode u mreži. Postoje različiti tipovi zatvarača, ali svi koji se primjenjuju u kanalizaciji moraju odgovarati otežanim uvjetima vezanim za kakvoću otpadne vode. Uglavnom se koriste inox-materijali odgovarajućeg standarda za kanalizaciju.

Slika 5.32: Brana u kanalizacijskom kolektoru

a) Tablasti zatvarač s elektromotornim pogonom

c) Prosta zapornica 184

b) Tablasti zatvarač s ručnim zatvaranjem


d) Okno s dvostrukim zatvaračem Slika 5.33: Zatvarači /14/

To su uglavnom obični tablasti zatvarači s ručnim pomicanjem (Slika 5.33) ili mehaničkim, odnosno motornim sustavom dizanja. Električni uređaji koji se eventualno koriste, kao i električne instalacije, moraju ispunjavati antieksplozivne uvjete građenja. Svi metalni dijelovi moraju biti otporni na koroziju. Nadalje, mjesta za podmazivanje moraju biti lako dostupna. U slučaju većih profila, treba predvidjeti i prostor za čišćenje eventualnih nečistoća na opremi i otvorima. Ako se želi spriječiti plavljenje zatvaračkog okna, treba se graditi dvostruki zatvarač (dva okna jedno do drugog, Slika 5.33.d) Drugi se tipovi zatvarača rjeđe koriste. Osim zatvarača, na ispustima se postavljaju poklopci (takozvani “žablji poklopci”) (Slika 5.34). Ovi poklopci sprječavaju ulazak životinja ili vode u kanalizacijske kolektore. Osim toga, oni sprječavaju i povratni tok vode prijamnika u kanalizaciju. Uz njih se koriste i različiti tipovi povratnih ventila.

Slika 5.34: Žablji poklopci

Budući da su nužan preduvjet dobrom upravljanju sustavom, zatvarači i druga oprema danas su sastavni dio modernih kanalizacija.

185


5.7

Zaštitni uređaji

Na kanalizaciji se postavljaju i zaštitni uređaji. To su: rešetke, ozračivači, usitnjivači, taložnici, itd. 5.7.1

Rešetke i sita

Postavljanje rešetki u kanalizaciji ima dva osnovna cilja: zaštitu pojedinih objekata kanalizacije; osiguranje od pristupa nepoželjnih osoba i životinja u kanalizaciju. Tipičan objekt koji se često mora zaštititi od plivajućih tvari i krupnih suspenzija je crpna stanica. Međutim, i cijeli se niz drugih objekata zaštićuje rešetkama i sitima (kišni bazeni, mjerači protoka, ispusti, preljevni kanali, sifoni i drugi). Učinak rešetanja ovisi o veličini slobodnog otvora kroz koji voda prolazi. U kanalizaciji se uglavnom koriste: fine rešetke, s razmakom do 10 mm; srednje rešetke, s razmakom 10 – 25 mm; grube rešetke, s razmakom 25 – 100 mm. Rešetke se čiste ručno ili mehanički. Ručno čišćenje primjenjuje se kod malih kanala i grubih rešetki, a mehaničko kod velikih kanala i srednjih rešetki. Izvode se ravne ili lučne, pri čemu su lučne rešetke uglavnom mehaničke.

1 – rešetka 2 – čistač

a) Rešetka

3 – skidač 4 – transporter

5 – rotacijsko sito 6 – skidač

b) Rotacijsko sito

Slika 5.35: Rešetke i sita s automatskim čišćenjem

Brzina kroz rešetku u kućanskoj i mješovitoj kanalizaciji ne bi smjela biti manja od 0,6 m/s, a u oborinskoj kanalizaciji od 0,9 m/s. Ove brzine također trebaju biti u kanalima prije i poslije rešetke. Brzine u kanalima uglavnom se uzimaju od 1,0 do 1,5 m/s. Brzinu vode između šipki (otvora) propisuje proizvođač, s tim da ta brzina mora biti veća od 0,3 m/s i manja od 1,2 m/s.

186


Slika 5.36: Ravne rešetke s ručnim čišćenjem

Rešetke se moraju postavljati i na svim obalnim i otvorenim ispustima kanalizacije, radi onemogućavanja pristupa u kanalizaciju. To su ispusti oborinskih, preljevnih i pročišćenih voda. Ove su rešetke zaštitne, s veličinom otvora većom od 10 cm, a manjom od 20 cm da se između njih ne bi mogli provlačiti ljudi ili životinje. 5.7.2

Usitnjivači (kominutori)

Usitnjavanjem (drobljenjem) krupnijih krutina moguće je otpadne tvari voditi na daljnje postupke čišćenja, bez opasnosti od začepljenja crpki i drugih dijelova uređaja. Time se izbjegava sakupljanje i odvoz krupne tvari s rešetke, što je uvijek povezano s neugodnostima (zadah, izgled, itd.). Krupne se tvari usitnjavaju u čestice veličine 3 – 8 mm. Usitnjivačima (kominutorima) zamjenjuju se srednje ili fine rešetke. Prema tipu konstrukcije razlikuju se usitnjivači sa slobodnim prolazom vode i usitnjivači u obliku crpki. Usitnjivači sa slobodnim prolazom najčešće su u obliku kružnih rešetki kroz koje voda prolazi, a “noževima” se povremeno sasijeku krutine nakupljene na rešetki (Slika 5.37). Gubitak visine vodnog lica na usitnjivaču sa slobodnim prolazom iznosi 0,1 – 0,3 m. Usitnjivači u obliku crpke su kombinacija usitnjivača i crpki. Otpadna voda crpi se s krutinom, pri tom se krutine usitnjavaju i potiskuju zajedno s vodom.

a) S istjecanjem u odvodni kanal

b) Sa slobodnim istjecanjem

Slika 5.37: Usitnjivači

187


Usitnjivači se rijetko primjenjuju u kanalizaciji, tj. koriste se jedino kod skupih i velikih objekata. Međutim, korištenje crpki sa usitnjivačima je češće. One se koriste u svim situacijama kada postoji opasanost od začepljenja cjevovoda, kao što su dugi tlačni cjevovodi sa slabom izmjenom voda, tlačna kanalizacija, difuzori i drugo. 5.7.3

Pjeskolovi

Uklanjanje pijeska iz otpadnih voda naročito se primjenjuje kod mješovitog načina odvođenja otpadnih voda. Ovim se postupkom štite od abrazije crpke, cjevovodi kao i ostali dijelovi kanalizacijskog sustava (ispusti, retencije, uređaji, preljevi, itd.).

a) Aerirani pjeskolov

b) Kružni pjeskolov Slika 5.38: Pjeskolovi /68/

Odstranjivanje se izvodi u spremnicima u kojima se smanjuje protjecanje vode i omogućuje taloženje zrnatih čestica. Nadalje, kod gradskih otpadnih voda nastoji se spriječiti istovremeno taloženje čestica organske tvari. Zato se nastoji postići minimalna brzina protjecanja vode kroz pjeskolov veća od 0,30 m/s. Dimenzioniranje pjeskolova radi se prema površinskom opterećenju, odnosno brzini taloženja zrna pijeska određene veličine. Tlocrtna površina pjeskolova će biti: A=

gdje je: 188

Q (m2) Vo

(5.9)


A Q Vo

– tlocrtna površina radnog dijela pjeskolova (m2); – protok (m3/s); – kritična brzina taloženja (m/s).

Pjeskolovi se u pravilu postavljaju kod mješovitog sustava i na oborinskoj kanalizaciji. Pijesak je najveća opasnost za crpke, jer dovodi do erozije rotora i njegova uništenja. Naime, kod znatnih količina pijeska i uobičajene izvedbe rotora od željeza, vijek trajanja rotora nije veći od 5 godina. S druge strane, pjeskolov u mreži znatno poskupljuje izgradnju, a zahtijeva i stalno čišćenje, pa se postavlja pitanje je li bolje svakih 3 do 5 godina mijenjati rotore ili graditi i stalno održavati pjeskolov. 5.7.4

Aeracija (ozračenje)

Gradske otpadne vode nose sa sobom organske tvari čija razgradnja počinje od mjesta stvaranja i traje tijekom cijeloga vremena tečenja u kanalizaciji, a nastavlja se i disponiranjem u prijamnike. Zbog toga u kanalizaciji otpadnu vodu imamo u raznim stadijima razgradnje, a ovisno o vremenu putovanja, razlikujemo uglavnom tri stanja: svježa voda u kojoj biološka razgradnja nije uznapredovala; odstajala voda kod koje počinje anaerobna razgradnja zbog nedostatka kisika u njoj; odstajala voda u kojoj je anaerobna razgradnja uznapredovala. Anaerobna razgradnja ima za posljedicu izdvajanje plinova kao što su sumporovodik, metan, ugljični dioksid i drugi. Neki plinovi, kao sumporovodik, imaju vrlo neugodan miris te su otrovni, a s vlagom se vežu u sumpornu kiselinu koja nagriza tjemena kolektora (Slika 5.39).

Slika 5.39: Biološki proces u kolektorima

S druge strane, metan je eksplozivan plin i ako dođe do njegove akumulacije i zapaljenja, može doći i do eksplozije u kanalima i objektima kanalizacije. Zbog neugodna mirisa, korozije i eksplozije, kanalizacijska mreža i objekti moraju se provjetravati. Provjetravanje se odvija kroz kišne rešetke, poklopce revizijskih okana, posebne ventilacijske otvore (cjevovode) i posebne uređaje izgrađene za te namjene. Poznato je da svaka kanalizacijska kućna vertikala mora završiti otvorom na vrhu krova (Slika 5.40). Slično ovome, na kanalizacijskim kolektorima i objektima grade se ventilacijski kanali. Ukoliko lokalne prilike to dopuštaju, poželjno je ugraditi poklopce 189


na revizijskim oknima s otvorima na njima ili graditi posebne ozračivače na kolektorima na mjestima gdje je to moguće (Slika 5.41), odnosno gdje plinovi iz kanalizacije ne ugrožavaju okoliš i ljude. Jedno od jednostavnijih rješenja je ventilacijski cjevovod povezan sa revizijskim oknom visine veće od 3 m iznad terena, odnosno 0,5 m iznad terena u slučaju da plinovi ne smetaju korištenju okolnog prostora. Radi ublažavanja smrada, na izlazima se mogu postaviti odgovarajući filtri. U slučajevima kad je izdvajanje plinova intenzivno, na mreži se ugrađuju posebni objekti za prisilno ubacivanje zraka u kanalizacijsku vodu (Slika 5.42), ili se za te namjene koriste spiralna prekidna okna. Razumije se da oborinsku kanalizaciju ne treba provjetravati.

Slika 5.40: Ozračivanje kanalizacijskih kolektora kućnim vertikalama

Slika 5.41: Ozračivači na kanalizacijskim kolektorima

190


Slika 5.42: Prisilni ozračivači kanalizacijskih kolektora /68/

5.8

Ulazne građevine

Ako se u kanalizaciju upuštaju veće količine površinskih voda putem površinskih vodotoka (kanala), ulazne se građevine moraju oblikovati tako da dotok ne utječe štetno na režim protoka u kanalima, i da se ulaznim dotokom u kanalizaciju ne upuštaju krupne suspenzije i pijesak. Zbog toga se u sklopu ovih građevina grade manji taložnici (dubine veće od 0,5 m, duljine veće od 3 m, širine veće od 1 m) za hvatanje pijeska, te uronjene pregrade i rešetke otvora do 40 mm za hvatanje plivajućih tvari i krupnih suspenzija. Ove građevine trebaju biti ograđene ili zatvorene. Da bi se spriječili incidenti i ulazak u kanalizaciju, na ulazu u kanalizaciju treba postaviti i zaštitne rešetke s razmakom šipki od 120 mm. Ako se u ulaznoj građevini želi održavati stalna razina vode, na izlazu se gradi izlazni toranj (Slika 5.43) Svi otvori i preljevi moraju se hidraulički dimenzionirati sukladno predviđenim uvjetima rada i protoku.

Slika 5.43: Izlazni toranj 191


192

6.

Objekti kanalizacijskog sustava

Uvod Osim cijelog niza manjih objekata, u kanalizacijskom sustavu grade se i veći objekti čijem projektiranju i izgradnji treba posvetiti veću pozornost, jer se oni uglavnom ne grade kao tipski već kao samostalne posebne građevine. Projektiranje ovih građevina zahtijeva detaljniji i sveobuhvatniji pristup i korištenje odgovarajućih metoda i proračuna. Kod projektiranja razlikujemo: tehnološko projektiranje, u kojem se oblikuje objekt u skladu s njegovom funkcijom u kanalizacijskom sustavu; i građevinsko projektiranje, u kojem se određuju konstrukcija i karakteristike konstrukcije u skladu s lokalnim seizmičkim, geomehaničkim i drugim svojstvima područja. U ovoj knjizi objasnit će se samo tehnološko projektiranje ovih građevina, dok se građevinsko projektiranje obavlja u skladu s pravilima struke koja se ovdje neće obrađivati. U ovom će se poglavlju obraditi rasteretne građevine, crpne stanice i bazeni za oborinsku vodu, kao najčešće veće građevine u kanalizacijskom sustavu. Ispusti i uređaji kao standardne veće građevine obradit će se u poglavlju 7.

6.1

Rasteretne građevine

Rasteretne građevine služe za ispuštanje dijela voda iz kanalizacijskog sustava u vodne resurse ili pojedine dijelove kanalizacijskog sustava. Iako rasteretne građevine kao objekti mogu postojati i na drugim tipovima kanalizacije, njihova najznačajnija primjena je ipak u mješovitoj kanalizaciji. Uloga rasteretnih građevina može biti: hidraulička; ekološka; kombinirana: hidrauličko-ekološka. 193


Hidraulička uloga odnosi se na ograničavanje veličine protoka u dijelovima kanalizacijskog sustava, kao što su: uređaj za pročišćavanje, crpne stanice, retencijski bazeni ili kanali. Ograničenje se uglavnom primjenjuje iz ekonomskih razloga, da bi se ograničili kapaciteti pojedinih objekata ili dijelova sustava, a time i njihovi izvedbeni i pogonski troškovi. Ovaj oblik rasterećenja primjenjuje se uglavnom na oborinskoj i mješovitoj kanalizaciji, a vrlo rijetko na kanalizaciji otpadnih voda. Ekološka uloga odnosi se na smanjenje količine otpadne tvari koja se ispušta u vodne resurse. Da bi se smanjilo ispuštanje zagađenih voda u prijamnike, u pojedinim razdobljima otjecanja provodi se rasterećenje (uglavnom mješovitih ili oborinskih voda) tako da se najzagađenije vode odvode na uređaj za pročišćavanje, a manje zagađene vode se pomoću rasteretne građevine ispuštaju u prijamnik bez pročišćavanja, ili samo uz prethodno mehaničko pročišćavanje. Kombinirana uloga je najčešći slučaj koji se javlja. Naime, rasterećenje se provodi uglavnom radi ograničavanja protoka, to jest zbog ekonomskih razloga. S druge strane, ono je u skladu s potrebama zaštite voda, to jest ekološkim razlozima. Tako su hidraulički i ekološki elementi zapravo međusobno povezani. U skladu s time, rasterećenje se danas uglavnom primjenjuje na mješovitoj i oborinskoj kanalizaciji. U mješovitoj kanalizaciji se u razdobljima oborina protok u kolektorima višestruko povećava (od 5 do 20 pa i više puta). Da bi se racionalizirala izgradnja kanalizacijskog sustava i objekata (prije svega crpnih stanica i uređaja za pročišćavanje), potrebno je ograničiti veličinu protoka u sustavu i u dolasku na ove objekte. Ograničavanjem protoka preostali se dio protoka, odnosno mješavine oborinskih i otpadnih voda, mora ispuštati u najbliži prijamnik. Pri tom ispuštena voda mora zadovoljavati propisana ekološka i druga ograničenja. U skladu s tim, rasterećenje se obavlja tek onda kada koncentracija određenih pokazatelja zagađenja (otpadne tvari) padne ispod razine ograničenja. Oborinska voda iz urbanih sredina je dosta zagađena, naročito u početnom razdoblju kiša kada je zagađenje i veće od zagađenja kućanskih otpadnih voda. Zbog toga se danas rasteretne građevine primjenjuju i na kanalizaciji oborinskih voda. Da bi se spriječilo ispuštanje ovih najzagađenijih oborinskih voda u vodne resurse, one se odvode na uređaj za pročišćavanje. Kada koncentracija otpadne tvari u oborinskim vodama padne ispod granične razine propisane standardom, sve se oborinske vode mogu izravno ispuštati u najbliže dijelove vodnih resursa, uglavnom bez prethodnog pročišćavanja ili samo uz mehaničko pročišćavanje. Da bi rasteretne građevine u potpunosti ispunile svoju ekonomsko-ekološku ulogu, moraju se analizirati zajedno s pripadajućim uređajem za pročišćavanje i karakteristikama prijamnika pročišćenih i preljevnih voda. Pri tom se moraju uzeti u obzir sve lokalne karakteristike: količine i kakvoća otpadnih i oborinskih voda, njihova učestalost i veličina. U skladu s ovim, rasteretne građevine se danas primjenjuju na sljedećim načelima: kao najvažnije, ograničava se dotjecanje vode na uređaj za pročišćavanje, obično na dvostruki maksimalni satni protok kućanskih i industrijskih voda koje se ispuštaju u kanalizacijski sustav + tuđe vode; 194

6. Objekti kanalizacijskog sustava

sav višak voda se pomoću rasteretnih građevina ispušta u prijamnik uz zadovoljenje standarda prijamnika i istjecanja (efluenta); ako preljevne vode nemaju traženu kakvoću u skladu sa zaštitom prijamnika i standardom istjecanja, tada se preljevne vode moraju pročišćavati i/ili ispuštati na način kojim se osigurava traženi standard prijamnika (uz odgovarajuće razrjeđenje u prijamniku); primjenjuje se djelomično ili potpuno mehaničko pročišćavanje. ako preljevne vode uz mehaničko pročišćavanje ne zadovoljavaju standard prijamnika, uz preljev se mora graditi kišni bazen u kojem se zagađena preljevna voda zadržava u razdoblju oborina, a naknadno se (po prestanku oborina) prepumpava u kanalizacijski sustav i odvodi na uređaj za pročišćavanje.

6.1.1

Mjerodavne količine

Uvod

U mješovitom sustavu kanalizacije razlikujemo sušno i kišno razdoblje otjecanja. Kišni preljev ima zadatak osigurati u kišnom razdoblju kod odabranog protoka prelijevanje svih voda iznad predviđenog protoka, to jest propustiti dalje u sustav samo određenu količinu vode. Razlikujemo sljedeće protoke: QUK = QOT + QOB = Q P + Q R QR = QOT ⋅(1 + n) (6.1) QP = QUK − QR gdje je: QUK – ukupni protok koji dolazi na preljev (m3/s); QP – preljevni protok koji se izdvaja iz sustava (m3/s); QR – radni protok koji ostaje u sustavu (m3/s); QOT – otpadne, odnosno komunalne vode (m3/s); QOB – oborinske vode (m3/s); n – koeficijent mješavine oborinskih i otpadnih voda.

Kao što se može vidjeti, ključnu ulogu u definiranju količina ima omjer miješanja oborinske i otpadne vode (tzv. koeficijent razrjeđenja) koji daje stupanj miješanja otpadnih s oborinskim vodama. Ovaj koeficijent ima sanitarno, ekološko i estetsko značenje jer određuje sastav vode koja će se iz sustava ispuštati izravno u prijamnik, ali i ekonomsko značenje jer određuje količinu vode koja će se zadržati u sustavu i odvesti na uređaj za pročišćavanje. Veličina ovog koeficijenta određuje se u odnosu na koncentraciju i količine na osnovi odgovarajućih ekoloških studija utjecaja na okoliš ili nekih drugih propisanih zahtjeva – standarda prijamnika i istjecanja.

195


Određivanje kritičnog intenziteta u skladu s ograničenjem koncentracije otpadne tvari u preljevnim vodama

Količina kritičnog kišnog protoka kod kojeg nastupa rasterećenje (prelijevanje voda) dobije se kao: Qkri = ikri ⋅ Ared (6.2) gdje je: ikri – kritični intenzitet (l/s/ha); Ared – nepropusna površina pripadajućeg slijeva, odnosno površina slijeva s koje oborinska voda dotječe nakon oduzimanja svih gubitaka (ha). Kritična kiša izračunata prema kritičnoj koncentraciji otpadne tvari je ona kiša kod koje se postiže onaj omjer miješanja komunalne otpadne vode i oborinske vode za kojeg je koncentracija otpadne tvari u mješavini voda jednaka dopuštenoj koncentraciji preljevne ispuštene vode, odnosno: (Qkom + Qkri ) ⋅ Cdop = Qkom ⋅ Ckom + Qkri ⋅ Ckri gdje je: Qkom Cdop Ckom Ckri

(6.3)

– komunalne, odnosno otpadne vode; – dopuštena koncentracija otpadne tvari; – koncentracija otpadne tvari u komunalnim vodama; – koncentracija otpadne tvari u oborinskim vodama kod kritičnog otjecanja.

Uvrštavanjem jednadžbe (6.2) u (6.3) dobije se veličina kritične kiše: Qkom C kom − C dop ⋅ Ared Cdop − C kri

(6.4)

Ckom − Cdop Qkom ⋅ k , gdje je k = Cdop − Ckri Ared

(6.5)

ikri =

odnosno: ikri =

Da bi se odredio kritični intenzitet, prema formuli (6.4) potrebno je poznavati koncentraciju Ckom otpadne tvari u komunalnim otpadnim vodama, i koncentraciju Ckri otpadne tvari u oborinskoj vodi kod protoka što ga stvara kritični intenzitet, dopuštenu koncentraciju Cdop otpadne tvari koja se može ispuštati u prijamnik, kao i veličinu slijevne površine i količinu komunalnih otpadnih voda. Neke su od nabrojenih veličina uglavnom lako odredive i poznate, primjerice količina otpadnih voda, veličina slijeva i koncentracija otpadne tvari u komunalnim vodama. Međutim, vrlo je teško precizno odrediti koncentraciju otpadne tvari u oborinskim vodama kod kritičnog intenziteta, jer je prije svega nepoznat kritični intenzitet. Nadalje, koncentracija otpadne tvari u oborinskim vodama varira s trajanjem kiše i od pljuska do pljuska, te nema neke pouzdane metode ni formule na temelju koje se može precizno odrediti. Konačno, otpadna tvar u oborinskim vodama varira od naselja do naselja, jer svako naselje ima drugačije značajke koje određuju veličinu otpadne tvari u obo-

196


rinskim vodama. Zbog svega ovoga, teško je odrediti uobičajene veličine otpadne tvari koje bi se lako mogle primjenjivati za proračun. Dopuštenu koncentraciju otpadne tvari određuje propisani standard ili rezultati studije utjecaja ispuštanja otpadne tvari na prijamnik. Međutim, izrada takvih studija je skupa i dugotrajna. Potrebno je znati da se koncentracija otpadne tvari u mješavini mijenja i smanjuje s trajanjem oborina i povećanjem protoka oborinskih voda, tako da je u pravilu kakvoća preljevnih voda bolja od tražene, tj. koncentracija otpadne tvari u preljevnim vodama je znatno manja od Cdop. Stoga je poželjno utvrditi srednje i maksimalno razrjeđenje kako bi se procijenio stvarni utjecaj na prijamnik. U pravilu, kada se rješava ovaj problem treba razlikovati male kanalizacijske sustave od velikih. Za potrebe rješavanja malih kanalizacijskih sustava nepotrebna su dugotrajna i složena istraživanja, i u takvim se slučajevima mjerodavne količine voda određuju pojednostavnjenim postupkom. Jednako tako treba razlikovati situaciju u odnosu na osjetljivost i važnost prijamnika. Kod manje osjetljivih i manje važnih prijamnika mogu se primjenjivati pojednostavnjeni postupci, dok kod složenih situacija treba provesti detaljnije analize i izraditi odgovarajuće studije. Zbog svega ovoga, a radi lakšeg rješavanja problema, u pojedinim se zemljama na temelju njihova iskustva i karakteristika daju smjernice za određivanje mjerodavnih protoka za proračun rasteretnih građevina. Prema HRN EN 752:1997, ako drugačije nije zahtijevano mogu se primijeniti dva jednostavna pravila: uobičajene vrijednosti kritičnog intenziteta ikri kod kojeg će nastupiti prelijevanje su od 10 do 30 l/s/ha (nepropusne slivne površine); u slučajevima kada se ne ugrožava samopročišćavajuća sposobnost prijamnika, uobičajene vrijednosti koeficijenta razrjeđenja n otpadnih voda s oborinskim vodama su od 5 do 8. Pojednostavnjeni proračun mjerodavnih količina koji se zasniva na kritičnom intenzitetu

Standard ATV 128

Za pojednostavnjeni proračun mjerodavnih količina voda rasteretnih građevina može se koristiti stari standard ATV 128 iz 1977. godine, koji se zasniva na korištenju kritičnog intenziteta koji se određuje na temelju grafa (Slika 6.1).

197

J. Margeta: Odvodnja naselja 15 14 13 12 11 10 9 8 7 0,5

1

2

3 4 5 7 10

20 30

50 70 100 200

400 700

1000

5000

Srednji protok prijamnika Otpadna voda slijevnog područja

Slika 6.1: Određivanje kritičnog intenziteta prema ATV 128 /10/

Koristeći ovaj graf, protok oborinske vode kod kojeg nastupa prelijevanje je: Qr , krit = ikrit ⋅ Z ⋅ Ared (l s) gdje je: Ared Z C F ikrit tf

(6.6)

= F ⋅ C; = 1 – tf /200; – koeficijent otjecanja; – površina pripadajućeg slijevnog područja (ha); – kritični intenzitet (l/s/ha); – trajanje proračunske kiše (min).

Da bi se koristio ovaj dijagram, potrebno je poznavati Q i Qkom, to jest: Q – kritični (ljetni) protok prijamnika; Qkom – ukupni protok komunalnih voda (kućanske i otpadne vode iz proizvodnih i neproizvodnih djelatnosti) slijevnog područja u maksimalnom satu otjecanja (ne uzimaju se u obzir čiste podzemne vode, odnosno tuđe vode). Kritični protok prijamnika je protok koji je propisan standardom, kao što je to slučaj i s našim standardima (NN 77/98 i 78/98). Kritično otjecanje kod mješovitog otjecanja (mješovitog sustava) je zbroj protoka: ′ Qkrit ,mje = Qkom + Qr ,krit + Qkrit

(6.7)

gdje je: Qkom – protok pripadnih otpadnih voda (m3/s); Qr,krit – protok kritičnih oborinskih voda (m3/s); Q′r,krit – protok s prethodnog preljeva, (ako postoji) (m3/s). Proračun uz analizu osnovnih komponenti

Ukoliko ne raspolažemo s dijagramom koji prikazuje Slika 6.1, tada se proračun kritičnog intenziteta treba zasnivati na analizi osnovnih komponenti. U daljnjem tekstu izložit će se ovakav pristup.

198


Jedan od faktora koji utječu na veličinu kritičnog intenziteta je samopročišćavajuća (autopurifikacijska) moć prijamnika, S. Veća moć samopročišćavanja znači veću prijamnu mogućnost zagađenja. U pravilu, prijamna moć raste kako raste protok prijamnika. Pokazatelj dopuštenog ispuštanja je kvalifikacijska klasa prema saprobnom stanju (s = 1,0 – 0,3). Ako je prijamnik zagađen, tada su moguća manja ispuštanja i obrnuto. Znači, veličina samopročišćavanja se prikazuje u funkciji odnosa protoka Q/Qs i saprobnog stanja s. Drugi faktor koji utječe na veličinu kritičnog intenziteta je akumulacijska mogućnost mreže, K. Ova veličina uključuje sve retencijske sposobnosti mreže: kanale, uspor u kanalima, kišne bazene i drugo. Veći retencijski kapaciteti znače smanjenje prelijevanja, odnosno zadržavanje najzagađenijih voda i njihovo odvođenje na uređaj za pročišćavanje. Veličina ove vrijednosti može se prikazati na sljedeći način /10/: K= So Qo 300

So 300 ⋅ Qo

(6.8)

– zbroj svih raspoloživih retencijskih volumena (m3); – maksimalno otjecanje prije stupanja u funkciju kišnog preljeva (m3/s); – koeficijent koji uzima u obzir to da normalna kanalska mreža može akumulirati otjecajnu količinu od 300 sekundi.

Ako ne postoje posebni uređaji za retenciranje, tada je veličina koeficijenta K = 1. Kao što je već rečeno, padavine i njihove karakteristike su od izuzetne važnosti. Ova karakteristika uvrštava se u račun uvođenjem koeficijenta odnosa padavina A: A= N No

(6.9)

gdje je: N – srednja visina oborina od svibnja do listopada (mm); ako je N > 600 mm, tada se ne uzima u obzir; No – temeljna visina oborine od 400 (mm); U skladu s tim, kritični intenzitet se prikazuje kao: i = f ( A B ); A = N 400; B = f (Q Qs ) ⋅ S ⋅ K

(6.10)

Potrebno je napomenuti da izvedeni dijagram treba prilagoditi lokalnoj situaciji. On je dan da bi se zorno prikazao utjecaj pojedinih faktora na veličinu kritičnog intenziteta. Proračun na osnovi dopuštene koncentracije otpadne tvari u preljevnim vodama

Jednostavne situacije u kojima se kontrolira koncentracija otpadne tvari u preljevnim vodama proračunavaju se uz korištenje formule (6.4), odnosno: ikri =

Qkom ⋅k Ared

, gdje je

k=

Ckom − Cdop Cdop − Ckri

(6.11)

199


Da bi se primijenio ovaj postupak, potrebno je odabrati kontrolni pokazatelj zagađenja. Najčešće je to kemijska potrošnja kisika KPK, ali može biti i svaki drugi pokazatelj u skladu sa specifičnim lokalnim karakteristikama i zagađenjem koje nose otpadne i oborinske vode. U pravilu, na rasteretnim se građevinama postavljaju mehanički uređaji za pročišćavanje preljevnih voda (rešetke otvora 6 mm, uronjene pregrade, taložnik, itd.) kojima se sprječava ispuštanje krupnih suspenzija i plivajućih tvari, a dijelom i masnoća, čime se postiže estetska zaštita prijamnika. Ekološka zaštita postiže se ograničavanjem ispuštanja toksičnih tvari (kojih u pravilu ne bi trebalo biti u komunalnim otpadnim vodama) i organskih tvari (uglavnom preko pokazatelja KPK). Sanitarna zaštita postiže se ograničavanjem koncentracije koliformnih bakterija. Međutim, sanitarni problem u pravilu nije značajan ukoliko se prijamnik na određenoj udaljenosti od ispusta ne koristi za vodoopskrbu, prehrambenu industriju ili marikulturu. Naime, koliformne bakterije odumiru u prijamniku, stoga ne postoji trajna sanitarna opasnost od njihova povremenog djelovanja u razdoblju kiša. Uobičajene vrijednosti KPK prema ATV 128 (1992) /10/ koje se koriste za proračun ukupnog godišnjeg opterećenja prijamnika su: KPK u oborinskim vodama: 107 mg/l O2; KPK u komunalnim vodama: 600 mg/l O2; KPK oborinskih voda iz uređaja za pročišćavanje: 70 mg/l O2. Dopuštena koncentracija KPK u preljevnim vodama odabire se u skladu s lokalnim standardima, a u pravilu ne bi smjela biti manja od koncentracije koja se može postići na klasičnom biološkom uređaju za pročišćavanje komunalnih otpadnih voda. Prema EU Directive (91/271/EEC), efluent uređaja za pročišćavanje treba imati karakteristike: BPK ≤ 25 mg/l O2; KPK ≤ 125 mg/l O2; ukupne suspenzije ≤ 35 mg/l. Proračun koji se zasniva na koeficijentu miješanja (razrjeđenja) komunalnih i oborinskih voda

Jedan od jednostavnijih načina proračuna mjerodavnih količina je proračun korištenjem koeficijenta razrjeđenja n (koeficijent miješanja oborinskih i komunalnih voda). Ovaj se pristup može primijeniti u svim slučajevima kada je oborinska voda razmjerno čista i kad se miješanjem s komunalnim vodama otpadna tvar razrijedi u zadanom omjeru. Stupanj razrjeđenja koji se postiže kod početnog rada rasteretne građevine je: n=

Qr ,krit Qkom

(6.12)

U skladu s ovim, razrjeđenje otpadne tvari koje se postiže u tom trenutku, odnosno koncentracija otpadne tvari u mješavini Cmje je: C mje = 200

Ckom n

(6.13)


Ograničenje koje se postavlja jest da je koncentracija u mješavini manja od dopuštene u preljevnim vodama: Cmje ≤ Cdop

(6.14)

Ako je poznat koeficijent razrjeđenja (miješanja), tada je: Q r ,krit = n ⋅ Qkom

(6.15)

Kritično otjecanje kod mješovitog otjecanja (mješovitog sustava) je zbroj otjecanja: ′ Qkrit ,mje = Qkom + Qr ,krit + Qkrit

(6.16)

gdje je: Qkom – otjecanje pripadnih otpadnih voda (m3/s); Qr,krit – otjecanje kritičnih oborinskih voda (m3/s); Q′r,krit – otjecanje s prethodnog preljeva, ako postoji (m3/s). Kao što je već rečeno, svaka konkretna situacija zahtijeva poseban pristup u skladu s lokalnim prilikama. To podrazumijeva analizu svih karakteristika i eventualno utvrđivanje koeficijenta razrjeđenja ili kritičnog intenziteta za razne pokazatelje zagađenja. Potrebno je naglasiti da oborinske vode u urbanim sredinama nisu čiste vode i da kod analiza mjerodavnih količina treba voditi računa i o zagađenju koje donosi oborinska voda, naročito u početnom razdoblju otjecanja. Proračun koji se zasniva na korištenju formula

Proračun protoka rasteretne građevine može se zasnivati i na odgovarajućim formulama, kao, npr. u Velikoj Britaniji /76/. Količina vode koja se dovodi na uređaj u sušnom razdoblju je u načelu veličina trostrukog prosječnog dotoka:

Quređ = 3 ⋅ P ⋅ G + I + 3 ⋅ E gdje je: P G I E

(6.17)

– broj stanovnika; – specifična količina otpadnih voda po stanovniku na dan; – tuđe vode; – industrijske otpadne vode priključene na gradski kanalizacijski sustav.

S obzirom da je maksimalni satni protok na velikim uređajima manji od trostruke veličine prosječnog satnog protoka, u slučajevima većih gradova koristi se maksimalni satni protok. U razdoblju oborina, maksimalna količina vode koja se u mješovitom sustavu kanalizacije dovodi na uređaj proračunava se uz korištenje formule: A = (P ⋅ G + I + E ) + 1360 ⋅ P + 2 E (l/dan)

(6.18)

ili kao dvostruki mjerodavni sušni protok: Quređ ,kišno = 6 ⋅ P ⋅ G + I ljetno + 3E

(6.19)

gdje je 1.360 ·P količina oborinskih voda zadržanih u kanalizacijskom sustavu.

201


Preostala voda iz kanalizacijskog sustava se pomoću rasteretne građevine ispušta u prijamnik na odgovarajući način tako da se zadovolji standard prijamnika. Proračun mjerodavnih količina koji se zasniva na ukupnom zagađenju koje se ispušta u prijamnik

S obzirom na sve veće zagađenje u oborinskim vodama i sve strožim standardima zaštite vodnih resursa, proračun dopuštenih količina mješavine otpadnih i oborinskih voda zasniva se na analizi utjecaja ukupnog zagađenja koje se pomoću rasteretnih građevina ispušta u vodne resurse i posljedica koje to zagađenje ima na stanje prijamnika. Na osnovi rezultata takvih analiza i proračuna odlučuje se o dopuštenoj koncentraciji otpadne tvari u preljevnim vodama, broju ukupnih prelijevanja ili učestalosti prelijevanja u određenom vremenskom razdoblju, potrebnom mehaničkom pročišćavanju preljevnih voda i veličini kišnog bazena. Ovakav proračun nije lak ni jednostavan jer je osnovni preduvjet za njegovo izvođenje izrada simulacijskog modela tečenja kanalizacijskog sustava i zagađenja koje se kanalizacijskim sustavom transportira u razdoblju oborina, te proračuna količina vode i zagađenja koje se u određenom vremenskom razdoblju ispušta u prijamnik. Na temelju veličina dobivenih modelom, provodi se simulacija kojom se analiziraju kratkotrajni i dugotrajni utjecaji otpadnih tvari na karakteristike prijamnika. Ovakav proračun ima opravdanje samo kod velikih kanalizacijskih sustava i kod vrlo važnih prijamnika, tako da se u svim uobičajenim situacijama i dalje koriste proračuni koji su dani u prethodnom tekstu. Pojedine zemlje i njihova udruženja izrađuju standarde za proračun mjerodavnih količina rasteretnih voda, kao što je to najnoviji standard ATV 128 iz 1992/94. /10/ godine, koji rješava problematiku ispuštanja mješovitih i oborinskih voda uz rijeke i jezera, te NRA-standardi u Velikoj Britaniji od 1993. godine, koji rješavaju problematiku ispuštanja mješovitih voda u kopnene vode i more /76/. Svi ovi standardi izrađeni su da bi zadovoljili EU Directive (91/271/1991) /36/, odnosno pomogli primjeni ovih standarda u odgovarajućem proračunu rasteretnih građevina. Za detaljnije informiranje čitatelji se upućuju na ove standarde, standarde Hrvatske koji su slični standardima EU i drugu literaturu /71/. 6.1.2

Tipovi preljeva

Rasteretne građevine ili, kako se popularno zovu, “kišni preljevi”, s obzirom na način rada dijele se u dvije osnovne grupe: kišni preljevi sa statičkom kontrolom rada; i kišni preljevi s dinamičkom kontrolom rada. Preljevi sa statičkom kontrolom rada su preljevi koji imaju elemente (duljinu i visinu preljevnog praga, dimenzije izlazne cijevi) koji se ne mijenjaju tijekom vremena ili promjenom karakteristika dotoka. To su uglavnom manji ili stariji tipovi rasteretnih građevina koji funkcioniraju u skladu sa svojom izvedbom, bez prilagođavanja promjenama koje se tijekom vremena događaju u kanalizacijskom sustavu.

202


Preljevi s dinamičkom kontrolom su rasteretne građevine novijeg datuma, kao i veće građevine koje imaju ugrađene elemente pomoću kojih se upravlja radom (protokom) rasteretne građevine u skladu s veličinom protoka u kanalizacijskom sustavu i količinom otpadne tvari u mješavini voda. Korištenjem sustava upravljanja na rasteretnim građevinama dobiva se bolja zaštita prijamnika, jer se rad preljeva maksimalno smanjuje, a istovremeno se ne povećavaju bitno troškovi pročišćavanja mješavine oborinskih i otpadnih voda. Ovakvi tipovi rasteretnih građevina koriste se sve više za upravljanje u realnom vremenu (real time) radom većih kanalizacijskih sustava, čiji se rad zasniva na korištenju odgovarajućih računalnih programa. Na ovaj se način postižu bolji učinci zaštite okoliša, ali i znatne ekonomske uštede. Postoje i druge podjele rasteretnih građevina, u skladu s njihovim posebnim karakteristikama. Razlikujemo rasteretne građevine u odnosu na položaj preljevnog praga prema smjeru kretanja vode u dotoku na preljevni prag: okomiti ili čelni kišni preljev, kod kojeg je preljevni prag postavljen poprečno smjeru tečenja vode (Slika 6.2.a i Slika 6.2.b). Čelni kišni preljev može biti potpun, što znači da je prag postavljen okomito na smjer tečenja (Slika 6.2.a), ili nepotpun, kada je postavljen pod nešto većim kutom (Slika 6.2.b). drugi tip rasteretne građevine su bočni preljevi kod kojih je preljevni prag postavljen u smjeru tečenja (Slika 6.2.c i Slika 6.2.d). Razlikujemo potpuni bočni preljev, kod kojeg je preljevni prag paralelan sa smjerom tečenja, i nepotpuni bočni preljev, kod kojeg je preljevni prag položen pod kutom (uvijek manjim od 45 stupnjeva) (Slika 6.3). Rasteretna građevina s bočnim preljevom može biti jednostrana (Slika 6.3) ili dvostrana (Slika 6.4).

a)

b)

c)

d)

Slika 6.2: Različiti tipovi preljeva

203


1 – kruna preljeva

2 – šipka za pridržavanje

Uronjena pregrada na preljevu

Slika 6.3: Rasteretna građevina s jednostranim bočnim preljevom /63/, /14/

204


2 – šipka za pridržavanje

visina > 250 mm

1 – kruna preljeva

Uronjene pregrade na preljevu

Slika 6.4: Rasteretna građevina s dvostranim bočnim preljevom /14/

Treću grupu čine rasteretne građevine s preljevnim pragom u krivini (Slika 6.6). Postoje i drugi tipovi rasteretnih građevina. One mogu funkcionirati i na načelu vodnog mlaza (Slika 6.7), gdje se prelijevanje kod nekog protoka ostvaruje tako da odbačeni mlaz preskače radni kanal za sušno razdoblje i prelijeva se u odteretni kanal preljeva. To su takozvani razdjelni preljevi, koji u potpunosti razdvajaju dva režima tečenja. Jedan od tipova je i rasteretna građevina sa otvorom u dnu (Slika 6.8). Kao rasteretna građevina može se koristiti i obični sifon (Slika 6.5), tako da se dobije rasteretna građevina sa sifonskim preljevom. 205


Slika 6.5: Rasteretna građevina sa sifonskim preljevom

Slika 6.6: Rasteretna građevina s preljevom u krivini

206


a) Otjecanje – male oborine

b) Otjecanje – velike oborine

Slika 6.7: Razdjelni preljev

1 – željezni pridržač

2 – ozračna cijev

3 – pomični prag

Slika 6.8: Čelni tip preljeva s otvorom u dnu /36/

Koji će se tip primijeniti u konkretnom slučaju, ovisi o lokalnim prilikama, kao što su: 207


količine voda; oblik i položaj kanala; raspoloživi prostor; položaj prijamnika; položaj radnog kanala; visinski odnosi razina vode u kanalu, prijamniku i radnom kanalu; režim tečenja u kanalima; način upravljanja.

Važno je naglasiti da danas sve rasteretne građevine moraju imati uronjenu pregradu prije preljeva, kako bi se spriječilo otjecanje plutajućih tvari zajedno s preljevnim vodama. Na prikazanim slikama ove uronjene pregrade nisu ucrtane, a prikazuju ih Slika 6.11 i Slika 6.13. Ukoliko je prostor ograničen po duljini, tada je svrhovitije koristiti obostrani preljev; ako se vode kod određenog protoka mogu potpuno ispuštati u prijamnik, tada se koriste raspodjelni preljevi; ako je radni kanal okomit na dotok vode, tada se koristi okomiti preljev. Međutim, treba razlikovati rasteretne građevine na objektima kanalizacijskog sustava (kišni bazeni, građevine uređaja za pročišćavanje, crpne stanice i drugo) i na kanalima sustava. U slučaju kanala, voda teče izrazito uzduž kanala i mijenja se u količini i brzini dotjecanja na preljevni prag. U slučaju građevina, tečenje prema preljevnom pragu je slabo, ali s izraženim vertikalnim promjenama razine vode u građevini i na preljevu. U skladu s tim, u kanalima se češće koriste rasteretne građevine s bočnim preljevima i otvorom u dnu, dok se kod građevina češće koriste rasteretne građevine s čelnim preljevima i sifonom. S obzirom na režim tečenja u radnom kanalu, razlikujemo: preljeve s prigušenjem; i preljeve bez prigušenja. Kod preljeva s prigušenjem, voda na početku radnog kanala teče pod tlakom tvoreći tako prigušnicu. Ukoliko nema prigušenja, tada je voda u radnom kanalu sa slobodnim vodnim licem. Svrha prigušenja je dobivanje što ravnomjernijeg otjecanja u kanalizacijskom sustavu kod različitih režima rada preljeva, a to za posljedicu ima podizanje razine vode na preljevu, čime se na manjoj duljini preljevnog praga mogu prelijevati veće količine. Zbog toga su preljevi s prigušenjem racionalniji i pouzdaniji. S obzirom na režim tečenja u preljevnom kanalu, imamo dva slučaja: potopljeni preljev; i nepotopljeni preljev.

Slika 6.9: Preljev s prigušenjem i bez prigušenja 208


Slika 6.10: Potopljeni i nepotopljeni preljev

Potopljeni preljev je onaj kod kojeg je razina vode u preljevnom kanalu viša od razine preljevnog praga, a nepotopljeni preljev je onaj kod kojeg je razina vode u preljevnom kanalu niža od razine preljevnog praga. Da bi se spriječilo otjecanje plivajućih tvari preko preljevnog praga, u prijamnik se postavljaju uronjene pregrade (Slika 6.11). Pregrada zadržava plivajuće tvari, a po prestanku dotoka oborinskih voda plivajuće tvari otječu putem prigušnice u pravcu uređaja. Da bi učinak pregrade bio dobar, nužno je da je voda koja dolazi u bazen usporena, odnosno da ima mirni tok. Zbog toga ulazni cjevovod treba biti većih dimenzija, odnosno mora biti veći od minimalnoga: Dmin = 0,165 ⋅ Q 0, 4

(6.20)

Tablica 6.1 prikazuje preporuke za dimenzioniranje preljevnog bazena s uronjenom pregradom.

Slika 6.11: Preljev s uronjenom pregradom /91/

209


Tablica 6.1: Preporuke za dimenzioniranje preljevnog bazena s uronjenom pregradom /91/ Visina praga iznad izlazne cijevi Hw/D

Minimalni promjer ulazne cijevi Dmin/Q0,4

Maksimalna razina vode Hm /Dmin

Visina pregrade

0,9 1,0 1,2

0,165 0,161 0,157

1,60 1,70 1,85

0,5 0,6 0,8

6.1.3

HS /D

Dimenzioniranje

Hidraulički proračun kišnog preljeva sastoji se od određivanja: visine i duljine preljevnog praga; dimenzija preljevnog i radnog kanala. Izbor ovih veličina ovisi o tipu preljeva koji se koristi. Osnovni cilj hidrauličkog dimenzioniranja rasteretnih građevina je: da prelijevanje započinje tek kada protok postane veći od kritičnoga; da se dotok u izlaznom kanalu, na izlazu iz rasteretne građevine prema uređaju za pročišćavanje, znatnije ne mijenja s promjenom protoka u dotoku iznad kritičnog protoka rasteretne građevine Qkrit. Qmješavine

Qradna Qpreljeva

Slika 6.12: Protoci na preljevu

Ako je Qmax,radna maksimalni protok u pravcu uređaja u razdoblju maksimalnog dotoka mješavine vode na rasteretnu građevinu Qmax,mješavine, tada se može odrediti veličina koeficijenta raspodjele protoka αras kao:

α ras =

Qmax ,radna Qradna

(6.21)

U idealnom slučaju, αras = 1. Kod rasteretnih građevina koje funkcioniraju na statički način, dotok u sustavu raste s trajanjem oborina, kako na rasteretnoj građevini, tako i nizvodno od nje. Kada se veličina dotoka izjednači s kritičnim protokom rasteretne građevine Qkrit, dolazi do prelijevanja tako da se prelijevaju sve količine veće od kritične, a manjim dijelom raste i Qradna. Kod maksimalnog dotoka javlja se Qmax,radna. U skladu s tim mijenja se koeficijent raspodjele koji je različit kod pojedinih tipova kišnih preljeva. Bolji su preljevi koji imaju manju veličinu koeficijenta αras. Kod rasteretnih građevina s dinamičkim radom, Qradna se kontrolira, tako da se količina voda koja otječe u pravcu uređaja prilagođava trenutnom stanju u dotoku. Kod ovih preljeva moguće je postići idealnu veličinu koeficijenta raspodjele, αras =1. 210


Dimenzioniranje čelnih preljeva

Za razliku od drugih tipova preljeva, proračun čelnog preljeva je jednostavan i može se kvalitetno provesti. Veličina protoka čelnog preljeva računa se po formuli: 3

Q preljev = L ⋅ c ⋅ 2 ⋅ µ ⋅ hm2 ⋅ 2 g ⋅η 3

(6.22)

Korištenjem ove formule računa se duljina preljevnog praga: L=

Q preljev c ⋅ 2 3 ⋅ µ ⋅ hm3 2 ⋅ 2 g

⋅η

(6.23)

i visina vode na preljevu hm: ⎡ 3 ⋅ Q preljev ⎤ hm = ⎢ ⎥ ⎢⎣ 2 ⋅ µ ⋅ c ⋅ L 2 g ⎥⎦

2/3

(6.24)

gdje je: Qpreljev – količina koja se prelijeva (m3/s); L – potrebna duljina praga (m); c – koeficijent umanjenja u funkciji razine vode u nizvodnom preljevnom kanalu; µ – koeficijent krune preljevnog praga; hm – srednja visina vode na preljevu (m); η – koeficijent sigurnosti. Preporučuje se korištenje oštrog preljeva sa pločom (Slika 6.13) kod kojeg je veličina koeficijenta µ = 0,62, jer se takvi mogu vertikalno pomicati i prilagođavati potrebama. U svim ostalim slučajevima mogu se koristiti veličine koje prikazuje Slika 6.15.

Slika 6.13: Preljevni prag sa oštrim preljevom 211


µ=0,5

µ=0,52

µ=0,64

µ=0,75

µ=0,79

Slika 6.14: Oblici krune preljevnog praga i veličina koeficijenta prelijevanja /68/

Koeficijent umanjenja c funkcija je visine vode iznad preljevnog praga u preljevnom kanalu i visine vode na preljevu: ⎛ h′ ⎞ c = f ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ hm ⎠

(6.25)

gdje je: h′ – visina vode iznad praga u preljevnom kanalu; hm – srednja visina vode na preljevu. Koeficijent c može se računati po formuli: ⎛ ⎞ c = 1 − ⎜ h′ ⎟ ⎝ hm ⎠

n

(6.26)

gdje je: n = 2, za oštrobridni preljev; n = 3, za zaobljene preljevne pragove; n = 4, za široke preljevne pragove. Veličinu koeficijenta c može se računati i iz podataka koje prikazuje Tablica 6.2 (Boss, 1956, /24/), i to za sve oblike preljevnih pragova. Tablica 6.2: Koeficijent umanjenja h′/hm

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,1

c

1,0

0,99

0,98

0,97

0,96

0,94

0,91

0,86

0,78

0,62

0,0

Koeficijent sigurnosti ovisi o tipu preljeva. Na primjer, kod čelnog preljeva koeficijent sigurnosti jednak je 1. Ispred preljevnih pragova često se postavljaju uronjene pregrade kojima se sprječava istjecanje plivajućih tvari u prijamnik. Ukoliko se poštuju ograničenja koja prikazuje Slika 6.11, tada se utjecaj uronjene pregrade na rad preljeva može zanemariti (ATV 111/94). Izložene smjernice za proračun vrijede za kišne bazene i slične građevine pravokutnog ili okruglog tlocrtnog oblika.

212


Slika 6.15: Odnos vodnih lica na preljevnom pragu

Dimenzioniranje bočnih preljeva

Bočni preljev se vrlo često rabi u kanalizaciji, a naročito u kanalizaciji mješovita tipa. Veliki problem u primjeni bočnih preljeva je njihovo dimenzioniranje. Naime, nije moguće potpuno analitičko rješavanje jednadžbi koje opisuju tečenje u kanalima s bočnim preljevima, pa se uglavnom rabe približne metode proračuna, zasnovane na eksperimentima provedenim u ograničenom rasponu mnogih varijabli koje utječu na tečenje. Primjena ovakvih metoda uzrokuje pogreške u proračunu prelijevanja, a one se nastoje otkloniti primjenom većih faktora sigurnosti. Ovakav je potpuno opravdan kod proračuna manjih preljeva, jer je kakvoća ulaznih podataka takva da precizniji proračuni ne bi bitno racionalizirali izgradnju ili povećali pouzdanost u dimenzioniranju objekata. Međutim, kada se dimenzioniraju veliki preljevi, oni se uglavnom najprije dimenzioniraju korištenjem empirijskih formula, potom se tako dobivene dimenzije provjeravaju na fizikalnom modelu. Druga je mogućnost dimenzioniranje korištenjem odgovarajućih numeričkih modela (koji daju znatno preciznije rezultate) na računalu. Ovdje se nameće logično pitanje: što je to mali, a što veliki preljev? Ne postoji neko određeno pravilo koje razgraničava veliki od malog preljeva. Je li neki preljev velik ili mali, trebaju odlučiti sami projektanti na temelju lokalne situacije: dimenzija objekta, značenja objekta i osjetljivosti samog problema. Naime, preljev može biti mali po dimenzijama, ali veliki po svome značenju, te kao takav obično zahtijeva vrlo precizan proračun. To su situacije u kojima se ne dopušta bitno odstupanje od zadanih ograničenja u radu preljeva (na primjer, prelijevanje u osjetljive prijamnike kao što su jezera i slično). 213


Prema dosadašnjem iskustvu u odnosu na veličine objekta i količine, malim preljevima trebaju se smatrati oni čija duljina preljevnog praga ne prelazi 5 m, a količine koje se prelijevaju ne prelaze veličinu od 2 m3/s. Bočni preljev bez prigušenja

U teoriji bočnog preljeva mogu se uočiti dva pristupa rješavanju problema: energetski pristup; i primjena zakona održanja količine gibanja. Energetski pristup temelji se na osnovnoj pretpostavci da se ukupna specifična energija tekućine sadržane u kanalu ne mijenja uzduž bočnog preljeva, osim za smanjenje energije zbog trenja, što podrazumijeva da je uzdužna brzina preljevnog toka jednaka prosječnoj brzini u kanalu. U praksi se pokazalo da se rješenja izvedena na ovoj osnovnoj pretpostavci razmjerno dobro slažu sa stvarnim stanjima /66/. Nedostatak ove metode je što ne uzima u obzir povećanja uzdužne brzine tekućine na preljevu, pa se zbog toga dobivaju nešto manje količine prelijevanja od stvarnih. Drugi se pristup zasniva na primjeni zakona održanja mase i količine gibanja na računski element (preljev). Primjenom ovih zakona izvode se osnovne jednadžbe vodnog lica i kontinuiteta, koje čine sustav običnih diferencijalnih jednadžbi za koje se ne mogu naći rješenja u analitičkom obliku čak ni kod jednostavne geometrije i jednostavnih rubnih uvjeta. Međutim, ovaj sustav jednadžbi može se rješavati odgovarajućim numeričkim postupcima. U rješavanju problema značajnu ulogu ima vodno lice uzduž bočnog preljeva, a ono može poprimiti različite oblike. Na oblik vodnog lica utječu: režim strujanja vode u kanalu prije preljeva, duljina preljeva i visina preljevnog praga. Rubni uvjeti za rješavanje jednadžbi ovise o režimu strujanja, tj. o lokalnom Froudeovu broju. Budući da nije moguće u općem slučaju u cijelosti predvidjeti režim strujanja, jer se s obzirom na promjenjiv tok Froudeov broj uzduž toka mijenja, razmatraju se samo tri osnovna slučaja: siloviti režim; mirni režim; prijelaz silovitog u mirni režim. a) Siloviti režim (Slika 6.16.c) Ako kanali mješovite kanalizacije imaju veliki pad, možemo pretpostaviti da je u dovodnom kanalu siloviti režim. U ovakvoj situaciji preljev nema utjecaja na uzvodni tok, pa se na uzvodnom dijelu kanala zadržava isti režim. Zbog toga je oblik vodnog lica (a time i protok prelijevanja) funkcijski ovisan isključivo o uzvodnom stanju. Za ovakvu situaciju mogu se postaviti rubni uvjeti i naći rješenje. b) Mirni režim (Slika 6.16.b) Kada kanali mješovite kanalizacije imaju mali pad, možemo očekivati mirni režim koji se održava ne samo uzvodno, već i na samom preljevu, pa i nizvodno. U ovom slučaju preljev utječe jedino na uzvodni protok. Nizvodni protočni uvjeti Q2 određuju normalnu dubinu vode na kraju preljeva. Dubina vodnog lica raste na preljevu u pravcu toka. Na 214


uzvodnoj dionici 1 dubina se asimptotski približava normalnoj dubini za protok Q1. U skladu s ovim mogu se postaviti rubni uvjeti za uzvodni (1) i nizvodni (2) profil na preljev i naći rješenje. c) Prijelaz iz silovitog u mirni režim (Slika 6.16.a) Ako je u dovodnom kanalu siloviti režim takav da je dubina na početku preljeva manja od kritične, na početku preljeva ćemo imati prelijevanje u silovitom režimu. Međutim, ako je prelijevanje intenzivno, tada nizvodno zbog smanjenog protoka može doći do tolikog smanjenja Froudeova broja, pa se javlja drugi režim strujanja. U tom se slučaju na dijelu preljevnog praga javlja vodni skok. Rubni uvjeti su tada složeniji jer u profilu (1) imamo rubne uvjete za siloviti, a u profilu (2) za mirni režim. Vodni skok može se pojaviti i u slučaju malih padova, pri čemu je visina praga manja od kritične dubine u odnosu na dolazni protok, pod uvjetom da je preljevni prag dovoljno dugačak. U ovakvoj situaciji imamo kritičnu dubinu na početku preljeva. Prolazeći duž preljeva voda se prelijeva, a vodno lice smanjuje i tok postaje superkritičan. Ako nizvodni pad ostaje blag, može doći do vodnog skoka neposredno nizvodno od preljeva. Uzimajući u obzir da u kanalizaciji dotok na preljev varira (nije konstantan) u omjeru od 1:30 i da karakteristike kanala na preljevu ispred i iza preljeva mogu biti različite (pad, oblik), vrlo je teško egzaktno proračunati preljev u kanalizaciji. Zbog toga se u kanalizaciji češće koriste približni proračuni na temelju empirijskih formula i iskustvenih preporuka.

Slika 6.16: Mogući tipovi vodnog lica na bočnom preljevu

215


U daljnjem tekstu prikazat će se proračun u skladu s preporukama Njemačkog udruženja za otpadne vode /88/ i nekih drugih autora. Za proračun se koriste već dane formule (6.21 – 6.25). Ukupne karakteristike preljeva i visina vode na preljevu hm se dobiju kao:

Q preljev = f (hm )

Srednja visina na preljevu se računa kao: 1 hm = hu + ⋅ (ho − hu ) 4

gdje je: hu ho

(6.27)

– nizvodna visina vode iznad preljevnog praga; – uzvodna visina vode na preljevnom pragu jednaka visini vode ispred praga za računsku količinu vode.

Slika 6.17 prikazuje ovaj način određivanja srednje veličine prelijevanja. Može se uočiti da ona znatno odstupa od stvarnog izgleda vodnog lica na preljevu. Zbog toga i preporuke ATV-a /10/ u ovom slučaju predlažu faktor sigurnosti od 50%.

Slika 6.17: Proračunavanje srednje visine prelijevanja

Za proračun se može koristiti i nomogram (Slika 6.18), koji je rađen za koeficijent krune preljevnog praga od 0,6. U slučaju dvostranih preljeva koriste se iste formule i nomogram s tim da se izračunata duljina poveća za 20%. Naime, smatra se da je koeficijent prelijevanja kod dvostranog preljeva manji za 15% od istog tipa jednostranog bočnog preljeva. Osim formule (6.23) postoje i druge, kao što je formula Ackersa /73/, koja se primjenjuje u slučajevima kad vodno lice duž preljeva opada, kao što je to slučaj kod preljeva bez prigušnice. ⎧⎪ ⎡ ⎤ ⎫⎪ ⎛ c ⎞ c 0,4 ⎟⎟ + 0,310 ⋅ L = 2,03 ⋅ B⋅ ⎨2 ⋅ 2 ⋅ ⎢ n2 − 0,4 ⋅ ⎜⎜1 − 0,4 ⋅ − 0,948 ⋅ cos −1 + 0,065⎥ ⎬ Ew ⎠ Ew n2 ⎪⎩ ⎝ ⎣⎢ ⎦⎥ ⎪⎭

Ew = α ⋅

216

Vn2 + α ′⋅ (d n − c ) 2g

(6.28)


gdje je: L B n2 h1 h2 c Ew Vn

α α' dn

– duljina praga (m); – širina kanala (m); – h1/h2. – visina vode na početku praga (m); – visina vode na kraju praga (m); – visina praga (m); – specifična energija toka u odnosu na krunu preljeva (m); – brzina vode u dolaznom kanalu (m/s); – brzinski koeficijent; – hidrostatski koeficijent; – dubina vode u dolaznom kanalu (m).

Slika 6.18: Nomogram za proračun duljine praga po formulama (6.21 – 6.23) za bočne i okomite preljeve /10/ 217


Značenje korištenih veličina prikazuje Slika 6.19.

Slika 6.19: Hidrodinamički odnosi na preljevu prema Ackersu /73/

Eksperimentalno je utvrđeno da je na uzvodnom dijelu:

α ′ = 1,0 ,

α = 1,2 ; i da je visina vode na početku praga: h1 = 0 ,5 ⋅ E w

(6.29)

odnosno: h2 =

Na nizvodnom dijelu:

α = 1,4 ;

Ew 2n2

(6.30)

α ′ = 0,95 .

Za proračun se koristi i dijagram. Proračun se radi iterativno, jer se u proračunu najprije mora pretpostaviti n2, potom izračunati L i količina vode koja teče dalje. Ako količina vode ne zadovoljava, tada se proračun ponavlja uz korištenje primjerenije veličine n2. Kada se radi o većim preljevima, izračunate dimenzije moraju se provjeriti na fizikalnom modelu. Preljevi bez prigušenja imaju velike duljine, a veličina radnog protoka u pravcu uređaja za pročišćavanje značajno se mijenja s porastom ukupnog protoka koji dolazi na rasteretnu građevinu. Zbog toga se ovi tipovi koriste samo iznimno. U pravilu se koriste bočni preljevi s prigušnicom.

Bočni preljevi s prigušenjem

Racionalnije rješenje je na izlaznom kanalu stvoriti prigušenje koje za rezultat ima podizanje vode na preljevnom pragu i njegovo ujednačavanje na cijeloj duljini praga, a time i veće prelijevanje po duljini preljevnog praga, te manju promjenjivost radnog protoka u pravcu uređaja. Visina krune pregrade određuje se dimenzioniranjem prigušnice pri kritičnom otjecanju mješavine vode (kada počinje prelijevanje). Svako povišenje krune preljeva zahtijeva povećanje prigušenja uz iste veličine otjecanja. 218


Za proračun se koriste formule (6.22 – 6.26), a isti proračun se koristi za jednostrane i dvostrane bočne preljeve, s time da se dobivena duljina za jednostrani preljev dijeli s dva za slučaj da se gradi dvostrani bočni preljev. Srednja visina na preljevu h0,m dobije se kao:

(

2 h 0, m = h 0, a + ⋅ h 0, b − h 0, a 3

)

(6.31)

gdje je: h0,b – nizvodna visina vode iznad preljevnog praga; h0,a – uzvodna visina vode na preljevnom pragu jednaka visini vode ispred praga za računsku količinu vode. Uvrštavanjem ove veličine u jednadžbe (6.22 – 6.24), izračunava se potrebna duljina bočnog preljeva. Pri tome je potrebno provjeriti zadovoljenje određenih uvjeta koji se daju u daljnjem tekstu. Formula (6.31) je empirijska formula koja se koristi za prigušene bočne preljeve i vrijedi uz uvjet da je Fr ≤ 0,75 u dolaznom kanalu na udaljenosti od 20 dijametara da ili 20 visina ha (Slika 6.20), odnosno da u dovodnom kanalu imamo mirni režim tečenja. Pretpostavka je da je oblik vodnog lica na preljevu paraboličan.

Slika 6.20: Karakteristike protoka na bočnom preljevu u mirnom režimu tečenja

U slučaju kada je Fr > 1,5 primjenjuje se rasteretna građevina s otvorom u dnu. U slučaju kada je 0,75 < Fr < 1,5, preljev ne može funkcionirati pravilno, stoga ga u takvim uvjetima toka ne treba primjenjivati. U takvim uvjetima mora se rekonstruirati razmatrana dionica kanala ili projektirati objekte za umirenje toka vode /6/.

219


Veličina Froudeova broja može se izračunati po formuli: Fr =

gdje je: Q A g B

Q g⋅A A⋅ B

(6.32)

– protok; – površina vodnog lica; – ubrzanje sile teže (9,81 m/s2); – širina vodnog lica.

Za okrugle kanale može se koristiti pojednostavnjeni oblik:

Fra = gdje je: da ha

Q

(6.33)

g ⋅ d a ⋅ h a4

– promjer dovodnog cjevovoda; – visina punjenja u dovodnom cjevovodu.

U skladu sa pretpostavkama koje prikazuje Slika 6.21, pretpostavlja se da je gubitak energije duž toka na preljevu zanemariv, odnosno da je h1 = 0.

Slika 6.21: Rubni uvjeti na bočnom preljevu

Ukoliko se ipak žele uzeti u obzir sve karakteristike toka, tada vrijedi:

ha +

2

2

v va + ∆ S = hb + B ,b + h1 2g 2g

(6.34)

Za proračun veličine gubitaka h1 vrijedi:

h1 =

1 ⋅ (J E ,a + J E ,b ) ⋅ l0 2

(6.35)

Ova načela vrijede i za obostrani bočni preljev. Da bi se osigurao djelotvoran rad preljeva potrebno je zadovoljiti i sljedeća ograničenja /6/: duljina jednostranog bočnog preljevnog praga mora biti najmanje 3 da ili 3 ha; 220


duljina obostranog bočnog preljeva mora biti najmanje 4 da ili 4 ha; minimalna visina preljevnog praga Sa je 0,5 da ili 0,5 ha; maksimalna visina preljevnog praga Sa je 0,8 da ili 0,8 ha; kao ograničavajuća veličina visine vode na preljevu h0,a vrijednost od (0,85 da – Sa) ili (0,85 ha – Sa) se ne smije prekoračiti.

U pojedinim se slučajevima ove preporuke ne moraju poštivati, uz uvjet da se detaljno proračuna protočna crta na preljevu. Da bi preljev pravilno funkcionirao, moraju se odrediti veličina i duljina prigušnog kanala. Kanal mora zadovoljavati sljedeća ograničenja: minimalni profil mora biti 200 mm; najveći profil može biti 500 mm sa slobodnim izljevom; minimalna duljina mora biti 20 db; maksimalna duljina treba biti 100 m; odnos lt / db treba biti što je moguće veći; maksimalni pad je 0,3%. Za potrebe hidrauličkog proračuna trebaju se uzeti u obzir sljedeća ograničenja: kc = 0,25 mm; koeficijent gubitaka na ulazu; mD = 1,0 za slučaj da je tlačna crta na izlazu sa slobodnim vodnim licem.

Slika 6.22: Hidraulička shema prigušnice

U skladu s objašnjenjima koja prikazuje Slika 6.22 i uz uvažavanje danih preporuka i ograničenja, proračun duljine prigušnog kanala se zasniva na korištenju sljedećih formula:

∆ hb ,krit

2

vb + J E ⋅ lt 2g = Sb + J B ,b ⋅ lt − d b ⋅ m

∆ hb ,krit = (ξ e + 1) ⋅

(6.36) (6.37)

gdje je m koeficijent koji određuje položaj tlačne crte za slobodno istjecanje na izlazu iz prigušnice.

221


Izjednačavanjem jednadžbi (6.36) i (6.37) potrebna duljina prigušnice računa se kao: lt =

Sb − d b − (ξ e + 1) ⋅

2

vb 2g

J E − J B ,b

(6.38)

Jedan od uvjeta koji treba zadovoljiti jest da je visinska razlika od ulaza u prigušnicu do visine dna na početku preljeva veća od 3 cm, odnosno da je ∆ S > 3 cm /6/. To se provjerava korištenjem sljedeće jednadžbe: 2 2 ⎛ ⎞ ⎛ J E ,a + J E ,b vb va ⎞⎟ ⎜ ⎜ ⎟ ∆ S = ⎜ hb + + ⋅ l0 ⎟ − ⎜ ha + 2g 2 2 g ⎟⎠ ⎝ ⎠ ⎝

(6.39)

Osim toga, visina preljevnog praga na ulazu u prigušnici mora biti: Sb ≥ d b +

2

vb 2g

(6.40)

Uvjet je i da je raspodjela protoka s prigušnicom u granicama do 20%, to jest da je: Qb (za Qmax ) − 1 ≤ 0,2 Qkrit

(6.41)

Da bi se postiglo da ne dolazi do taloženja na rasteretnoj građevini u sušnom razdoblju, vučna snaga toka treba biti: τ min = 4,1 ⋅ Q1 / 3 (N/m2) (6.42) Veličina raspoložive vučne snage računa se po formuli:

τ raspo = o ⋅ g ⋅ rhy ⋅ J F

(N/m2)

(6.43)

gdje je: o – gustoća tekućine (kg/m3); rhy – hidraulički radijus; JF – gradijent crte energije ( J F = J B , b ). Zapornica na radnom kanalu Da bi se regulirao protok, odnosno rad rasteretne građevine, na kraju prigušnog kanala može se postaviti zapornica. Potreba za ugradnjom zapornice javlja se u početnim razdobljima rada kanalizacijskog sustava, kada na razdjelnu građevinu zbog neizgrađenosti sustava ne dolazi projektirani protok, kao i u svim situacijama kada se želi upravljati radom rasteretne građevine. U slučaju primjene zapornice, ne mora se poštovati zahtjev za minimalnim otvorom prigušnice od 200 mm. Postavljanjem zapornice stvara se dodatni otpor tečenju, tako da je gubitak: h1 = ξτ ⋅

2

vb 2g

Koeficijent otpora ξτ izračunava se kako prikazuje Slika 6.23. 222

(6.44)


Slika 6.23: Koeficijent gubitaka zapornice /6/

Okvir 6.1: Postupak proračuna preljeva sa prigušnicom Korak 1. Izračunavaju se karakteristike protoka u dovodnom kanalu za Qmin=Qsušno, Qmax=Qkišno i Qkrit. Računaju se: ispunjenost, brzina, Froudeov broj i vučna snaga toka, te provjeravaju izračunate vrijednosti sa traženim ograničenjima. Korak 2. Izračunavaju se karakteristike protoka u prigušnici (radnom kanalu) za Qpuni profil, Qsušno i Qkrit. Računaju se brzina, ispunjenost, pad energetske linije za Qkrit i vučna snaga toka za Qsušno, i dobivene vrijednosti uspoređuju sa ograničenjima. Korak 3. Proračunavaju se visinski odnosi na preljevu, izračunava ∆ S i uspoređuje na ograničenjem. Korak 4. Izračunavaju se visine preljevnog praga, Sb i Sa i provjeravaju kriteriji (ograničenja). Korak 5. Izračunava se duljina prigušnice lt i provjeravaju kriteriji i ograničenja. Gubitak na ulazu e može se uzeti pri oštrokutnom ulazu dovoljno točno sa e = 0,35. Pri dobro zaobljenoj izvedbi može se uzeti e = 0,25. Korak 6. Izračunava se visina vodnog lica na početku i kraju preljevnog praga, Ha i Hb i srednja visina vode na preljevu H0,m. Korak 7. Izračunava se duljina preljevnog praga l0. Korak 8. Za dobivene veličine razine vode na preljevu provjeravaju se veličine Froudeova broja i njegova ograničenja u skladu s pretpostavkama proračuna.

223


Razdjelni preljev

Razdjelni preljev služi da sve vode iz kanala kod određenog protoka ispusti u prijamnik i tako eliminira tečenje u fekalnim kolektorima u pravcu uređaja. Ovakvi se preljevi primjenjuju u polurazdjelnom sustavu kanalizacije (o čemu je već bilo govora u poglavlju 1), kao i kod mješovitog sustava, naročito ukoliko su oborinske vode znatno veće od voda sušnog razdoblja i uz to razmjerno čiste. Ovaj oblik preljeva pogodan je i u slučajevima kada je u dotjecajnom kanalu siloviti režim tečenja. Proračun ovog preljeva zasniva se na analizi mlaza koji dotječe, odnosno njegova dometa (skoka). Preljev se u potpunosti ne može proračunati analitički, te se stoga proračunava iterativno. Ovakav tip preljeva se uvijek radi s promjenjivom zahvatnom krunom koja se može micati i tako prilagođavati stvarnim potrebama (Slika 6.24). Za padove dovodnog kanala manje od 200 ‰, maksimalna duljina mlaza se proračunava kako slijedi: lmax = 1 ⋅ vkrit ⋅ hkrit (6.45) 2 gdje je: vkrit – brzina kod kritičnog tečenja u dovodnom cjevovodu; hkrit – dubina kod kritičnog tečenja.

Slika 6.24: Razdjelni preljev s pomičnom pločom

Za padove dovodnog cjevovoda veće od 200 ‰, za proračun se koristi formula: lmax = 1 ⋅ vkrit ⋅ hkrit 2

gdje je: I – pad dna kanala (‰).

224

⋅ ⎛⎜1 + ⎝

1 − 0,2 ⎞ +h ⋅I 4 ⎟⎠ krit

(6.46)


Preljev s otvorom u dnu

U slučajevima kada se rasteretna građevina treba graditi na dionicama na kojima je siloviti režim tečenja, tada se primjenjuje rasteretna građevina s otvorom na dnu, odnosno takozvani “leaping weir” (Slika 6.25). Kod primjene ovog tipa treba provjeriti je li kod Qkrit veličina Froudeova broja Fr > 1,5 i je li uzvodna dionica nepromijenjena na udaljenosti od 20·da ili Ha.

Slika 6.25 prikazuje kako je potrebno ispuniti sljedeće uvjete /6/: pridneni razdjelni element ne smije biti dublji od dna dovodnog kanala; otjecanje kroz izlaznu cijev otvora na dnu mora uvijek biti sa slobodnim vodnim licem; duljina pridnenog otvora mora biti najmanje 50 cm. Duljina pridnenog otvora se u slučaju okruglih dovodnih kanala računa na sljedeći način: lmax =

h 3 ⋅ vkrit ⋅ krit , 2 g

lmax = 1,7 ⋅ vkrit ⋅

za JB,a < 200 ‰

hkrit + 1,15 ⋅ hkrit ⋅ J B ,a , za 200 ‰ < JB,a < 400 ‰ g

(6.47) (6.48)

Duljina preljevnog praga računa se pomoću formula (6.46 i 6.47) i u slučaju da je dovodni kanal pravokutna oblika, s tim da se izračunate vrijednosti povećaju za 20%. Kod primjene ovih rasteretnih građevina preporučuje se izgradnja u kojoj se otvor na dnu može mijenjati pomoću pomične pregrade, tako da se izračunate veličine mogu prilagođavati stvarnom stanju i potrebama. U izgradnji ovakvih objekata uvijek treba koristiti visokokvalitetne materijale koji ne korodiraju u otpadnoj vodi.

a) Izgled

b) Stanje kod kritičnog protoka Qkrit 225


c) Stanje kod maksimalnog protoka Qmax Slika 6.25: Rasteretna građevina sa otvorom u dnu – “leaping weir”

Visina preljevnog praga – punjenja kanala

Visina preljevnog praga za određene kanale određuje se iz krivulje punjenja kanala. Svaki poprečni oblik kanala ima svoju krivulju punjenja, a Slika 6.26 i Slika 6.27 prikazuju krivulje za okrugli i jajoliki poprečni presjek. Poznat nam je kritični protok Qkrit kod kojeg nastupa prelijevanje. Isto tako, iz hidrauličkih tablica za određeni profil, pad i koeficijent pogonske hrapavosti možemo očitati protok i brzinu kod punog punjenja profila Qpp, vpp. Poznavajući ove veličine možemo izračunati odnose: Qkrit ⋅100 = Q (%) Q pp

(6.49)

a iz dijagrama punjenja očitati s krivulje (Q-H), postotak punjenja i brzinu: h (% ) =

hkrit vkrit ; = v (%) h pp v pp

Slika 6.26: Krivulje punjenja i brzina za okrugli poprečni presjek 226

(6.50)


QV – protok punog profila; VV – brzina punog profila; QT – radni protok; VT – brzina kod radnog protoka. Slika 6.27: Krivulje punjenja i brzina za jajoliki poprečni presjek

Znajući profil i brzinu kod punog punjenja, može se izračunati: hkrit =

v (% ) h (% ) ⋅ h pp ; vkrit = ⋅ v pp 100 100

(6.51)

gdje je: hkrit – tražena visina krune preljeva kod kojeg još uvijek neće doći do prelijevanja. 6.1.4

Upravljanje rasteretnim građevinama

Zbog rastućih problema zagađenja vodnih resursa s jedne, i sve većih troškova prikupljanja i pročišćavanja urbanih voda s druge strane, u današnje se vrijeme sve veća pozornost poklanja radu rasteretnih građevina. Zbog toga se rasteretne građevine sve više grade kao objekti s dinamičkim radom, odnosno objekti čijim radom se može upravljati. To posebno vrijedi za velike rasteretne građevine, jer se upravljanjem njihovim radom razmjerno malom investicijom postižu značajni ekonomski i ekološki učinci. Rasteretne građevine s dinamičkim radom redovito se primjenjuju kod velikih kanalizacijskih sustava kod kojih su tečenja znatno promjenjiva s obzirom na veliki slijevni prostor koji je obuhvaćen sustavom, a time i nejednolikom veličinom oborina. Da bi se racionalizirao rad uređaja za pročišćavanje i ostalih objekata kao što su crpne stanice, te postigao što bolji učinak zaštite okoliša od preljevnih voda, voda se u kanalizacijskom sustavu zadržava i preraspodjeljuje kako bi se smanjili vršni protoci u pravcu uređaja, a povećala ukupna količina otpadnih i oborinskih voda koja se pročišćava. Osnovni preduvjet za ovakvo upravljanje kanalizacijskim sustavom i rasteretnim građevinama jest postojanje sustava mjerenja veličine oborine i protoka u pojedinim dijelovima sustava i odgovarajući model tečenja u sustavu. Sustav mjerenja mora biti direktan s trenutnim praćenjem stanja količina, ali i stanja kakvoće vode. U pravilu, uz model simuliranja tečenja u sustavu, postoji i optimalizacijski model koji određuje način rada rasteretnih građevina u skladu sa zadanim ciljevima i ograničenjima. Svi prije opisani tipovi rasteretnih građevina mogu se, uz odgovarajuću izvedbu regulacijskih elemenata, koristiti za dinamički rad. U pravilu se: kod tipova s prigušnicom postavljaju zapornice sa daljinskim upravljanjem; 227


kod tipova s preljevnim pragom postavlja pomični preljevni prag ili njegov dio; kod tipova s otvorom u dnu ili vodnim skokom postavlja pomični dio u dnu kanala i njime se regulira veličina otvora.

Moguće su i kombinacije različitih zahvata, radi regulacije protoka prema uređaju ili prema prijamniku. Kada se koriste regulacijski elementi, potrebno je poznavati njihove sljedeće karakteristike: tip regulacijskog uređaja; dimenzije; područje rada; vezu s mjerenjem protoka; kakvoću vode; kontrolnu opremu; vezu s upravljačkim centrom, upravljanjem. Jedna od važnijih karakteristika regulacijskog uređaja je njegova funkcionalna karakteristika koju svakako treba provjeriti i usporediti s traženim područjem rada za svaki konkretan slučaj. U pravilu se zahtijeva sljedeća preciznost: za radne kanale, odnosno kanale prema uređaju: ± 5%; za preljevne kanale, odnosno kanale prema prijamniku: ± 10%. Važni kriteriji za izbor kontrolnog uređaja su: potrebna energija; potrebni dodatni elementi; način ugradnje; održavanje; održavanje nominalnih karakteristika; minimalan mogući protok ili širina; uzvodni utjecaj; materijal koji se koristi. Ostali kriteriji za izbor koji se više odnose na karakteristike uređaja u odnosu na pogon su sljedeći: kontrola i održavanje; popravci; prilagođavanja. Sve ove karakteristike treba dobro opisati, odnosno zahtijevati njihovo opisivanje, kako bi se u potpunosti poznavale karakteristike uređaja koji će se primijeniti. Svakako je potrebno voditi računa i o specifičnim uvjetima koji vladaju u sustavu kanalizacije, a naročito o karakteristikama otpadnih i oborinskih voda te utjecaju tih karakteristika na pogon i trajnost uređaja.

6.2

Crpke i crpni sustavi

Crpke se koriste radi transporta vode s jednog mjesta na drugo, najčešće s niže na višu kotu terena. Današnji uvjeti zaštite okoliša zahtijevaju objedinjavanje svih otpadnih i 228


zagađenih voda na uređaje za pročišćavanje i njihovo ispuštanje u prijamnik poslije pročišćavanja. Da bi se sve vode objedinile na uređaj, potrebno je izgraditi manji ili veći broj crpnih stanica jer su, na žalost, vrlo rijetki sustavi s cjelokupnim gravitacijskim dovodom vode na uređaj (odnosno prijamnik). Crpne stanice koriste se i na oborinskoj kanalizaciji radi objedinjavanja voda i svladavanja prepreka. U skladu s tim, crpne stanice dijelimo na: crpne stanice otpadnih voda; crpne stanice oborinskih voda; i crpne stanice mješovitih voda. Crpne stanice najviše se koriste u kanalizaciji otpadnih voda, dok se njihovo korištenje u kanalizaciji oborinskih voda izbjegava zbog velikih troškova izgradnje i pogona. U ovoj će se knjizi veća pozornost posvetiti crpnim stanicama otpadnih voda, posebice stanica malih kapaciteta koje se u kanalizaciji najčešće grade. U kanalizaciji se danas uglavnom koriste dvije vrste crpki: pužne i centrifugalne. Pužne crpke služe samo za vertikalno dizanje vode sa nižih na više kote, dok centrifugalne crpke putem tlačnih cjevovoda omogućuju dizanje voda na veće kote i prebacivanje na veće udaljenosti. Projektiranjem crpnih stanica nastoji se postići optimalno rješenje koje treba imati sljedeće karakteristike: automatski rad; pouzdan i djelotvoran rad; minimalno održavanje; i minimalne troškove održavanja i pogona. S obzirom na kakvoću voda u kanalizaciji, dotjecanje na crpke mora biti izravno, a protok kroz crpku i tlačni cjevovod slobodan za vodu i sve otpadne tvari koje se nalaze u vodi. Na ovaj se način nastoji izbjeći postavljanje rešetki i drugih zaštitnih elementa čiji je rad problematičan i zahtijeva dodatne troškove održavanja i pogona. To posebno vrijedi za kanalizaciju otpadnih i mješovitih voda. Da bi se pouzdano i kvalitetno odredile sve veličine i karakteristike crpnih stanica, potrebno je poznavati sljedeće podatke: veličinu i karakteristike protoka koji dotječe na crpnu stanicu; kakvoću voda; veličine i karakteristike protoka koji se prepumpava; lokaciju i karakteristike mjesta gdje se voda prepumpava; ciklus rada crpki i potrebni retencijski prostor crpnog bazena; minimalni potreban slobodni protočni prostor crpki i tlačnog cjevovoda; karakteristike tlačnog cjevovoda; potrebe budućeg širenja; karakteristike terena na kojem su locirani crpna stanica i tlačni cjevovod; uvjete dobave energije; posebne uvjete izvedbe u skladu sa zaštitom okoliša. Od količine i kakvoće raspoloživih podataka uvelike ovisi i valjanost rješenja, stoga su podaci i njihove karakteristike glavni preduvjet dobrog projektiranja crpnih stanica. U 229


ovom će poglavlju biti prikazan osnovni koncept proračuna crpki i crpnih stanica, kao i neke osnovne definicije u odnosu na njih. 6.2.1

Osnovna analiza crpki

Osnovna analiza crpki u kanalizaciji se u suštini provodi na isti način kao u slučaju vodovoda. Osnovni proračun crpki uključuje sljedeće: 3 kapacitet (m /s); visinu dizanja (m); učinkovitost (η); karakteristične krivulje; ulaznu energiju (Nm/s), (kW). Ostale značajne veličine su: brzina rotacije rotora (okreti/min), (okreti/s); tlak (bar), (Nm2); usisni kapacitet (m3/sat), (m3/s); gustoća vode (kg/dm3), (kg/m3); brzina toka (m/s); konstanta sile gravitacije (m/s2);

U skladu s navedneim ovdje se neće ponavljati problematika:

Kapciteta; Visine dizanja; Učinkovitosti crpke; Poterbana snaga; Izbor radne snage crpke i Potrošnja energije.

6.2.2

Vrste crpki

U kanalizaciji se koriste različite vrste crpki, uglavnom radijalne (centrifugalne) te pužne crpke. Naime, kakvoća otpadne vode uvjetuje primjenu specifične izvedbe crpki kako bi se smanjili problemi vezani za začepljenje i transport krupnih suspenzija i otpadnih tvari. Nadalje, u svijetu se (doduše, znatno rjeđe) koriste i mlazne, pneumatske, kao i neke druge crpke. Centrifugalne crpke

U grupu centrifugalnih crpki spadaju one s radijalnim, mješovitim i aksijalnim tokom. Ovu grupu crpki karakteriziraju dva osnovna elementa: rotor, koji prisiljava tekućinu rotirati; kućište, koje ima zadatak usmjeravati tekućinu ka rotoru i od rotora vani. Uslijed rotacije rotora tekućina napušta crpku s većim tlakom i brzinom nego što je imala na ulazu. Brzina kojom tekućina napušta rotor djelomično se transformira u tlak procesom koji se odvija unutar kućišta crpke.

230


Oblik rotora i kućišta je različit za različite vrste centrifugalnih crpki. Kod radijalnih crpki voda ulazi u smjeru osovine, a rotor napušta radijalno prema kućištu. Razlikujemo jednostrane i dvostrane radijalne crpke. Jednostrane su one kod kojih voda ulazi u rotor samo s jedne strane, a dvostrane su one kod kojih voda ulazi u rotor s obje strane. Mješovite crpke imaju rotor u koji voda ulazi u smjeru osovine, a napušta ga pod određenim kutom prema osovini. U aksijalne crpke voda ulazi u smjeru osovine (aksijalno) i napušta ih aksijalno. Kanalizacijske radijalne crpke imaju specifičnu izvedbu rotora koja omogućuje crpljenje vode zajedno s krupnim suspenzijama (Slika 6.28). Što je crpka većeg kapaciteta, to je veća i mogućnost crpljenja krupnijih suspenzija. U pravilu su ove vrste crpki u stanju crpiti suspenzije i krutine u vodi do 70% veličine otvora rotora Ove su crpke povoljne za veće visine dizanja i razne kapacitete.

a) Rotor s jednim otvorom

b) Slobodni rotor

c) Spiralni rotor

Slika 6.28: Osnovni tipovi rotora centrifugalnih crpki u kanalizaciji

U kanalizacijskim crpkama vrlo je važan slobodni prolaz. Što je prolaz veći, to je manja mogućnost začepljenja. Većina malih i srednjih crpki danas se proizvodi sa slobodnim prolazom veličine 80 mm. Veće crpke (Q > 100 l/s) uglavnom imaju slobodni prolaz od 100 mm ili veći. U uporabi su rotori sljedećih izvedbi: rotor s jednim otvorom (single vane impeller); rotor s više (2 – 4) otvora; slobodni rotor (free impeller); i spiralni rotor (spiral nonclogging rotor). Crpke s ovim tipovima rotora imaju sljedeće mogućnosti visine dizanja (1 bar = visina dizanja od 10 m): spiralni rotor: do 3 bara; rotor s jednim otvorom: do 4 bara; slobodni rotor: do 10 bara. Kao što prikazuje Tablica 6.3, što je više slobodnih otvora (kanala), veći su kapacitet i učinkovitost crpke. 231


Tablica 6.3: Karakteristike rotora Tip rotora Spiralni rotor Rotor s jednim kanalom Rotor s dva kanala Rotor sa tri kanala

Područje primjene Q (l/s) H (m) η (%) < 30 5 – 60 ≈ 50 10 – 150 10 – 70 70 – 75 100 – 500 10 – 100 80 – 85 400 – 1.500 5 – 55 82 – 86

Razlikujemo još: zatvorene rotore; poluzatvorene (poluotvorene) rotore; i otvorene rotore. Poluotvoreni i otvoreni rotori (a time i crpke) su jako osjetljivi na veličinu prostora između rotora i kućišta crpke, koji je obično oko 5 mm. Osjetljivi su na promjenu ovog razmaka i na mogućnost blokade rada zbog zadržavanja krutina između ovih otvora. Poseban tip rotora je rotor sa sjekačem (usitnjivačem) koji u tekućini koju crpi usitnjava krutine na veličinu do 10 mm. To su u pravilu male crpke (Q = 1 – 1,5 l/s i manje). Visine dizanja mogu biti i do 50 m. Uglavnom se koriste kod manjih kućnih crpnih stanica, kao i u posebnim uvjetima. Zbog malog protoka i ograničenja veličine profila tlačnog cjevovoda (DN/ID 40 – 80 mm), nužno je otpatke u vodi samljeti kako ne bi došlo do začepljenja tlačnog cjevovoda i crpke. Ove se crpke ne smiju koristiti za vode koje sadrže pijesak koji bi oštetio sjekače. Crpke s mješovitim tokom mogu biti sličnije radijalnima (tada ih zovemo zavojnim), ili pak aksijalnima (tada ih zovemo poluaksijalnim). Ova se vrsta crpki koristi u kanalizaciji za crpljenje nepročišćene kanalizacijske vode i oborinskih voda. Manje su pogodne za crpljenje sirove otpadne vode, jer je veća mogućnost njihova začepljenja, odnosno mogućnost crpljenja krutina daleko je manja nego kod primjene radijalnih crpki s navedenim tipovima rotora. Zavojne crpke sa specifičnom brzinom između 80 – 120 povoljnije su od ostalih. U pravilu ih je poželjno zaštititi rešetkama čija je veličina otvora u skladu sa zahtjevima proizvođača crpki. Aksijalne crpke se koriste za velike količine (Q = 150 – 3.000 l/s) i male visine dizanja (H = 1 – 9 m). One se nikad ne koriste za sirove otpadne vode, već jedino za oborinske ili pročišćene otpadne vode. Kada se koriste za otpadne vode, moraju se zaštititi rešetkama čija je veličina otvora u skladu sa zahtjevom proizvođača. Aksijalne propelerne crpke imaju učinkovitost od 75 – 85%. Za potrebe recirkulacije vode na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda, proizvode se posebne aksijalne crpke male visine dizanja (0,3 – 1 m) i velikog kapaciteta (do 2.000 l/s). Ove crpke imaju posebne zaštitne elemente koji im omogućavaju nesmetani rad i u ovakvim uvjetima. Pužne crpke

Pužna crpka ili Arhimedov vijak (Slika 6.29) zasigurno je najstariji tip, koji se široko primjenjuje u kanalizaciji. Načelo rada je načelo Arhimedova vijka: rotirajući u koso 232


položenom žlijebu, lopatice guraju vodu duž žlijeba do izljeva. Osnovna karakteristika ovih crpki je fiksna visina i ograničeni kapacitet dizanja, ovisno o karakteristikama vijka. Zbog toga pužne crpke služe samo za dizanje vode s nižih na više kote na određenom mjestu. Crpka uglavnom radi konstantnom brzinom rotacije, bez obzira na količinu vode. Učinkovitost ovih crpki je vrlo visoka, daleko veća od centrifugalnih kanalizacijskih crpki. Glavne prednosti korištenja ovih crpki u kanalizaciji su: mogu se crpiti otpadne vode s krupnim suspenzijama, uključujući i plivajuće tvari; rad crpke nije pod utjecajem varijacije dotoka, tako da crpka radi neprekidno i crpi vodu u skladu s veličinom dotoka do veličine maksimalnog kapaciteta; hidraulički gubici (koji su mali) pužne crpke uključeni su u ukupni koeficijent iskoristivosti crpke. Prema tome, ove crpke rade neprekidno i ne trebaju retencijski, već samo zahvatni bazen. Zbog svojih su karakteristika vrlo povoljne u odnosu na uređaje za pročišćavanje i u svim slučajevima kad se žele eliminirati oscilacije dotoka uslijed prepumpavanja, te ograničiti količine vode u dotjecanju. Osim toga, crpke imaju fiksnu visinu dizanja, bez visinskih gubitaka, što je kod uređaja često vrlo važno. Crpke su vrlo povoljne i za crpljenje mulja i velikih količina voda, zbog čega se često koriste u oborinskoj kanalizaciji. Iz svega se ovoga lako može zaključiti da su pogodne za sve vrste otpadnih voda. Najveći nedostatak ovih crpki je razmjerno mala visina dizanja, 6 – 8 m (najviše do 9 m), što rezultira duljinom vijka od 7 – 12 m. Naime, kod većih se visina bitno smanjuje pogonska učinkovitost pužnih crpki, tako da su u tim slučajevima povoljniji drugi tipovi crpki. Pužne su crpke idealne za manje visine dizanja i velike količine otpadnih voda. Za veće visine dizanja mogu se postavljati u nizu (Slika 6.29.b). Izrađuju se s promjerom rotora od 0,3 – 3 m, te kapacitetom od 0,01 – 3,2 m3/s. Kut pod kojim se crpke polažu je 30 ili 38 stupnjeva. Veći nagib je povoljniji, jer se pri istim karakteristikama rotora crpe veće količine. Razumije se, u tom slučaju su troškovi izgradnje veći i potreban je veći prostor za izgradnju. Djelotvornost je vrlo dobra: 85% pri crpljenju punim kapacitetom, ili 65% pri crpljenju četvrtinom kapaciteta crpke (Slika 6.30). Broj okretaja je 55 – 75 u minuti. Kao što se na slici može vidjeti, učinkovitost je u funkciji dubine vode u zahvatnom bazenu, odnosno veličine iskoristivosti prostora lopatice (dubina umakanja). Crpke ne zahtijevaju bazen za izjednačavanje dotoka. Međutim, s obzirom na mali kut polaganja zahtijevaju razmjerno veći prostor za ugradnju nego druge vrste crpki. Zbog toga su naročito povoljne za oborinske vode. Uglavnom se ugrađuju u otvorenoj izvedbi, s tim da se jedino pogonski dio zatvara u odgovarajuću konstrukciju. Zbog velikih naprezanja i stalne opasnosti od ulaska nečistoća i abrazije ležišta, najosjetljiviji pogonski dio je donji ležaj. Zbog toga se ležišta često mijenjaju, pa je kod projektiranja o tome potrebno voditi računa. Kod izvedbe je najteže oblikovati ležište puža, odnosno žlijeb, tako da on ne propušta znatnije količine vode kroz prostor između puža i žlijeba. U praksi se često žlijeb izvede loše, pa je kao posljedica kapacitet crpke znatno manji od projektiranog.

233


a) Standardna

b) U nizu Slika 6.29: Tipična instalacija pužne crpke

a) Odnos dubine punjenja i učinkovitosti crpke b) Tipičan oblik krivulja pužne crpke Slika 6.30: Tipične krivulje pužne crpke

Kapacitet crpke računa se prema jednadžbi: Q = rv2 ⋅ π ⋅ φ ⋅ t ⋅ n ⋅η t (m3/s)

gdje je: rv – radijus pužnog kola (m); φ – stupanj punjenja poprečnog presjeka pužnog kola; 234

(6.52)


t – korak navoja pužnog kola (m); n – broj okretaja u sekundi; ηt – učinkovitost (stupanj iskoristivosti).

Kod je projektiranja na ulazu u zahvatni bazen potrebno postaviti zapornicu kako bi se donji ležaj mogao povremeno kontrolirati i mijenjati. Izljevna kota rotora mora biti viša od najveće gornje vode. Uvijek se projektira izvedba “1 + 1”, kod čega je jedna crpka radna, a druga rezervna. Radi racionalnosti rada crpnog sustava u slučajevima znatnog variranja dotoka, u pravilu se postavlja više paralelnih crpki pojedinačnog i ukupnog kapaciteta kojim se najdjelotvornije pokrivaju dotjecajne količine. Za crpku se ne rade nikakvi posebni hidraulički proračuni, već ju se za zadane visine dizanja i potreban kapacitet odabire u skladu s ponudama proizvođača. Za kvalitetan odabir ovih crpki od velike je važnosti poznavanje razine donje i gornje vode. Za pokretanje vijka uglavnom se koristi elektromotor s odgovarajućim prijenosnim sustavom. Odabire se nešto veća snaga motora od one koja je potrebna za samo pokretanje spirale, i to prema podacima koje prikazuje Tablica 6.4. Tablica 6.4: pužna crpka – snaga elektromotora

6.2.3

Potrebna snaga za spiralu (kW)

Potrebna snaga motora (kW)

≤ 0,5 ≤ 1,0 ≤ 1,2 ≤ 2,0 ≤ 3,0

1,5 2,2 3,0 4,0 5,5

Osnovne krivulje crpke

Osnovne krivulje crpke (P, H, η, NPSHtraženi) su objašnjewne u vodovodu i neće se ovdje ponavljati. 6.2.4

Krivulja crpnog sustava

Crpni sustav čine usisni cjevovod, crpka, te tlačni cjevovod sa svim armaturama i spojnim elementima. Sustav se projektira u skladu s utvrđenim potrebama kanalizacijskog sustava, stanjem na terenu i smjernicama za proračun tlačnog sustava. Projektom se određuje položaj crpke, dimenzije cijevi, vrsta cijevi, armatura i spojnih dijelova, kao i položaj donje i gornje vode. Ovako projektirani sustav je osnova za proračun krivulje crpnog sustava. Krivulja nekog crpnog sustava dobije se proračunavanjem visine dizanja (statičke i dinamičke) za različite protoke (Slika 6.31). Prema tome, sastoji se od dvije komponente. Prva komponenta je statička visina koja nije funkcijski ovisna o protoku: H stat = H geod +

pt − pu ρ⋅g

(6.53)

235


gdje je: pt – tlak vode u izlaznom (gornjem) bazenu; pu – tlak vode u ulaznom (donjem) bazenu; Hgeod – geodetska razlika razine vode ulaznog i izlaznog bazena i dinamičke komponente koja se povećava s kvadratom brzine protoka: 2

H din gdje je: HV vt vu

v − vu = HV + t 2g

2

(6.54)

– visinski gubici; – brzina vode na izlazu; – brzina vode na ulazu.

Crtajući rezultate proračuna od minimalnih do maksimalnih vrijednosti protoka, dobije se krivulja koja svoje ishodište za protok jednak 0 ima u statičkoj visini dizanja. Odnos između crpke i crpnog sustava

Ukoliko se na Q-H grafu prikaže i krivulja “visina dizanja–protok” crpke (odnosno krivulja crpnog sustava), kao točka presjeka ovih dviju krivulja dobije se radna točka crpnog sustava, tj. točka koja pokazuje ostvareni kapacitet i visinu njegova dizanja. Radna točka sustava je ona točka u kojoj je visina dizanja ostvarena radom crpke jednaka visini koju zahtijeva sustav. Ta točka određuje protok Q koji sustav može osigurati. Protok ostvaren kod radne točke daje veličinu brzine u tlačnom cjevovodu. Nadalje, ta točka određuje i veličinu snage P koja se troši, učinkovitost η koja se postiže, kao i veličinu tražene NPSH koja mora biti manja od tvornički deklarirane.

Slika 6.31: Krivulja crpnog sustava i radna točka

Ako postoji znatnije osciliranje razine vode u usisnom bazenu i eventualno u točki prepumpavanja, tada se krivulja crpnog sustava mijenja, i to za promjenu statičke visine. Prema tome, imamo krivulju crpnog sustava za minimalno i za maksimalno

236


punjenje usisnog bazena, a ove dvije krivulje su međusobno pomaknute za geodetsku visinsku razliku (Slika 6.32). Ukoliko je ova razlika značajna (preko 1,5 m), poželjno je analizirati rad sustava za oba ekstremna slučaja, pogotovo ako se radi o crpnom sustavu većeg kapaciteta (većeg od 50 l/s).

Slika 6.32: Područje rada crpke

U skladu s ovim, crpni sustav nema radnu točku, već radnu liniju koju definira linija između maksimalne i minimalne radne točke crpnog sustava. Kod odabira crpki treba obratiti pozornost i na strminu krivulje. U slučaju kombiniranog ili povremenog rada crpki poželjno je odbrati što strmije krivulje, (ATV–A 134) /12/. Značajke crpnog sustava (hrapavost, gubici, potrošnja materijala i drugo) se trajno mijenjaju. Zbog toga krivulja crpnog sustava nije stabilna, već se stalno mijenja kako sustav stari. Razlikuju se dva slučaja: crpke sa stabilnom krivuljom Q-H; i crpke s nestabilnom krivuljom Q-H. Kod crpki s nestabilnom krivuljom, nastale promjene su veće što je krivulja blaža. Crpke s nestabilnom krivuljom Q-H dobre su za nepromjenjive uvjete rada pri konstantnoj brzini rotacije, s tim da je visina isključenja viša od statičke visine crpnog sustava. 6.2.5

Radne karakteristike crpki

Radne karakteristike crpki ovise o veličini, brzini rotacije rotora i izvedbi. Postoji veliki broj crpki istih brzina i veličina, ali bitno različitih karakteristika i učinkovitosti zbog različite konstrukcije. 237


Svaki proizvođač za svaku crpku daje uglavnom tri vrste krivulja: visina dizanja u funkciji protoka (Q-H krivulja); potrebna snaga u funkciji protoka (Q-P krivulja); učinkovitost u funkciji protoka (Q-η krivulja); podatak ili krivulju za NPSH. Oblik ovih krivulja ovisi o konstruktivnim karakteristikama crpki. Tipične dijagrame za neke vrste crpki prikazuje Slika 6.33.

Slika 6.33: Tipične krivulje za radijalnu, mješovitu i propelernu crpku

Svaka je crpka konstruirana za određeno područje rada, koje se zove područje rada crpke. Unutar tog područja postoji optimalna točka rada kod koje je radijalni tlak na kućište crpke najmanji, jer je minimalan radijalni neizbalansirani tlak na rotor. Radijalni tlak se znatno povećava udaljavanjem radne točke crpke od optimalne točke. Prema tome, promjenom protoka se mijenja tlak, kao i neki drugi fenomeni (npr. kavitacija), što sve skupa uvjetuje manju učinkovitost rada crpke i njezin kraći vijek trajanja. Zbog ovoga se područje rada crpke ograničava, i to na način da je ono unutar 60 – 120% od točke optimalnog rada. Što je raspon ovoga područja u stvarnom radu manji, to je bolji rad crpke. Vrlo je teško odrediti crpku koja u potpunosti odgovara potrebama crpnog sustava pa i onda kad se ista za sam sustav konstruira, a sve zbog toga što se sustav tijekom vremena mijenja. Zbog toga će uvijek biti potrebno prilagođavati rad crpki trenutnim potrebama sustava. To se postiže na dva načina: promjenama karakteristika krivulje crpnog sustava (manipulacijom sa zatvaračima gubicima tlaka, uvođenjem obilaznog voda, itd.); promjenama Q-H krivulje crpke (promjenom brzine rotacije, promjenama geometrije rotora, promjenama ulaznog dijela crpke, itd.). 238


Slika 6.34: Tipično radno područje centrifugalne crpke

6.2.6

Pogonski strojevi

Da bi obavljala svoju funkciju, svaka crpka mora imati pogonski stroj koji osigurava njezin rad. Danas se kao pogonski stroj najčešće koristi elektromotor, ali pogonski stroj može biti i motor s unutrašnjim sagorijevanjem, plinski motor itd. Pogonski stroj i crpka zajedno čine crpni agregat. Uobičajeni pogon je elektropogon, dok se motori s unutrašnjim sagorijevanjem koriste u iznimnim situacijama ili kao rezervni pogon. Rezervni pogon se češće ostvaruje pomoću dizel-agregata, a rjeđe kao izravni pogon. Uobičajen je rad crpki sa 1.450 okretaja u minuti (male crpke), ili sa 2.900. Bitno je znati da pogonski strojevi mogu raditi različitim brojem okretaja. To je ponekad vrlo važno, jer omogućuje bolje prilagođavanje potrebama prepumpavanja. Različiti broj okretaja se postiže na dva načina: izravno, promjenom brzine rotacije pogonskog stroja i neizravno, preko mjenjača (reduktora) broja okretaja. Češći slučaj je izravni, pogotovo u slučajevima uporabe elektromotora. Kod odabira snage elektromotora potrebno je imati i određenu rezervu koju, sukladno ATV–A 134 /12/, prikazuje Tablica 6.5. U svakom slučaju treba poštovati zahtjeve isporučitelja opreme. Tablica 6.5: Veličina rezerve elektromotora Potrebna snaga crpki (kW) do 7,5 7,5 – 20 20 – 59 preko 50

Veličina rezerve elektromotora (kW) oko 50%, minimalno 1 kW oko 25% oko 25% oko 10%

239


6.2.7

Izbor crpki

Izbor opreme je složen proces koji ovisi o cijelom nizu čimbenika, često i međusobno konfliktnih. Cilj je odabrati crpke koje su najekonomičnije za planirano vrijeme rada. Postupak se sastoji od izbora: veličine crpke (kapacitet – visina dizanja); broja crpki; pogonskog stroja; optimalnih karakteristika tlačnog i eventualno usisnog cjevovoda. Izbor opreme treba prilagoditi ukupnim potrebama, a najutjecajniji čimbenici o kojima izbor ovisi su: protoci, kakvoća vode, lokacija crpne stanice, karakteristike tlačnog cjevovoda i krivulja crpnog sustava. O ovim će čimbenicima biti više govora u daljnjem tekstu. Određivanje kapaciteta crpki

Postoje bitne razlike između određivanja kapaciteta crpki na kanalizacijama otpadnih, mješovitih ili oborinskih voda. Osim visine dizanja, osnovni ulazni podatak za dimenzioniranje crpke je veličina dotoka vode (veličina protoka), koja se po karakteristikama bitno razlikuje kod različitih tipova kanalizacije. Ova je veličina rezultat karakteristika kanalizacijskog sustava i rada uzvodnih crpnih stanica (ako ih ima). U pravilu je potrebno poznavati sve protoke: sušne, kišne, radnim danom, praznicima, maksimalne, minimalne, srednje. Poseban je problem izbor kapaciteta crpki u skladu s vijekom njihova trajanja u kanalizacijskim sustavima koji se tek grade. Naime, projektni vijek trajanja crpki se uglavnom kreće oko 20 godina. Prema tome, crpke trebaju zadovoljiti potrebe u početku rada kanalizacijskog sustava, u većem razdoblju svog vijeka trajanja i na kraju projektnog razdoblja, i to po mogućnosti s visokom učinkovitošću rada. Da bi se odabrao optimalan kapacitet crpki, potrebno je dobro analizirati promjene u kanalizacijskom sustavu koje će se događati od početka njegove izgradnje do njegova potpunog završetka, i s tim u vezi ulogu razmatrane crpne stanice. U skladu s tim, od najveće važnosti je poznavanje veličine početnog i srednjeg protoka koji će dotjecati na razmatranu crpnu stanicu. Početni protok je onaj koji će se javiti u početku rada kanalizacijskog sustava i razmatrane crpne stanice, a srednji protok je onaj koji će se javljati u najvećem dijelu životnog vijeka (projektnom razdoblju) crpki. Razumije se, od važnosti je i konačna veličina dotjecanja koja će se javiti kod širenja kanalizacijskog sustava. Ove je protoke potrebno poznavati kako bi se odabrala oprema koja u najboljoj mjeri odgovara srednjem projektnom protoku koji će se javiti u najduljem vremenskom razdoblju. Sve ovo vrijedi kad se govori o novoj kanalizaciji koja se postupno gradi godinama. Ako se rješava problem na gotovom (izgrađenom) kanalizacijskom sustavu, u kojem je konačni kapacitet ujedno i početni i srednji, tada se izbor crpki zasniva na projektiranom kapacitetu za sadašnje uvjete rada kanalizacijskog sustava. Početni minimalni protok posebno je važan za izbor profila tlačnog cjevovoda. Naime, mali početni protoci mogu uvjetovati male brzine tečenja, što može uzrokovati taloženje suspenzija u cjevovodu. U ovom smislu se preporučuju odnosi protoka kakve prikazuje Tablica 6.6 /73/. 240


Tablica 6.6: Koeficijent minimalnog protoka u funkciji početnog srednjeg protoka Početni srednji protok (m3/s)

Koeficijent za minimalni protok (faktor)

0,05 0,50 2,50 5,00

0,25 0,35 0,45 0,50

U skladu s ovim imamo: minimalni protok = koeficijent ⋅ početni srednji protok

Osim izbora početnih protoka, potrebno je riješiti problem zadovoljenja protoka u budućnosti. To se postiže na više načina: ugradnjom većih rotora, ugradnjom crpki većih kapaciteta i dodavanjem novih crpki. Najčešći slučaj je ugradnja dodatnih crpki, što podrazumijeva da se o tome u građevinskom projektu vodilo računa i da se ostavio prostor za ugradnju novih crpki. Pri tom treba razlikovati dnevnu od dugovremene neravnomjernosti srednjeg dnevnog protoka. Dnevna neravnomjernost dotoka se, osim izbora odgovarajućeg broja crpnih agregata, rješava i odgovarajućim volumenom crpnog bazena, dok se dugovremena neravnomjernost srednjeg kapaciteta ne rješava određivanjem volumena crpnog bazena, osim što volumen mora udovoljiti konstruktivnim zahtjevima vezanima za broj crpnih agregata. U slučaju etapnog razvoja, uglavnom se planira više paralelnih crpnih bazena. Odabir kapaciteta crpki ovisi i o položaju i ulozi crpne stanice u cjelokupnom rješenju kanalizacijskog sustava, a oni mogu biti različiti. Pred uređajima se nastoji što više ujednačiti kapacitet crpljenja, a nije poželjno zadržavanje vode u mreži radi ujednačavanja protoka. U svakom slučaju, izbor kapaciteta crpki podjednako ovisi o karakteristikama dotoka i uvjetima za prepumpavanje, odnosno o planu upravljanja radom kanalizacijskog sustava. Važno je znati da u slučaju znatnijih budućih promjena kapaciteta crpnog sustava treba uzeti u obzir i promjene značajki tlačnog cjevovoda. U slučaju većih promjena kapaciteta, gradi se više paralelnih tlačnih cjevovoda prilagođenih potrebama u pojedinom razdoblju razvoja kanalizacije i crpki. Izbor kapaciteta uvelike ovisi o lokalnim značajkama problema koji se rješava, te se stoga mogu dati samo opće smjernice. Poseban je problem izbor kapaciteta crpnih stanica u nizu (Slika 6.35).

241


Slika 6.35: Sustav crpnih stanica u nizu

Osnovni je cilj minimiziranje ukupnog kapaciteta prepumpavanja, a posebno kapaciteta posljednje crpne stanice. To se najdjelotvornije postiže odgovarajućim izborom veličine retencijskog bazena crpne stanice, tako da u njemu uvijek ima dovoljno prostora da crpljenje s prethodne crpne stanice ne remeti direktan rad, te izborom odgovarajućeg kapaciteta crpki. Osnovno je načelo: Qn ≥ Qn −1 Vret n ≥ Vret n −1

(6.55)

gdje je: n – položaj crpke u nizu. Osim toga, neophodno je osigurati da svaka crpna stanica ima zadovoljavajući ukupni potrebni kapacitet u dnevnom, satnom ili nekom drugom ciklusu rada. U odnosu na kapacitete, vrijede odnosi: Q1 ⋅ t1 = V1

(Q1 + Q2 )⋅ t 2 = V2 (Q1 + Q2 + Κ + Qn )⋅ t n = Vn

(6.56)

gdje je uvijek V1 < V2 < V3 < .. < Vn , t1 < t2 < ... < tn < T , i gdje je: Q1, ...,Qn – kapacitet crpne stanice (m3/s); t1, ...,tn – vrijeme rada crpne stanice (s); V1, ...,Vn – volumen precrpljene vode (m3); T – vrijeme izravnanja; n – broj crpnih stanica. To znači da je svaka crpna stanica u nizu veća ili jednaka prethodnoj, i da svaka sljedeća ima duže vrijeme rada. Projektantu stoji na raspolaganju mogućnost da rad crpki uskladi s izborom kapaciteta, veličinom retencijskog bazena i trajanjem prepumpavanja. Koja će se kombinacija odabrati ovisi o lokalnim prilikama, a najviše o odnosu protoka i visini prepumpavanja. Pravilo je da se rad crpki u nizu prilagođava potrebama rada najveće crpne stanice u odnosu na lokalni kapacitet. Rad najveće crpne stanice uvjetuje rad svih ostalih, a posebno onih u nizu poslije nje.

242


Jedan od načina racionalizacije izbora kapaciteta crpki je da se zanemari dotok s uzvodnih crpnih stanica, a da se svaka crpna stanica računa na ukupni gravitacijski dotok ukupno iz cijelog pripadajućeg uzvodnog slijevnog područja Qmax, satno , uključujući i sljevove uzvodnih crpnih stanica. U ovom se slučaju za svaku crpnu stanicu proračunavaju mjerodavni protoci prema broju korisnika pripadajućeg slijevnog područja i potom računa potrebni kapacitet crpki. ukupno Qcrpke ≥ Qmax, satno

(6.57)

Ovaj je način prikladan u kanalizacijama u kojima uzvodno nema izrazito velikih crpnih stanica, te u slučajevima izrade idejnih rješenja i idejnih projekata. Ovaj pristup daje opću sliku o potrebnim kapacitetima crpnih stanica (odnosno crpki), koje daljnjim razradama i dokumentacijom treba detaljnije analizirati. Najprecizniji način analize rada crpki i stanja (a time i optimalizacije kapaciteta crpki) provodi se primjenom simulacijskih modela kanalizacijskog sustava. Kod izbora kapaciteta crpki potrebno je uzeti u obzir veličinu tlačnog cjevovoda i vrijeme tečenja vode u cjevovodu. Uvijek je poželjno izbjegavati duge i velike tlačne cjevovode, odnosno kapacitet i vrijeme rada crpki treba odabrati tako da se u svakom radnom ciklusu voda u tlačnom cjevovodu promijeni bar jedanput. Određivanje kapaciteta crpki kanalizacije otpadnih voda

Kapacitet crpki u odnosu na otpadne vode mora uvijek biti veći od maksimalnog satnog ukupno protoka koji dotječe na crpnu stanicu: Qcrpke ≥ Qmax ,satno . Za koliko će biti veći, ovisi o neravnomjernosti dotoka i vremena zadržavanja vode u bazenu crpne stanice. Poznato je da protok u kanalizaciji otpadnih voda značajno varira i da je najveći u pojedinim satima tijekom dana, a vrlo mali tijekom noći. To znači da će crpke raditi povremeno, ovisno o odabranom kapacitetu i veličini retencijskog bazena. Vrijeme zadržavanja vode u bazenu crpne stanice ne smije biti veliko radi pojave plinova, smrada, taloga i kore, što stvara probleme u održavanju. S druge strane, iz istih razloga ni vrijeme zadržavanja vode u tlačnom cjevovodu ne smije biti predugo (najviše 8 sati). Zbog toga izbor kapaciteta crpki mora uzeti u obzir značajke dotoka i ograničenja vezana uz zadržavanje vode u crpnom bazenu i tlačnom cjevovodu. U slučaju crpnih stanica u nizu kapacitet se određuje u skladu s prije iznesenim smjernicama. Određivanje kapaciteta crpki oborinske kanalizacije

Izbor kapaciteta crpne stanice oborinskih voda bitno je drugačiji od otpadnih voda. Dotok oborinskih voda je neujednačen (odnosno, javlja se samo u vrijeme kiše) s dugim razdobljima bez dotoka, a kada se dotok i javlja, prilično je promjenjiv. Prema tome, crpna stanica radi kratko, a između dviju kiša veliki investicijski troškovi stoje neiskorišteni. Da bi se smanjila veličina investicije i kapacitet crpne stanice, u pravilu se pred crpnim stanicama grade veći retencijski bazeni. Izgradnja retencijskih bazena ima svoju cijenu, stoga se njihova veličina odabire odgovarajućom analizom zajedničkih troškova izvedbe i pogona retencijskih bazena i crpnih stanica. Jeftina izvedba re243


tencijskih bazena (npr. manje akumulacije ili cijevne retencije) može značajno smanjiti potrebne kapacitete oborinskih crpki i troškove izvedbe i pogona. Budući da veličina retencijskog bazena bitno utječe na izbor kapaciteta crpki, proračun veličine bazena i kapaciteta crpki obavlja se zajedno. Osnovni ulazni podatak za proračun je poznavanje hidrograma dotjecanja te hidrograma istjecanja vode iz bazena. Na temelju volumena bazena i dubine vode u bazenu određuje se kapacitet crpki. Proračun se razlikuje kod manjih i većih sustava. Kod manjih kanalizacijskih sustava proračun je pojednostavnjen, dok je kod većih složen i zahtijeva opsežnu analizu karakteristika pljuska i tečenja vode u sustavu (modeliranje). Kod manjih sustava proračun se uglavnom zasniva na karakteristikama racionalne metode. Najjednostavniji je pristup u kojem se za razmatranu lokaciju odredi vrijeme koncentracije vode tkonc i na temelju njega, odabranog intenziteta (ITP-krivulje), koeficijenta otjecanja i veličine slijeva odredi trokutni dijagram dotoka oborinskih voda koji u maksimumu ima veličinu protoka Qmaks = i · A ·Ψ. Osnova dijagrama je dvostruko vrijeme koncentracije. Za ovakav ulazni hidrogram, kapacitet crpne stanice i potrebnog volumena retencijskog bazena lako se određuje izborom radnog protoka crpki za cijelo razdoblje otjecanja.

Slika 6.36: Sintetički hidrogram otjecanja primjenom racionalne metode

Ovo je najjednostavniji način određivanja kapaciteta crpki oborinske kanalizacije. U ovom se postupku podrazumijeva da će crpka početi s radom s početkom dotoka ili kada se dotok izjednači s odabranim kapacitetom. Višak vode zadržava se u retencijskom bazenu. Kada dotok vode padne ispod kapaciteta crpki, crpke će prepumpavati vodu zadržanu u bazenu. Iz prikazanog dijagrama rada lako se izračuna potreban kapacitet crpki, i s njim u vezi potrebni volumen retencijskog bazena i vrijeme rada crpki. Analizom većeg broja kapaciteta crpki i pripadajuće veličine bazena i uspoređivanjem troškova njihove izvedbe, kao i pogonskih troškova, može se odabrati najpovoljnija kombinacija (odnosno najpovoljnije rješenje). Ovaj se pristup može koristiti i kod modificirane racionalne formule, odnosno u slučajevima poznavanja hidrograma otjecanja (Slika 6.37)

244


Slika 6.37: Sintetički hidrogram otjecanja u slučaju kada je trajanje kiše dulje od trajanja otjecanja

Opisani proračun je približan i sukladan karakteristikama racionalne metode. Koristi se kod manjih crpnih stanica ili kao približni početni proračun većih crpnih stanica. O ovoj će problematici biti govora u poglavlju 6.3. Potrebno je naglasiti da je ukupni rad crpki u oborinskoj kanalizaciji tijekom godine u pravilu vrlo kratak, zbog čega se kod izbora tipa crpke više vodi računa o investicijskim nego o pogonskim troškovima (odnosno o učinkovitosti crpke). Naime, zbog kratkog vremena rada veća učinkovitost crpke ne utječe znatno na ukupne troškove crpnog sustava, zbog čega u ukupnim troškovima dominiraju izvedbeni troškovi. U skladu s tim, za potrebe prepumpavanja oborinskih voda rade se pojednostavnjena rješenja bez značajnih investicijskih ulaganja (naravno, ako to dopuštaju lokalni uvjeti uređenja terena, odnosno lokacijski uvjeti). U slučaju velikih sustava preporučuje se korištenje odgovarajućih simulacijskih modela te šira analiza problema, uključujući analizu više različitih vodnih valova koji dotječu na crpnu stanicu oborinskih voda i procjenu rizika za odabrane uvjete rada. Određivanje kapaciteta crpki mješovite kanalizacije

Mješovita kanalizacija je najsloženija za analizu. Naime, u ovoj kanalizaciji mješoviti su i dotok i kakvoća voda. U skladu s tim, crpke trebaju zadovoljiti uvjete sušnog i kišnog dotjecanja, kao i uvjete koji slijede iz kakvoće voda u sušnom i kišnom dotjecanju. Očito je da se tako složeni uvjeti ne mogu zadovoljiti jedinstvenom crpnom stanicom, stoga se u ovakvim uvjetima gradi dvojna crpna stanica: jedna za sušni, a druga za kišni dotok, svaka sa svojim zasebnim tlačnim cjevovodom i pripadajućim bazenom. Svaka od ovih crpnih stanica analizira se i projektira u skladu sa svojim posebnim karakteristikama, ali vodeći računa i o zajedničkoj lokaciji i objektima kojima se voda usmjerava u različitim razdobljima dotjecanja, te o promjeni kakvoće mješavine vode tijekom dotjecanja. U ovom je slučaju potrebno izračunati volumen bazena za sušni i za kišni dotok, te eventualno preljev (ako se mješovite vode mogu prelijevati). Lokacija crpne stanice

Lokacija crpne stanice utječe na izbor opreme na sljedeći način: fizička ograničenja prostora utječu na tip i kapacitet crpki; lokacija (odnosno područje) iziskuje zadovoljenje određenih tehnoloških uvjeta; izbor lokacije utjecat će na uvjete i troškove građenja. 245


Odgovarajući prostor za crpnu stanicu ne mora uvijek biti raspoloživ, tako da se oblik crpne stanice prilagođava lokalnim uvjetima, što također utječe na karakteristike crpki. Najslikovitiji primjer je korištenje uronjenih kanalizacijskih crpki, koje omogućuju primjenu crpnih stanica na vrlo složenim lokacijama, osjetljivima za okoliš. Potpuna podzemna izvedba praktički se može uklopiti u bilo koji prostor. U odnosu na izbor crpki nije svejedno je li crpna stanica locirana pred uređajem ili negdje na mreži, je li njezin kapacitet mali ili veliki, je li na mješovitoj, kućanskoj ili oborinskoj kanalizaciji. Svaka od ovih situacija zahtijeva drukčiji pristup i rješavanje. Velike crpne stanice uglavnom rade neprekidno, izborom odgovarajućeg broja crpki ili izborom crpki koje rade različitim brzinama rotacije. Male crpne stanice rade samo povremeno (odnosno s prekidima). Sve crpne stanice pred uređajem za pročišćavanje rade neprekidno, radi eliminiranja nejednolikog dotjecanja na uređaj. Crpne stanice u mješovitom sustavu su dvojne: s crpkama za kišni dotok i crpkama za sušni dotok. Crpne stanice u oborinskoj kanalizaciji u pravilu se grade zajedno s velikim retencijama, a sve radi smanjenja vršnih kapaciteta crpki. Sve ovo ukazuje na to da se svaka lokacija mora sveobuhvatno proučiti; ne može se nametati jednoobrazno rješenje za sve lokacije. Tlačni cjevovod

Tlačni cjevovod služi za prebacivanje voda iz crpne stanice do mjesta prepumpavanja, i to pod tlakom. Mjesto prepumpavanja može biti kanalizacijski kolektor, ispust, uređaj itd. Kod dimenzioniranja tlačnog cjevovoda ključnu ulogu imaju brzina toka vode u cjevovodu i veličina gubitaka, a u kanalizaciji otpadnih voda i vrijeme zadržavanja vode u cjevovodu. Manja brzina ima za posljedicu manje gubitke, a time manju visinu dizanja i potrošnju energije. S druge strane, manja brzina ima i negativne posljedice: potreban veći profil cijevi, duže vrijeme zadržavanja i mogućnost taloženja suspenzija iz otpadne vode u cjevovodu. Problem taloženja kod otpadnih voda je značajan, tako da se u odnosu na ovaj zahtjev ograničava minimalna brzina toka i to /73/:

vmin ≥ 0,6 m s

(6.58)

Međutim, ako otpadna voda ne teče neprekidno tlačnim cjevovodom (a što je najčešći slučaj), tada u razdobljima prekida toka dolazi do taloženja suspenzija u cjevovodu. Da bi se istaložene suspenzije pokrenule, potrebna je minimalna brzina od: v ≥ 1,0 m/s

(6.59)

Prema HRN EN 1671, minimalna brzina od 0,7 m/s mora se postići bar jednom u 24 sata (preporučeno 0,9 m/s). Što se tiče maksimalnih brzina, problem se javlja u većim ukupnim gubicima, tlačnim udarom i eventualnoj abraziji cijevnog materijala. Uobičajene brzine u tlačnim cjevovodima su: v = 1,0 − 2 ,5 m s

246

(6.60)


Ovakve se brzine uglavnom javljaju u manjim cjevovodima. Za veće cjevovode je poželjno provesti odgovarajuću tehničko-ekonomsku analizu i izabrati optimalnu brzinu. Prema ATV–A 134 /12/, za tlačne cjevovode do duljine od 500 m predlažu se veličine koje prikazuje Tablica 6.7. Tablica 6.7: Preporuke za izbor hidrodinamičkih karakteristika tlačnog cjevovoda /24/ Profil (mm) Brzina (m/s) Protok (l/s)

100 2,0 16

150 2,2 40

200 2,4 75

Za tlačne cjevovode većih duljina preporučuju se manje brzine od naznačenih, radi smanjenja veličine tlačnog udara. Zbog mogućnosti začepljenja, promjer tlačnog cjevovoda jednak je ili veći od 100 mm. Ako se koriste crpke sa usitnjivačima, profil može biti i manji (obično od 60 – 80 mm). Prema HRN EN 1671, maksimalno vrijeme zadržavanja vode u cjevovodu ne smije biti veće od 8 sati. Ukoliko se ispune gore navedeni kriteriji, ne bi trebalo biti problema prilikom transporta kanalizacijskog sadržaja crpkama i u tlačnim cijevima. Ovo je vrlo važno, naročito zbog kontrole emisije neugodnih mirisa (posebice sumporovodika) u cijevima. Sumporovodik se može stvoriti čak i ako gore navedeni uvjeti budu zadovoljeni. Uvjet maksimalnog vremena zadržavanja u cijevima od 8 h znači da se voda u tlačnoj cijevi mora izmijeniti najmanje 3 puta dnevno. Ako se ovom kriteriju ne može udovoljiti, javiti će se problemi. Stanje se donekle može popraviti posebnim mjerama održavanja, kao što su ispiranje vodom, ispiranje vodom i zrakom itd. Ovakvo se stanje može tolerirati samo u kraćim prijelaznim situacijama, dok sustav ne proradi do planiranog kapaciteta (1 – 2 godine). Ukoliko će ovakva situacija potrajati, treba razmotriti mogućnost izmjene veličine i duljine tlačnog cjevovoda, kao i ukupnog rješenja crpnog sustava. Ukoliko je učestalost izmjene vode u cijevi između 3 i 8 puta dnevno, mogu se pojaviti problemi u radu. Stoga je potrebno analizirati konkretnu situaciju i veličine, i predložiti pojačane mjere održavanja i odzračivanja cjevovoda. Ukoliko je učestalost izmjene vode u cijevi veća od 8 puta dnevno, ne očekuju se nikakvi problemi u radu. Zbog prekidnog rada crpnog sustava i dugih razdoblja bez rada, u oborinskoj je kanalizaciji poželjno izvoditi što kraći tlačni cjevovod i po mogućnosti ga prazniti, kako ne bi došlo do dugotrajnog taloženja suspenzija u njemu. U mješovitoj kanalizaciji poželjno je graditi dva tlačna cjevovoda – jedan za sušni, a drugi za kišni dotok. Kod oborinskih se voda ne postavlja ograničenje u odnosu na minimalno dopuštenu veličinu tlačnog cjevovoda.

247


Definiranje krivulje crpnog sustava

Krivulja crpnog sustava određuje se uz poznate protoke, geodetske visine dizanja i promjer tlačnog cjevovoda. Poznavajući krivulju crpnog sustava moguće je izabrati najbolju crpku ili kombinaciju crpki koja zadovoljava tražene uvjete. 6.2.8

Analiza crpnog sustava

Analiza crpnog sustava treba rezultirati najboljim izborom jedne ili više crpki. Da bi se to postiglo, neophodno je izračunati krivulju crpnog sustava i raspolagati cijelim nizom karakterističnih krivulja crpki u pojedinačnom ili zajedničkom radu. Bit izbora odnosi se na odabiranje ekonomski i tehnički najpovoljnije crpke ili crpki. To znači da pri analizi treba uzeti u obzir troškove izvedbe, rada i održavanja. Sustav s jednom crpkom

Svaka crpka ima svoje tri osnovne krivulje: Q-H krivulja, Q-učinkovitost krivulja i krivulja Q-potrošnja energije (eventualno ima i NPSH-krivulju). Radnu točku crpke dobijemo kao presjecište krivulje Q-H i krivulje crpnog sustava. U određivanju ove točke treba razmotriti sve uvjete rada koji se mogu pojaviti tijekom rada crpke, na primjer: promjene statičke (geodetske) visine dizanja zbog promjene razine vode u zahvatnom bazenu; promjene hrapavosti cijevnog materijala (gubitaka) tijekom vremena (odnosno tijekom uporabe); trošenje rotora. To znači da u pravilu imamo više radnih točaka koje određuju radno područje crpke. Zbog toga se optimalna točka rada (najbolji omjer učinkovitosti i potrošnje energije) treba nalaziti unutar ovog područja, bliže radnim točkama koje dominiraju u radu crpki tijekom cijelog njihovog životnog vijeka i rada. Zajednički rad više crpki

Vrlo često, naročito kod većih crpnih stanica, neophodno je instalirati veći broj crpki u zajedničkom radu. Češći je slučaj da imamo povezano više crpki u paralelnom radu (povećanje protoka), a znatno rjeđi da imamo povezano više crpki u nizu (povećanje visine dizanja) (Slika 6.39). U kanalizaciji se crpke u nizu uglavnom više ne primjenjuju, jer na tržištu postoji dobar izbor crpki za različite uvjete rada. Paralelni rad crpki je onaj u kojem više crpki radi zajednički, s priključkom na jedinstveni tlačni cjevovod. U kanalizaciji je rad ovih crpki postupan, to jest najprije radi samo jedna crpka do određene visine punjenja crpnog bazena, a zatim se postupno uključuju druge.

Budući da su sve crpke priključene na jedinstveni tlačni cjevovod, u njemu ćemo zbog različitih protoka imati i različite gubitke, odnosno crpke će imati promjenjivu točku rada.

248


Slika 6.38: Krivulja crpnog sustava u različitim uvjetima rada

Slika 6.39: Tipična crpna instalacija u nizu

U početku, kod pokretanja prve crpke, imamo najmanji protok i najmanje gubitke. Uključivanjem drugih crpki povećavaju se protok i gubici, a radna točka se na dijagramu pomiče sve više. Sve ovo ukazuje na činjenicu da nije jednostavno odabrati crpke za ovakav rad i da analiza treba obuhvatiti i samostalan i zajednički rad. To znači da je potrebno proračunati krivulju crpnog sustava za individualni i zajednički rad. Pri tom ne treba zaboraviti da je usis samostalan, a tlačni cjevovod zajednički. 249


Okvir 6.2: Osnovni koraci proračuna crpki Svaka osnovna analiza crpke mora sadržavati sljedeće osnovne korake: 1. Određivanje statičke, usisne i tlačne visine: Hstat = Husis + Htlačno 2. Određivanje brzine vode u usisnom i tlačnom cjevovodu i otvoru crpke: Q ; Q ; Q vusis = v tla = v = Ausis otvor Aotvor Atla gdje je: A – površina protočnog presjeka (m2). 3. Gubici na usisu: L ⋅ v2 određivanje linijskih gubitaka usisa: h usis , lin = λ ⋅ d 2g određivanje lokalnih gubitaka na usisu (ulaz, lukovi, zasun, redukcija i slično): 2 husis , lok = ξ ⋅ v 2g određivanje ukupnih gubitaka na usisu: husis = husis ,lin + husis , lok 4. Gubici na tlačnom cjevovodu: linijski, lokalni i ukupni. 5. Proračun ukupnih gubitaka: h = husis + htlač 6. Proračun ukupne visine dizanja: H = H stat + h

7. Proračun ukupne visine dizanja za nekoliko protoka Q : H = f (Q )

8. Crtanje krivulje na temelju proračuna u točki 7; 9. Crtanje na istom crtežu Q-H i Q-učinkovitost krivulja crpke; 10. Određivanje točke presjecišta, odnosno: Q, H, učinkovitost Ukoliko crpka može raditi pod različitim brojem okretaja, tada treba analizirati njezin rad za sve uvjete. Isto vrijedi i u slučaju različitih protoka (minimalni, srednji, vršni) za različita vremenska razdoblja, te različite karakteristike cijevnog materijala i usisne visine (Slika 6.38). Najbolji je izbor crpka koja u najvećoj mjeri zadovoljava sve uvjete rada s najvećom djelotvornošću. Najbolji izbor je ujedno kombinacija koja daje najmanju dnevnu potrošnju energije. Da bi se to utvrdilo, treba izračunati dnevno vrijeme rada crpki, potrebnu snagu, snagu pogonskog stroja – elektromotora i potrošnju energije): (6.81) 11. Dnevno vrijeme rada crpki: t = Vdnev / Q 3 Vdnev – dnevni volumen vode (m /dan); Q – kapacitet crpke (m3/s); t – vrijeme rada (s). (6.82) 12. Potrebna snaga: P = ρ ⋅ g ⋅ Q ⋅ H (kW) ηcrpke ηcrpke – učinkovitost crpke. 13. Snaga pogonskog stroja (elektromotora): Pm = P / η m (6.83) ηm – učinkovitost motora. 14. Potrošnja energije: P.E . = Pm ⋅ t ⋅ 3600 (kWh, t je u sekundama) (6.84) Svaki bi projekt crpki trebao sadržavati sve korake od 1 do 14, odnosno 14 koraka za svaku varijantu koja se analizira.

250


Izbor broja crpki

Izbor broja crpki ovisi o zahtijevanom režimu njihova rada, a koji se prvenstveno odnosi na: sigurnost pogona; izjednačavanje dotoka – istjecanja; ekonomske čimbenike (jeftina energija); režim dotjecanja. Veća sigurnost pogona postiže se ugradnjom rezervnih crpki. Broj rezervnih crpki ovisi o broju radnih crpki. Što je broj radnih crpki veći, to je manja potreba za rezervnim crpkama jer je manja vjerojatnost pojave istovremenog kvara. Preporučuju se sljedeće kombinacije: 1 radna + 1 rezervna (100% rezerva); 2 radne + 1 rezervna (50% rezerva); 3 radne + 1 – 2 rezervne (33 – 50% rezerva); 4 radne + 1 – 2 rezervne (25 – 50% rezerva); 5 radnih + 2 rezervne (40% rezerva); 6 radnih + 2 rezervne (30% rezerva). Mogući su i drugi odnosi, sve u skladu s lokacijskim karakteristikama crpne stanice i potrebnim stupnjem sigurnosti. Drugi faktor koji utječe na izbor broja crpki jest potreba izjednačavanja dotjecanja i istjecanja. Naime, poznato je da tečenje u kanalizacijskom sustavu varira tijekom dana i tijekom godine. Osim toga, crpke rade s prekidom, što rezultira povećanjem vršnih protoka. Ukoliko se ovo želi izbjeći, moraju se ugraditi crpke koje u potpunosti mogu pratiti varijacije dotjecanja bez povećanja vršnog protoka, a takve su pužne crpke ili crpke s promjenjivim brojem okretaja. Drugi način je ugradnja većeg broja crpki manjeg kapaciteta, koje se postupno uključuju porastom dotoka i obrnuto. Ekonomski učinci se postižu i ugradnjom većeg broja crpki različitog kapaciteta za različite režime dotjecanja (dnevni režim, noćni, itd.), čime svaka crpka optimalno odgovara svakom režimu, bez da se nastoji tražiti optimum za cjelokupno vrijeme rada. Režim dotjecanja je zacijelo značajan faktor koji utječe na izbor broja crpki. Najznačajniji režimi su: kišni, sušni, dnevni, noćni, radni dani, neradni dani i slično. Ovi režimi imaju bitno različite karakteristike, zbog čega je za svakog od njih često potrebno instalirati posebne crpke. To posebno vrijedi za sušni i kišni režim rada u mješovitom, kao i u drugim sustavima. Ponekad postoje i drugi razlozi zbog kojih se ugrađuje veći broj crpki (njihova dostupnost na tržištu i slično). U svakom slučaju, broj crpki koje će se ugraditi treba odrediti na temelju ekonomsko-tehničkih analiza, kod kojih s jedne strane razmatramo troškove izgradnje, a s druge strane troškove pogona i održavanja. Veći broj crpki u pravilu zahtijeva veće dimenzije crpne stanice. U slučaju malih crpki to su prvenstveno veće tlocrtne dimenzije, a u slučaju većih crpki potrebne su i veće tlocrtne dimenzije i veće dubine.

251


6.2.9

Crpne stanice

Crpne stanice su objekti u kojima su smještene crpke i sva prateća oprema. S obzirom na namjenu i izvedbu, postoji više tipova crpnih stanica. U odnosu na ciljeve, crpne stanice dijelimo na: crpne stanice kućanskih otpadnih voda; crpne stanice oborinskih voda; crpne stanice industrijskih otpadnih voda; crpne stanice za mulj na uređaju za pročišćavanje; crpne stanice u mješovitom sustavu kanalizacije; crpne stanice pročišćene otpadne vode; i druge. Zadaće crpnih stanica u kanalizaciji su, prije svega: objedinjavanje svih voda na jedinstveni uređaj za pročišćavanje i ispuštanje; smanjivanje veličine iskopa zbog potreba prevelike dubine ukapanja kolektora; svladavanje svih visinskih prirodnih i umjetnih prepreka na transportnom putu; odvođenje voda iz područja i objekata s nižim geodetskim kotama; ispuštanje preljevnih voda u slučaju visokih razina voda u prijamniku; itd.

Postoje i druge klasifikacije crpnih stanica, a odnose se uglavnom na: kapacitet (male, srednje, velike); pogonski stroj (električni, dizel, itd.); način izgradnje (montaže, monolitne, itd.); uporabljeni materijal (betonske, čelične, sintetički materijali, itd.); vrstu crpki (propelerne, rotacijske, pneumatske, itd.); i druge.

Podjela u odnosu na kapacitet je sljedeća: male: 0,02 – 0,06 m3/s; srednje: 0,06 – 0,65 m3/s; velike: > 0,65 m3/s.

O kapacitetu crpne stanice bitno ovise njezina izgradnja i sadržaj, tako da kapacitet u najvećoj mjeri utječe na karakteristike crpne stanice. Male crpne stanice su jednostavne po izvedbi i opremi, a često su tipske i mogu se dobiti kao gotovi komplet za ugradnju. Srednje mogu biti djelomično tipizirane za manje kapacitete, ali za veće kapacitete se uvijek posebno projektiraju. Ovo vrijedi i za velike crpne stanice, koje su uvijek specifične i složene s obzirom na funkcioniranje i potrebnu opremu. Bitna podjela odnosi se na način izvedbe crpki, i to na: mokru izvedbu (potopljene crpke) (Slika 6.40); suhu izvedbu (nepotopljene crpke) (Slika 6.41). Pri tome crpke mogu biti s horizontalnom ili vertikalnom osovinom.

252


1) crpni bazen 2) crpka

3) zasunska komora 4) struja/automatika

5) ulazna prostorija 6) otvor za crpke

7) vodilice za crpke 8) ozračivač

Slika 6.40: Mokra izvedba manjih crpnih stanica s nadzemnim dijelom i bez njega

1) crpni bazen 2) suha komora

3) crpka 4) ulazna prostorija

5) struja/automatika 7) ozračivač 6) otvor za crpke

Slika 6.41: Suha izvedba manjih crpnih stanica s nadzemnim dijelom i bez njega

Projektiranje crpnih stanica

Kao što je rečeno, najvećim dijelom se koriste crpne stanice malog kapaciteta kao gotovi proizvod ili montažna građevina, tako da se ne rade posebni projekti (građevinski, električarski, strojarski) (Slika 6.42).

253


Slika 6.42: Manja montažna crpna stanica

Srednje i veće crpne stanice se rade u skladu s lokalnim karakteristikama i svojim funkcijom u kanalizacijskim sustavu. Da bi crpna stanica udovoljila postavljenim zahtjevima, mora biti odgovarajuće projektirana. Tipičan sastav srednje i veće crpne stanice čini: 1. Konstrukcija; 2. Crpni bazen; 3. Suha komora – prostorija; 4. Crpke; 5. Usisni cjevovodi s opremom; 6. Tlačni cjevovodi s opremom; 7. Instrumenti za upravljanje radom crpne stanice; 8. Elektrooprema – pogon; 9. Energetski priključak na elektroopskrbnu mrežu; 10. Grijanje; 11. Ventilacija i oprema za čišćenje zraka; 12. Elektroinstalacije; 13. Vodovodne instalacije; 14. Kanalizacijske instalacije; 15. Oprema za eliminiranje i ublažavanje tlačnog udara; 16. Otvori, poklopci, ljestve i slična oprema potrebna za ulazak i reviziju svih dijelova crpne stanice; 254


17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Dizalice (kranska ili slično); Eventualno ured, radionica, skladište (velike i izolirane crpne stanice); Komunikacije (telefon, radio i slično); Rešetke, zapornice, usitnjivači i drugi zaštitni uređaji; Preljev (po mogućnosti); Rezervni sustav napajanja energijom (dizel agregat); Druga oprema po potrebi (klorinator, automatski ispirači crpnog bazena i slično).

Crpne stanice u mokroj izvedbi (s potopljenim crpkama) su jednostavnije i imaju manje dijelova od gore nabrojanih. Konstrukcija crpne stanice ovisi o lokalnim karakteristikama, kapacitetu i režimu rada. Konstrukcija većih crpnih stanica je monolitna armiranobetonska. Manje crpne stanice mogu biti prefabricirane od betona, plastike i metala.

Konstrukcija mora biti vodonepropusna i funkcionalna, sa svim potrebnim otvorima za komunikaciju, nadzor, održavanje te rukovanje crpkama i opremom crpne stanice. Visinski odnosi u crpnoj stanici moraju biti takvi da onemoguće plavljenje opreme, instalacija i pogona, a da istovremeno omoguće komunikaciju s vanjskim prostorom. Tlocrtni je oblik uglavnom pravokutni, iako ni okrugli nije rijetkost, pogotovo u slučaju duboke podzemne izvedbe kad se konstrukcija izvodi bunarski. Glavni element projektiranja je određivanje dimenzija građevine crpne stanice. Približna formula za određivanje dimenzija veće crpne stanice sa potopljenim crpkama je /42/: D=

gdje je: D C Q vD

Q 1000 ⋅ v D ⋅ C

(6.61)

– duljina objekta (m); – širina (m); – kapacitet crpne stanice; – brzina vode u proširenom dijelu bazena (0,1 – 0,3 m/s).

Voda koja dotječe u crpni bazen ima brzinu koja proizlazi iz značajki dovodnog cjevovoda. Ulaskom u crpni bazen brzina se smanjuje, jer se povećava protjecajni profil. Zbog toga ova brzina treba biti dovoljno velika da ne dođe do taloženja. Naravno, ovako dobivene orijentacijske veličine treba prilagoditi stvarnim potrebama. Crpni bazen je prostor koji služi za retenciju vode što dolazi iz kanalizacijskog sustava i prepumpava se. Veličina ovog prostora ovisi o režimu rada crpki i karakteristikama dotoka, stoga se on posebno dimenzionira. Voda u bazen ulazi kroz jedan ili više otvora, izravno ili kroz rešetke, a izlazi kroz usisni cjevovod. Kod manjih crpnih stanica, kao i većih kod kojih se koriste uronjene crpke, one su smještene unutar samog bazena. U ovom slučaju prostor bazena treba prilagoditi potrebama (dimenzijama) crpki. Na ulazima treba postaviti zatvarače da bi se crpna stanica mogla povremeno prazniti. Kod manjih crpnih stanica zatvaranje se obavlja takozvanim prenosivim zatvaračima, dok se kod velikih crpnih stanica na ulazima treba ugraditi odgovarajući zatvarač (zapornica).

U skladu s mogućnostima, bazen ima i otvor za preljev voda iz bazena s određene visine punjenja. Bazen mora imati otvor i elemente za ulazak. Unutar bazena često se grade 255


pregrade radi pravilnijeg usmjeravanja vode prema crpkama, to jest da bi se spriječilo intenzivno vrtloženje oko usisa crpki. Dno bazena treba izvesti u padu do najniže kote gdje se formira muljni šaht iz kojeg se crpna stanica može isprazniti. Kod većih crpnih stanica moguće je graditi više međusobno odvojenih crpnih bazena, da bi se omogućili revizija i popravci bez prekida rada. Vrlo je važno kvalitetno projektirati dno bazena, a sve kako bi se smanjili volumen i površina vode koja nakon prestanka rada crpke preostaje u bazenu. Dobrim projektiranjem se smanjuje talog i kora koja se formira na površini vode. To se postiže smanjenjem vodne površine i dubine vode na koti (razini) isključivanja crpke, prvenstveno zakošenjem dna i bočnih strana (zidova). Zakošenje zidova crpnog bazena je od 45 – 60º. Oblik crpnog bazena, kao i položaj crpki, usisnog cjevovoda i dovodnih cjevovoda kanalizacije, vrlo je važan za djelotvorni rad crpki. Zbog toga se kod projektiranja trebaju poštivati ovdje dane smjernice, kao i smjernice koje daju proizvođači crpki. To se posebno odnosi na minimalne međusobne razmake crpki, razmake između crpki i zidova te na potrebnu dubinu vode. Prema literaturi /3/, preporučuju se sljedeće dubine vode u crpnom bazenu: male crpne stanice ≈ 1,0 m; veće crpne stanice ≈ 2,0 m. Bazen mora imati i otvor za ventilaciju, a elektroinstalacija unutar ovog prostora mora biti zaštićena od iskrenja, kako ne bi došlo do eksplozije zbog nakupljanja metana. Da bi se spriječilo nakupljanje plinova, kao i neugodni mirisi, unutar crpnog bazena mogu se ugraditi stabilne mlaznice za ispiranje zidova poslije svakog punjenja bazena. Ovo je naročito potrebno kod crpne stanice u mješovitom sustavu, u kojem je kišno punjenje daleko veće od sušnog, a razdoblje do ponovnog punjenja dugo. Bazeni se kod oborinskih crpnih stanica rade u sklopu rješenja retencijskih bazena kišnih voda. Suha komora služi za smještaj crpki, kontrolnih instrumenata, cjevovoda i druge opreme. Kod uronjenih crpki suha komora služi za smještaj opreme cjevovoda i drugog. Kod crpnih stanica s uronjenim crpkama, suhe komore uopće nema. Međutim, kod većih crpnih stanica, a naročito dublje izvedbe, često imamo više suhih komora: suha komora s crpkama i cjevovodima neposredno uz ili iznad crpnog bazena, suha komora s kontrolnim panelima, automatskim uklopno-rasklopnim postrojenjem, itd.

Izuzetno je važno da ova komora bude hermetički zaštićena od crpnog bazena, kako bi se spriječilo prodiranje vlage, smrada i agresivnih plinova iz kanalizacijske mreže i crpnog bazena. Prostorija mora imati odgovarajuće otvore za komunikaciju, revizije, održavanje, montažu i demontažu. U slučaju teške opreme, unutar prostorije mora biti i dizalica. Unutar ovog prostora treba osigurati ventilaciju, a po potrebi i grijanje. Kako bi se umanjio negativni učinak dolazne brzine u mokri bazen crpne stanice suhe izvedbe, mora se predvidjeti umirenje toka (Slika 6.43). Veličinu udaljenosti M treba prilagoditi stvarnim uvjetima (o visini ulazne cijevi i brzini). Po mogućnosti treba predvidjeti i uronjenu pregradu za umirenje toka. Brzina u mokrom bazenu treba biti 0,3 – 0,4 m/s. 256


Slika 6.43: Smjernice za izvedbu mokrog bazena za crpke u suhoj izvedbi /42/

Crpke su osnovni element crpne stanice. Cjelokupna konfiguracija i konstrukcija crpne stanice podređena je njima.

Crpke mogu biti mokre izvedbe ili suhe izvedbe. O ovoj karakteristici bitno ovisi konstrukcija crpne stanice. Danas se sve više rabi mokra izvedba crpki, naročito za manje kapacitete. Mokra izvedba crpki je povoljna zato što eliminira potrebu usisnog cjevovoda i bitno smanjuje dimenzije crpne stanice. Ovakve se crpke lako montiraju i demontiraju (jednostavnim spuštanjem niz vodilicu, Slika 6.42). Zbog svega toga, ove vrste crpki danas prevladavaju u kanalizaciji. Prednost suhe izvedbe je mogućnost stalne vizualne kontrole rada crpki. Međutim, njihova je ugradnja daleko sakuplja i zahtijeva više prostora, pa se rijetko izvode.

Slika 6.44: Uronjene propelerne crpke

257


Crpke se ugrađuju u skladu s uputama proizvođača. Treba obratiti pozornost na potreban razmak crpki, položaj od dna i na tražene udaljenosti od zidova crpnog bazena. Razmak između crpki koji se preporučuje jest 1 – 1,3 m. Posebnu pozornost treba posvetiti položaju usisne glave usisnog cjevovoda crpki suhe izvedbe, jer proizvođači uglavnom za ovaj tip crpki ne daju uputstva za ugradnju. Usisni cjevovod se koristi jedino kod crpki suhe izvedbe. Cjevovod se sastoji od: cijevi; usisne glave; zasuna; kompenzacijskog komada; i redukcije.

Spojni profil usisnog cjevovoda s crpkom daje proizvođač crpki. Stvarni profil usisnog cjevovoda treba prilagoditi lokalnim zahtjevima. Brzina u usisnom cjevovodu se preporučuje u granicama 1,2 –1,8 m/s, iz čega proizlazi i potrebni profil. Maksimalno dozvoljena brzina za crpke vertikalne izvedbe je 2,0 m/s, a za crpke horizontalne izvedbe 2,5 m/s. Budući da su profili usisnog cjevovoda uvijek veći od usisnog otvora crpki, bit će potrebno ugraditi redukcijski komad. Poželjno je da je usisni cjevovod u stalnom padu od crpke prema usisu. Na usisu se nalazi još i zasun, radi mogućnosti demontiranja crpki. Međutim, kako je usisni cjevovod ugrađen u zid bazena s jedne strane, a fiksiran za crpku s druge strane, vrlo teško je izvršiti demontažu elemenata na njemu. Zbog toga se na ovom dijelu ugrađuje kompenzacijski komad koji omogućuje laku demontažu i montažu. Treba voditi računa o još jednom aspektu ugradnje usisnog cjevovoda, a to je dubina ugradnje. Usis mora biti ugrađen dovoljno duboko od minimalne razine vode, kako ne bi došlo do stvaranja usisnog vrtloga i usisavanja zraka. Stoga se poželjne dubine ograničavaju prema brzini vode na početku usisne glave, kako prikazuju Tablica 6.8, Slika 6.45 i Slika 6.46. Tablica 6.8: Mogući izbor minimalne dubine usisne glave crpnog agregata /73/ Brzina na ulazu usisne glave (m/s)

Potrebna minimalna dubina usisne glave (m)

0,6 1,0 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7

0,30 0,60 1,00 1,40 1,70 2,15 2,60

Važno je da se zadovolje uvjeti vezani u potrebnu veličinu NPSH. Pojava zraka u usisnom cjevovodu prouzrokovat će stvaranje kavitacije u crpki, a time i njeno oštećenje. Sve navedeno odnosi se na crpke suhe izvedbe. Uronjene crpke nemaju ovih problema, s tim da se poštuje propisana minimalna razina vode kod isključivanja crpki (Slika 6.47). 258


Okvir 6.3: Instaliranje crpki za otpadne vode /42/

Slika 6.45: Preporuke za instaliranje vertikalnih crpki suhe izvedbe

Slika 6.46: Preporuke za instaliranje horizontalnih crpki suhe izvedbe

hS1 = E + a a = 100 − 300 mm E+k hS 2 = 2

Slika 6.47: Preporuke za određivanje minimalne razine vode kod crpki mokre izvedbe 259


Tlačni cjevovod unutar crpne stanice

Tlačni cjevovod je kod uronjenih crpki djelomično smješten u crpnom bazenu, a djelomično u suhoj komori. Kod suhe se izvedbe cijeli cjevovod nalazi u suhoj komori. Profil tlačnog cjevovoda često je veći od profila tlačnog otvora crpki, tako da on često počinje redukcijskim komadom. Brzina se u tlačnom cjevovodu treba kretati od 1,8 – 2,4 m/s. Veličina tlačnog cjevovoda određuje se na temelju sljedećih kriterija: ekonomski, vezani uz troškove građenja i pogona; ograničenja vezana uz veličinu promjera i broj izmjena vode u cjevovodu (minimalne dimenzije); minimalno dozvoljene brzine kod stalnog i povremenog rada. Povećanje brzine vode u tlačnom cjevovodu rezultira većim hidrauličkim gubicima i ukupnom visinom dizanja vode H, a time i većom potrošnjom specifične energije E, dok su cijene izgradnje cjevovoda manje zbog manjih dimenzija, a same crpne stanice veće zbog povećane instalirane snage. Važno je napomenuti da su u cijelom vijeku trajanja građevine troškovi izvedbe jednokratni, a troškovi pogona stalni. U praksi se koriste navedene preporuke, a ekonomske analize i optimalizacija izbora veličine profila tlačnog cjevovoda (metoda neto sadašnja vrijednost) rade se jedino kod većih crpnih stanica. Temeljem iskustva i analiza, Slika 6.48 prikazuje preporuke za izbor brzine vode u tlačnom cjevovodu u funkciji instaliranog protoka crpne stanice. v (m/s) 1,8

1

1,6 1,4

2 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Q (l/s)

1 – povremeni rad (manje od 1.000 sati/god)

2 – kontinuirani rad

Slika 6.48: Preporuke za određivanje brzine vode u tlačnom cjevovodu/23/

Na tlačnom cjevovodu ugrađuju se povratni ventil, zasun, kompenzacijski komad i eventualno uređaj za zaštitu od tlačnog udara.

260


Slika 6.49: Tipična instalacija tlačnog cjevovoda

Cijevi trebaju imati potrebnu čvrstoću u skladu s očekivanim tlakom, te biti dobro pričvršćene i usidrene u zid konstrukcije, a sve zbog vibracija koje nastaju kod uključivanja i isključivanja crpki. Povratna klapna (zaklopka) treba se instalirati što dalje od crpki kako bi se izbjegli problemi sa zrakom, a kod horizontalnih crpki suhe izvedbe povratni ventil ne smije se instalirati na vertikalnom djelu cjevovoda. Upravljanje i kontrola rada crpne stanice – razine uključivanja i isključivanja

Upravljanje crpnom stanicom i kontrola njezina rada obavlja se pomoću opreme za automatski rad, opreme za manualni rad i alarmnog sustava. Svu ovu opremu mora se ugrađivati na točno određeni način, u skladu s uputama proizvođača i karakteristikama crpne stanice. Oprema mora biti otporna na vlagu, a kad se ugrađuje unutar crpne stanice, tada mora biti otporna i na korozivno djelovanje vodenih para otpadnih voda. Zato se ova oprema često izrađuje od posebnih materijala (nehrđajućeg čelika, sintetičkih materijala) u skladu sa specifičnim zahtjevima. Ova oprema iziskuje i odgovarajuću klimatizaciju prostorije u kojoj se nalazi. Rad crpne stanice temelji se na utvrđivanju razine vode u crpnom bazenu. Razina se mjeri različitim tipovima senzora: plivajući, reagirajući na tlak, ultrazvuk, itd. Automatski se rad sastoji u uključivanju i isključivanju crpki ovisno o razini vode u crpnom bazenu. Crpke se uključuju kod maksimalne, a isključuju kod minimalne radne razine vode. Automatika obuhvaća i jednoliko radno opterećenje svih crpki u crpnoj stanici (uključujući i rezervne), tako da sukcesivno uključuje crpke ostavljajući uvijek ostale kao rezervne. Mogući su i drukčiji zahtjevi, a sve u skladu s karakteristikama crpne stanice (postupno uključivanje crpki i drugo). Poželjno je da minimalna razina kod koje se crpka isključuje bude što niža kako bi se kod pražnjenja povećala brzina tečenja kod završetka ciklusa rada. Međutim, ova razina je ograničena zbog potreba hlađenja crpke i zaštite od uvlačenja zraka. Približna minimalna razina vode, odnosno zaustavljanja rada crpki, može se odrediti formulom /42/: 261


hs = 0,04 ⋅ Q + 0 ,2

(6.62)

gdje je: hs – dubina/razina zaustavljanja od dna bazena (m); Q – kapacitet crpke (l/s). Crpke s promjenjivim brojem okretaja, kao i crpna stanica sa više crpki, imaju više razina prestanka rada, a sve u skladu sa planiranim radom. Isto tako, crpke suhe izvedbe s horizontalnom i vertikalnom osovinom imaju druge kriterije. Automatika obuhvaća i reagiranje u slučaju kvara. U ovom slučaju govorimo o alarmu ili uzbunjivanju. Moguća su tri slučaja: punjenje iznad maksimalne radne razine; pražnjenje ispod minimalne radne razine; prekid rada crpki. U slučaju prekoračenja maksimalne razine, u pravilu se u rad uključuju preostale crpke, a ako ni to ne pomaže tada se uključuju zvučni, svjetlosni i drugi tipovi uzbunjivanja. Ukoliko crpke ne reagiraju na uključivanje, oglašava se uzbunjivanje. Uobičajene razine uključivanja i alarma prikazuje Slika 6.50. Smjernice za pravilno određivanje razine prestanka rada crpki prikazuju Slika 6.46, Slika 6.47 i Slika 6.48. U slučaju korištenja većeg broja crpki, isključivanje crpki može biti odjednom ili postupno, pri čemu se crpke postupno isključuju kako se razina vode u crpnom bazenu smanjuje, i tako redom do postizanja minimalne razine.

Slika 6.50: Raspored upravljačkih razina vode u crpnoj stanici suhe izvedbe (preporuke osnovnih razina)

Razina uključivanja crpki je za manje crpne stanice oko 1 m, a za veće oko 2 m iznad razine isključivanja. Kod vrlo malih crpnih stanica ova razlika može biti i manja, ali ne manja od 60 – 80 cm. Ako crpna stanica ima više crpki u paralelnom radu, uključi262


vanje druge crpke bi trebalo biti na razini 20 – 30 cm od prve, a uključivanje svake sljedeće na razini 30 cm od prethodne. Kao što se vidi, radna razina uključivanja je po mogućnosti 20 cm niža od najnižeg ulaznog cjevovoda. Razina isključivanja postavlja se u skladu s uputama proizvođača crpki, a najčešće iznad razine rotora. Prvi stupanj alarma za maksimalnu razinu jest kota nivelete najnižeg ulaznog kanala, kada se uključuju sve crpke. Drugi stupanj alarma je visina punjenja do tjemena ulaznog kolektora. Osim opreme za automatski rad, u crpnoj stanici moraju biti i uređaji za ručni pogon crpne stanice. Na kontrolnoj ploči (lokalno ili na sučelju u upravljačkom centru) poželjno je imati: pokazatelj razine vode u crpnom bazenu; mjerač protoka; pokazatelj rada crpki (“radi/ne radi”); elemente za uključivanje i isključivanje crpki; pokazatelj potrošnje energije crpki; signalizator alarma (zvučni i svjetlosni); isključivač alarma; ostalu opremu u skladu s karakteristikama crpki. Crpne stanice uglavnom rade autonomno u skladu s programiranim radom. Međutim, danas se većina crpnih stanica i njihovih upravljačkih sustava povezuje sa zajedničkim upravljačkim centrom iz kojeg se nadzire rad crpne satnice, te daljinski upravlja sa crpnom stanicom shodno potrebama sustava. Izvedba nadzorno-upravljačkog sustava crpnih stanica (NUS-a) je od velike koristi za optimalizaciju rada sustava, a posebno uređaja za pročišćavanje otpadnih voda i minimiziranje negativnih utjecaja rada preljeva. Elektrooprema podrazumijeva pogon crpki koji je uglavnom 220V/50Hz. Mogući su i drukčiji pogoni, ovisno o karakteristikama crpki.

Sve elektroinstalacije moraju biti izvedene tako da se spriječi mogućnost eksplozije zbog isparavanja otpadne vode i mogućeg iskrenja. Energetski priključak se realizira u skladu sa zahtjevima elektrodistribucijskog poduzeća, koji se uvijek moraju ishoditi.

Svaka crpka treba imati dva neovisna energetska priključka s mogućnošću automatskog prebacivanja u slučaju ispada jednog od njih. Ukoliko to nije moguće osigurati, mora se instalirati dizel-agregat. Odstupanje od ovog zahtjeva može se dopustiti kod crpnih stanica manjeg kapaciteta, gdje se u slučaju prestanka rada pogon može osigurati mobilnom crpkom ili autocisternom. Rezervno napajanje crpne stanice je osnovni zahtjev kojeg postavljaju sanitarni inspektori i uvijek ga se mora adekvatno riješiti. Grijanje se u crpnoj stanici postavlja u suhoj komori radi osiguranja prikladne temperature, a to je veoma važno (naročito u hladnijim predjelima). Grijanje smanjuje stvaranje vlage i time utječe na smanjenje korozije od vodenih para. Način grijanja odabire se u skladu s veličinom crpne stanice i lokalnim uvjetima.

263


Ventilacija je izuzetno važna kod rada crpne stanice radi sprječavanja eksplozije, zaštite opreme i omogućavanja boravka ljudi.

Treba razlikovati ventilaciju suhe komore od ventilacije crpnog bazena. Ventilacije ovih dviju prostorija moraju biti potpuno odvojene. U crpni bazen se svježi zrak najčešće ubacuje prisilno, a izlazi gravitacijski. Poželjno je da je tlak u bazenu pozitivan, kako bi se smanjilo pritjecanje zraka iz kanalizacijskih kolektora u bazen. Izlaz u pravilu treba smjestiti što bliže ulaznom kolektoru, kako bi se iz njega što prije odstranio zrak iz mreže. Manje crpne stanice mogu biti bez prisilne ventilacije, dok ju velike obvezno moraju imati. Ventilatori moraju biti osigurani od iskrenja, odnosno eksplozije. Potreban broj izmjena zraka u crpnom bazenu je /73/: 30 puta na sat, ukoliko ventilator ne radi neprekidno; 12 puta na sat, ako ventilator radi neprekidno. Volumen koji se uvrštava u račun jest prostor između minimalne razine vode i ploče. Suha komora ventilira se prisilnim sustavom tako da se ventilator postavlja na ulaz ili izlaz, a kod velikih crpnih stanica i na ulaz i na izlaz. Potreban broj izmjena zraka jest /73/: 15 puta na sat, ukoliko ventilator radi s prekidima; 6 puta na sat, ukoliko ventilator radi neprekidno. U slučaju kad se uslijed grijanja motora javljaju više temperature, a naročito u toplijim krajevima, postavlja se jača ventilacija. Sve veće crpne stanice imaju ventilaciju s neprekidnim radom. Zrak iz mokrog bazena crpne stanice mora se pročišćavati na odgovarajućim filtrima. Kod većih crpnih stanica to su biološki filtri a kod manjih filtri s određenim ispunama (drveni ugljen). Ispiranje mokrog bazena treba se provoditi kako bi se spriječilo taloženje i stvaranje kore. Danas se to obično radi s mlazom vode iz povratnog cjevovoda koji je povezan s tlačnim cjevovodom. To je jednostavan i djelotvoran sustav kojim se dio otpadnih voda iz tlačnog cjevovoda preusmjerava u mokri bazen radi uzburkavanja vode, taloga i kore. Uzmućena voda s talogom i plivajućim nakupinama tako se prepumpava dalje u sustav. Ventil na povratnom cjevovodu otvara se automatski u skladu s programiranim radom. Veće crpne stanice mogu imati ugrađene posebne mješače i druge uređaje-ispirače. Elektroinstalacije obuhvaćaju pogon svih postrojenja i rasvjetu crpne stanice. Izvedba mora biti primjerena vlažnoj sredini sa zaštitom od iskrenja radi sprječavanja moguće eksplozije. Vodovodne instalacije obuhvaćaju sanitarne uređaje, hidrant i visokotlačnu crpku ispirača mokre komore, ukoliko se postavljaju. Sve veće crpne stanice imaju sanitarne uređaje i hidrant. Male crpne stanice u pravilu nemaju vodovodne instalacije. Kod malih se crpnih stanica u pravilu uz crpnu stanicu postavlja hidrant, a voda s njega može se koristiti za pranje crpki i crpne stanice. Kanalizacijske instalacije postoje ukoliko postoje sanitarni uređaji. Osim toga, unutar crpne stanice (suhe komore) mora se osigurati dreniranje vode. Ako je to moguće, poželjno je odvodnju crpne stanice riješiti priključkom na vanjsku kanalizaciju, a ne na 264


crpni bazen. Razumije se, kad to nije moguće drenažne se vode iz suhe komore moraju precrpsti u crpni bazen. Ove crpke moraju imati 100% rezervu, a kapacitet treba prilagoditi stvarno očekivanim vodama, vodeći računa i o procjednim vodama s crpki. Određivanje volumena crpnog bazena i crpne stanice otpadnih voda

Volumen crpnog bazena je funkcijski ovisan o: radu crpki; konstrukcijskim zahtjevima vezanim za ugradnju crpki i opreme. Kada govorimo o potrebnom volumenu, mislimo isključivo na volumen potreban za retenciju vode uslijed prekida rada crpki. Prema tome, to se ne odnosi na pužne crpke. Volumen je funkcijski ovisan o protoku ulaza i izlaza unutar nekog vremenskog razdoblja: dV = Q − Q (6.63) ul iz dt Ako se radi o dužim vremenskim razdobljima s promjenjivim dotokom, tada se potrebni volumen određuje na temelju zbirne krivulje dotjecanja i istjecanja. Potrebni volumen je najveća iskazana razlika pozitivnog i negativnog volumena. U skladu s prije rečenim, razlikuje se proračun crpnih sustava kod oborinske, mješovite i kanalizacije otpadnih voda. U daljnjem tekstu obradit će se samo problematika dimenzioniranja crpnog bazena kanalizacije otpadnih voda, jer se problematika crpnog bazena oborinskih voda rješava zajednički s kišnim bazenima. Rad crpki i proračun volumena u kanalizaciji otpadnih voda temelji se na vremenskom razdoblju od jednog sata, u kojem se pretpostavlja konstantan dotok. Sat koji se uzima za proračun uglavnom je maksimalni sat potrošnje, odnosno vrijeme vršnog dotoka vode u crpnu stanicu. Međutim, ukoliko tijekom dana postoje velike razlike u dotoku, tada se proračun i analiza moraju provoditi i za druga vremenska razdoblja. Proračun se provodi na sljedeći način: odredi se ukupni ciklus rada T: T = t pu + t pr

gdje je: tpu tpr

(6.64)

– vrijeme punjenja (min); – vrijeme pražnjenja (min).

Ukupno vrijeme rada ovisi o dopuštenom broju uključivanja crpki unutar jednog sata. Tablica 6.9 prikazuje preporučene brojeve uključivanja u jednom satu, u skladu s preporukama ATV–A 134. U pravilu se u proračunu koristi nešto manji broj uključivanja, obično 50% manje od postavljenih ograničenja, a sve radi zaštite crpki. Češći rad rezultira većim vibracijama, zagrijavanjem i većim trošenjem crpki. Proizvođači crpki za svoj proizvod propisuju uvjete rada o kojima treba voditi računa kod projektiranja. U skladu s tim, razdoblje između dva uključivanja ne smije biti kraće od /73/: crpke do 15 kW tmin = 10 min; crpke 15 – 75 kW tmin = 15 min; crpke 75 – 200 kW tmin = 20 min.

265


Tablica 6.9: Broj uključivanja crpki u jednom satu Crpke snage (kW)

Broj uključivanja u satu

do 7,5 do 50 preko 50

Z ≤ 15 Z ≤ 12 Z ≤ 10

Osnovna je preporuka da crpke rade što duže, kako bi se otpadna voda u crpnoj stanici zadržavala što kraće. Uzimajući ove podatke, može se odrediti ukupno trajanje jednog ciklusa. Navedene preporuke odnose se na sat maksimalnog dotoka. Međutim, tijekom noći dotok je znatno manji tako da će vrijeme zadržavanja biti znatno duže. U sustavima s velikim varijacijama protoka tijekom dana, potrebno je iznaći optimalno kompromisno rješenje kojim se zadovoljavaju uvjeti proizvođača crpki kao i problemi dugog zadržavanja vode u bazenu. To se radi na više načina, a dobri rezultati postižu se instaliranjem crpki različitoga kapaciteta, prikladnog za noćni i dnevni rad. Naime, za vrijeme mirovanja crpke puni se bazen, odnosno vrijeme punjenja je: t pu = V (min) Qul

gdje je: V Qul

(6.65)

– radni volumen crpnog bazena (m3); – dotok (m3/min).

Vrijeme crpljenja je tada: t pr =

gdje je: Qiz

V (min) Qiz − Qul

(6.66)

– kapacitet crpki (m3/min).

U skladu s ovim, vrijedi: T=

V V (min) + Qul Qiz − Qul

(6.67)

Prema tome, potrebni volumen je (uz uvjet da je Qiz > Qul): V=

t ⎛ 1 ⎞ 1 + ⎜ ⎟ ⎝ Qul Qiz − Qul ⎠

(6.68)

Od veličine Qiz ovisi i trajanje rada crpki. Ukoliko je:

Qiz = 2 ⋅ Qul

(6.69)

tada je vrijeme punjenja i crpljenja isto, a potrebni radni volumen je: V=

266

t ⋅ Qiz (m3) 4

(6.70)


Prema ATV–A 134, minimalni se potrebni volumen bazena za manje crpne stanice računa po formuli: V = 0,9 ⋅

Qiz (l / s ) Z

(6.71)

gdje je: V – volumen bazena (m3); Qiz – kapacitet crpki (l/s); Z – odabrani broj ciklusa rada na sat. Formule (6.70) i (6.71) daju približno iste rezultate. Ukupni potreban volumen je: Vukupno = Vradni + Vcrpki

(6.72)

gdje je: Vcrpki – volumen crpki i drugih instalacija u crpnom bazenu. Ciklus rada crpki je duži za svaki drugi odnos protoka. Ovakav proračun može rezultirati velikim volumenima. Ukoliko su volumeni kod manjih crpki preveliki, tada se kombinira neprekidni rad crpke tako da najprije radi radna crpka, a zatim rezervna i tako redom. U slučaju crpki koje rade u režimu “2+1” (dvije radne i jedna rezervna), minimalni volumen crpnog bazena računa se kao: V = 0,9 ⋅

Q1 + Q2 / 2 Z

(6.73)

U slučaju crpki koje rade u režimu “3+1” (tri radne i jedna rezervna), minimalni volumen crpnog bazena računa se kao: V = 0,9 ⋅

Q1 + Q2 / 2 + Q3 / 3 Z

(6.74)

Kod većih crpnih stanica problem se rješava boljim izborom crpki ili instaliranjem crpki različita broja obrtaja. Osim ovih kriterija, postoji i kriterij minimalno dozvoljenog vremena zadržavanja vode. U svijetu se vrijeme zadržavanja vode u crpnom bazenu ograničava na 10 minuta, što znači da je maksimalno trajanje punjenja 10 minuta. Na ovaj se način želi spriječiti septičko stanje otpadne vode, intenzivna pojava smrada i taloga. Ovaj je kriterij u konfliktu s kriterijem minimalnog vremena uključivanja crpki. To se može izbjeći instaliranjem većeg broja crpki i njihovim sukcesivnim uključivanjem, što znači da se u istom radnom ciklusu uvijek uključuje druga crpka. U slučajevima velikih volumena crpnog bazena, za zadržavanje vode može se koristiti i kanalizacijski kolektor. Razumije se, ovdje više ne vrijede spomenuti kriteriji uključivanja crpki, jer se radna razina podiže do 80% ispunjenja kolektora. Kod ovakvog je rada najveći problem stvaranje uspora u kanalizacijskim kolektorima i s tim u vezi opasnost od taloženja. Kod razmjerno čistijih voda (oborinskih i mješovitih), ovih problema očito nema.

267


Ukoliko se koriste crpke različitog broja obrtaja, tada su potrebe za radnim volumenom retencijskog bazena minimalne i odnose se isključivo na kraće vrijeme (1 minuta) potrebno za prebacivanje iz manje u veću brzinu obrtaja. U slučaju mješovite kanalizacije, bazen se dimenzionira na dva režima rada: sušni i kišni (Slika 6.51). Sušni se režim određuje na prikazani način dok se kišni određuje posebnim postupkom.

BOV – bazen za oborinsku vodu BWL – minimalna razina vode

MSWL – maksimalna razina vode kišnog dotoka TWL – maksimalna razina vode sušnog dotoka

Slika 6.51: Crpna stanica na mješovitoj kanalizaciji

6.2.10

Dimenzioniranje crpne stanice oborinskih voda

Koncept i osnovne značajke

Crpna stanica oborinskih voda funkcionira na sličan način kao i crpna stanica otpadnih voda. Suštinska je razlika u režimu dotoka voda na crpnu stanicu, i s tim u vezi potrebnog oblikovanja objekta. Dotok je stohastičan, a crpna stanica se dimenzionira kao i sustav odvodnje na protok usvojenog vremena ponavljanja. Crpna stanica ima zadatak da dotok precrpljuje u prijamnik, objekte ili nizvodne kanale. Prema tome, logično je da crpna stanica ima kapacitet jednak ili veći od predviđenog dotoka. Međutim, problem s dotokom oborinskih voda je u tome što je promjenjiv i nepredvidiv. Zbog toga su važni element crpne stanice retencija te sigurnosni preljev koji se gradi na samoj crpnoj stanici ili na dovodniku uzvodno od nje. Sve prethodno navedene formule za bilanciranje dotoka i crpljenja za otpadne vode, u suštini vrijede i za crpnu stanicu oborinskih voda, osim formula za određivanje optimalnog kapaciteta crpki te režima rada. Kao što je već rečeno, optimalizacija kapaciteta crpki za oborinske vode provodi se zajedno s optimalizacijom retencijskog bazena, a sve kako bi se smanjili kapacitet crpki i troškovi rada. U slučaju oborinskih voda, retencijski bazen ima bitno veću ulogu i dimenzije nego u kanalizaciji otpadnih voda, te se zbog toga posebno analizira. Zadržavanje oborinskih voda je jednostavnije zbog njihove bolje kakvoće i manje štetnosti po urbani okoliš nego u slučaju otpadnih voda. Osim toga, veliki dovodni kanali oborinske kanalizacije su sami po sebi značajan element retenciranja, kojega treba iskoristiti.

268


Zadržavanje vode u crpkama otpadnih voda provodi se isključivo u mokrom bazenu koji je kod potopljenih crpki ujedno i crpni bazen. Zadržavanje je kratkotrajno, te je oblikovanje bazena jednostavno i provodi se na prikazani način. Cilj dimenzioniranja je smanjiti izlazni kapacitet crpki na razinu dotoka, ako je to moguće i ako je ekonomski prihvatljivo. Znači, cilj je minimalno mijenjati režim dotoka, odnosno minimalno zadržavati otpadne vode na crpnoj stanici. Kod crpnih stanica oborinskih voda cilj je obrnut: smanjiti izlazni kapacitet crpki na što manju ekonomski i tehnološki prihvatljivu razinu, to jest što više zadržavati dotok vode. Zbog toga je zadržavanje/retenciranje oborinskih voda složenije i zahtjevnije, te se stoga detaljnije analizira. Postupak dimenzioniranja je sljedeći: 1. Za utvrđenu lokaciju i kriterije za rješavanje problema određuju se krivulja dotoka vode i krivulja masa. 2. Određuje se spremnik sustava: veličina spremnika; kanalizacija i moguća veličina za retenciranje; početne dimenzije i volumen crpnog bazena. 3. Utvrđuje se mogući broj crpki i njihov kapacitet. Računa se: ukupna krivulja spremnika; iskoristivi volumen; režim rada crpki i razine uključivanja i isključivanja. 4. Izrađuje se krivulja bilance masa vode u dotoku i crpljenju, i analizira se početno predviđeni režim rada i raspoloživi volumen. Korigiraju se režim rada i veličina volumena, dok se ne dobiju zadovoljavajući rezultati. 5. Dimenzionira se crpni sustav, tlačni cjevovod, određuje potrebna energija, sustav uključivanja i isključivanja, ciklusi rada i konačne dimenzije crpne stanice. 6. Izrađuje se projekt i specifikacija opreme i radova. Problematika proračuna ulaznog hidrograma je objašnjena ranije u poglavlju “Oborinske vode”. Elementi za zadržavanje (retenciranje) vode su: dovodnici (kanali); retencijski bazen; crpni (mokri) bazen crpne stanice.

Zadržavanje vode ima za cilj smanjiti izlazne količine, a time i instalirani kapacitet crpne stanice. Razlika između ulaznog i izlaznog hidrograma je zadržani volumen vode (Slika 6.52). Ekstremne situacije su: ne graditi retenciju i instalirati kapacitet crpki jednak ili veći od dotoka, što rezultira većim brojem crpki različitog kapaciteta ili promjenjivog broja okretaja, te složenijim sustavom upravljanja; izgraditi retenciju koja je veća od ukupnog dotoka, a za čije crpljenje se instalira crpka manjeg kapaciteta, što rezultira velikom i skupom retencijom.

269

J. Margeta: Odvodnja naselja Protok Zadržani volumen Dotok Vršni izlazni protok Crpljenje

Vrijeme

Slika 6.52: Hidrogrami ulaza i izlaza crpne stanice

Optimalno rješenje je očito negdje između ova dva ekstremna slučaja, odnosno potrebno je pronaći prihvatljivu kombinaciju potrebnog volumena, veličine i broja crpki, a što će uglavnom ovisiti o lokalnim uvjetima. Dimenzioniranje se provodi ekonomskom analizom više alternativnih rješenja veličine bazena i kapaciteta crpki, metodom neto sadašnje vrijednosti. Ukupno dostupan (raspoloživi) volumen za zadržavanje vode je volumen dostupan u dovodnom cjevovodu, retencijskom bazenu i volumen u crpnom (mokrom) bazenu. Raspoloživi volumen je volumen između razine vode H i minimalne razine rada crpki (“nulto stanje”) (Slika 6.53).

Retencijski bazen ili dovodnik Mokri bazen

H

V

Nulto stanje

Slika 6.53: Raspoloživi volumen u funkciji razine vode

Potrebni volumen je volumen između krivulje dotjecanja i istjecanja. Postupak određivanja je sljedeći (Slika 6.54): izračuna se krivulja dotjecanja oborinskih voda na crpnu stanicu; odredi se željeni režim rada crpki; pozitivna razlika volumena između krivulje ulaza i izlaza od početka dotjecanja do točke u kojoj je izlaz veći od dotoka je veličina potrebnog volumena.

270

6. Objekti kanalizacijskog sustava Potrebni volumen

Protok

Ciljana veličina istjecanja

Utvrđeni izlazni protok

Vrijeme

Slika 6.54: Određivanje potrebnog volumena

Crpni (mokri) bazen (spremnik) početno se određuje na temelju potrebnog prostora za smještaj crpnog sustava. U početnoj fazi se pretpostavi, a tek po izboru crpki može se točno odrediti (minimalna dozvoljena dubina, širina do zidova, razmak između crpki, itd.). Minimalne dimenzije crpnog bazena određene su crpkama i njihovim značajkama. Mokri se bazen može također koristiti i za osiguranje dodatnog volumena za retenciranje, i to usvajanjem većih dimenzija od minimalno potrebnih. Smjernice se daju u nastavku ovog poglavlja. Retencijski bazen (spremnik) je volumen za zadržavanje vode povrh raspoloživog volumena u dovodnicima. Sastavni je dio crpnog bazena i osnovna mu je namjena smanjenje instaliranog kapaciteta crpki. Druge namjene retencijskog bazena mogu biti vezane za protupožarnu zaštitu (spremnik vode) ili kao pjeskolov. Može imati različiti oblik shodno lokalnim uvjetima građenja. Tipičan izgled prikazuje Slika 6.55.

Izlazni kanal

Spremnik

Crpni/mokri bazen

Ulazni dio

Slika 6.55: Tipičan izgled retencijskog bazena/spremnika crpne stanice oborinskih voda

271


Smjernice za projektiranje crpne stanice oborinskih voda

Osim u izvedbi i tipu crpki, bitna razlika između crpnih stanica za otpadne i onih za oborinske vode je u izvedbi crpnog bazena. Svi ostali elementi slični su crpnim stanicama otpadnih voda, osim što se u ovom slučaju radi o oborinskim vodama koje su čistije i nisu opterećene organskim tvarima i procesima njihove razgradnje, kao ni značajnim koncentracijama suspendiranih i drugih tvari. S druge strane, kod crpki za oborinske vode važno je voditi računa o pijesku i anorganskim česticama koje se često mogu naći u vodama, kao i o krupnim suspenzijama. Zbog toga su crpke uglavnom vertikalne izvedbe, s vertikalnim potopljenim usisnim cjevovodom kojim se umanjuje mogućnost usisavanja pijeska i plivajućih tvari. Usisna cijev i crpni bazen moraju se odgovarajuće oblikovati da bi se postigla željena učinkovitost rada crpki. Dubina crpnog bazena određena je: kotom dna ulazne cijevi; volumenom potrebnim za ciklični rad (ako nije dostupan drugi retencijski prostor); potrebnom dubinom crpke; potrebnim razmakom usisa. Kota nivelete ulaza ili spremnika ne smije biti ispod razine najdublje razine rada crpke. Širina crpnog bazena treba biti prilagođena potrebama crpki. Brzina vode u crpnom bazenu mora biti veća od 0,3 m/s, a bolje je ako je veća (0,5 m/s). Ako pred crpnim bazenom nije predviđeno hvatanje pijeska, tada je poželjna brzina od oko 1 m/s. Dubina vode iznad usisa crpke treba biti u skladu sa zahtjevima proizvođača. Orijentacijska dubina je: S = D+

gdje je: S D Cu Qp

Cu ⋅ Q p D 1,5

– visina između najniže kote rada crpke i ruba usisnog dijela (m); – vanjski promjer usisnog dijela crpke (m); – koeficijent konverzije (= 0,935); – individualni kapacitet crpke (m3/s).

Kapacitet crpki ograničava se kako slijedi: 3 ukupni kapacitet crpki po jednom crpnom bazenu najviše 6,3 m /s; 3 individualni kapacitet crpke najviše 2,5 m /s. Druge detalje i smjernice prikazuju Okvir 6.4 i Okvir 6.5.

272


Okvir 6.4: Smjernice za dimenzije crpne stanice oborinskih voda s crpnim bazenom pravokutnog tlocrtnog oblika /3/ Dimenzija A a B C D* Hmin H

Opis Udaljenost od osi usisa do ulaza u crpni bazen Duljina pregrade crpke do nakošenja Udaljenost od stražnjeg zida do osi usisa Razmak od dna usisa do dna bazena Vanjski promjer usisa Minimalna dubina vode u crpnom bazenu Minimalna visina pregrade

S

Minimalna visina potopljenog dijela usisa crpke

W w X Y Z1 Z2 Α Β Φ

Širina pregrade između crpki Minimalna sužena širina Duljina pregrade Udaljenost od osi do rešetki Udaljenost od osi usisa do skretanja bočnog zida Udaljenost od osi usisa do nagiba dna Kut nagiba dna Kut skretanja zida Kut nagiba suženja usisne pregrade

Preporučena vrijednost 5D 2,5 D 0,75 D 0,3 D – 0,5 D Prema uputama proizvođača S+C max (H ; 2,5 D) S =D+

Cu ⋅ Q p D 1,5

≥2D 2D ≥5D ≥4D ≥5D ≥5D 0 – 10 stupnjeva 0 – 10 stupnjeva Maksimalno 10 stupnjeva

Brzina u usisnoj cijevi treba biti u granicama: Brzina (m/s) Kapacitet crpke (m3/s) < 0,315 0,6 – 2,7 0,315 – 1,26 0,9 – 2,4 < 1,26 1,2 – 2,1 B

A Z1

B

1.5-2.0 D

X

W

PREGRADA

W

B

Φ

TLOCRT

VARIJANTA SA PROTOČNOM REŠETKOM

TLOCRT

1.5-2.0 D w

BRZINA VODE U PREGRADI, Vmax Y

D

TLOCRT VERTIKALNI ILI STRMI NAGIB

PAD PREMA VANJSKOM ZIDU 45°

MINIMALNA RAZINA VODE

X

D

D

Ws

PREGRADNI PROSTOR ZA CRPKE

Y 60° h

S

H > 2D

MINIMALNA RAZINA VODE RAZINA DNA SPREMNIKA

PREGRADA ZA SPRJEČAVANJE VRTLOŽENJA

VEĆE OD 4D ILI S

β

a

S C

α Z2

PRESJEK

Slika 6.56: Smjernice za projektiranje crpnog bazena pravokutnog tlocrtnog oblika

C

D/4 w

1.5-2.0 D

PRESJEK

PRESJEK

Slika 6.57: Smjernice za Slika 6.58: Smjernice za prodimenzioniranje pregrada jektiranje crpnog bazena poizmeđu crpki topljene crpke oborinskih voda

273


Okvir 6.5: Smjernice za dimenzije crpne stanice oborinskih voda s crpnim bazenom kružnog tlocrtnog oblika /3/ Dimenzija Opis C D* Hmin

Preporučena vrijednost

Razmak od dna usisa do dna bazena Vanjski promjer usisa Minimalna dubina vode u crpnom bazenu Minimalna visina potopljenog dijela usisa crpke Minimalni razmak između crpki Minimalni razmak od zida do najbliže crpke Unutrašnji promjer crpnog bazena Promjer ulaznog cjevovoda Duljina ravne dionice ulaznog cjevovoda

S Cb Cw Ds* Dp Lp

0,3 D – 0,5 D Prema uputama proizvođača S+C Cu ⋅ Q p S=D+ D 1,5 Veće od 0,25D ili 100 mm Veće od 0,25D ili 100 mm Protok/površina = 0,6 – 1,2 m/s 5 Dp

Ds* – Preporučene vrijednosti promjera crpnog bazena: Konfiguracija Dvije crpke na centralnoj osi Dvije crpke izmaknute od centralne osi Tri crpke na centralnoj osi

Ds


Dp

S

Slika

Ds

Jednadžba Ds = 2D + 2Cw + Cb Ds = 2,5D + 2Cw + Cb Ds = 3D + 2Cw + 2Cb


Dp

S

H min

Ds Dp

S

H min

C

C

H min

C

TLOCRT

TLOCRT

TLOCRT


Cw Cw

Cw Dp

Cb C b /2

D

D

D/2

D/2

PRESJEK

PRESJEK

Slika 6.59: Dvije crpke na centralnoj osi

274

Dp

Cb C b /2

Slika 6.60: Dvije crpke izmaknute od centralne osi

Cb Dp

D

PRESJEK

Slika 6.61: Tri crpke na centralnoj osi


6.2.11

Projektiranje tlačnog cjevovoda

Projektiranje tlačnog cjevovoda sastoji se od određivanja veličine (odnosno presjeka) cjevovoda, tlaka, gubitaka, stabilizacije i sprječavanja tlačnog udara. Veličina ili presjek tlačnog cjevovoda teoretski se odabire minimiziranjem investicije i troškova energije. Međutim, u praksi su veličine tlačnog cjevovoda ograničene, prvenstveno u odnosu na ograničenje brzina. Naime, minimalna brzina u tlačnom cjevovodu mora biti takva da spriječi taloženje, a maksimalna dovoljna za pokretanje čestica istaloženih u razdoblju mirovanja. Nadalje, pri određivanju profila treba uzeti u obzir i mogućnost začepljenja. Zbog toga se kao minimalni profil dopušta: za male crpne stanice s tlačnim cjevovodom < 100 m: ∅ 100 mm; za male crpne stanice s tlačnim cjevovodom > 100 m: ∅ 150 mm; za srednje i veće crpne stanice: ∅ 200 mm. Minimalna dopuštena brzina u tlačnom cjevovodu jest:

ν min = 0,6 m/s Minimalna dnevna brzina, odnosno minimalna brzina koja se mora postići barem jedanput tijekom dana (za pokretanje čestica istaloženih u toku mirovanja), jest:

ν = 1,0 m/s Brzine koje se preporučuju kod manjih crpnih stanica jesu:

ν = 1,0 − 2,0 m/s Kod ovakvih crpnih stanica uglavnom postoji jedna radna crpka i još jedna, rezervna crpka. Uključivanjem obiju crpki postižu se brzine dovoljne za ispiranje cjevovoda. Kod većih crpnih stanica, gdje imamo veći broj radnih crpki, odnos brzine u tlačnom cjevovodu i rada broja crpki je /73/: a) Dvije radne crpke: radi jedna: v = 0,9 m/s; rade obje: v = 1,5 m/s. b) Tri radne crpke: radi jedna: v = 0,7 m/s; rade dvije: v = 1,2 m/s; v = 1,7 m/s. rade tri: Kod crpki koje rade neprekidno mogu se primjenjivati i manje brzine, ali nikad manje od: vkrit = 0,3 m/s

Kod izbora profila cjevovoda treba voditi računa i o maksimalno dozvoljenom vremenu zadržavanja vode u tlačnom cjevovodu koje je 8 sati, što znači da se voda u tlačnom cjevovodu treba izmijeniti bar tri puta tijekom kritičnog dana. U slučaju tlačnih cjevovoda crpnih stanica oborinske kanalizacije, uvjeti su drugačiji. U ovom slučaju nema problema s kakvoćom vode ako se pijesak istaložio (ako je izdvojen), a time ni s vremenom zadržavanja vode niti sa brzinom vode u tlačnom cjevovodu. Dimenzije cjevovoda su rezultat tehničko-ekonomskih analiza. 275


Tlak u cijevi određen je visinskom razlikom između donje i gornje vode, gubicima i povećanjem tlaka uslijed tlačnog udara. U skladu s izračunatom ukupnom veličinom tlaka odabire se i cijevni materijal, odnosno vrsta cjevovoda.

Ne treba zaboraviti da kod oscilacija mase vode, zbog prestanka rada crpki na pojedinim dionicama cjevovoda dolazi i do negativnog tlaka (podtlaka). U skladu s time treba odabirati i cijevni materijal, odnosno spajanje. Tlak u cijevi na svim promjenama oblika, smjera i veličine cjevovoda izaziva silu koja djeluje na cjevovod . Sile treba neutralizirati kako bi se spričeilo izmicanje spojeva, odnosno ugraditi betonske utvrdice na isti nančin kako je to objašnjeno u vodovodu. 6.2.12 Tlačni udar kod crpnih stanica u kanalizaciji

Tlačni ili hidraulički udar nastaje kao posljedica vremenske promjene brzine strujanja fluida. U kanalizaciji se javlja kao posljedica: pokretanja ili zaustavljanja pogona, promjene opterećenja, brzog zatvaranja cjevovoda i drugog i to u redovnom pogonu; iznenadnog nekontroliranog ispada iz pogona jednog ili svih crpnih agregata. Posljedica ovakvih aktivnosti je pojava većeg tlaka i podtlaka u tlačnom cjevovodu, a ona je rezultat gibanja mase vode u njemu. Analiza vodnog udara provodi se prema veličini otpora u cjevovodu. Slika 6.62 prikazuje cjevovod s malim gubicima specifične energije. U takvom slučaju gubitak energije je mali kao i brzinska visina, pa se može pretpostaviti da je veličina vodnog udara jednaka kao kod tečenja bez otpora. Drugi je slučaj kada je linijski otpor izrazito velik i kada se utjecaj trenja na veličinu udara ne može zanemariti

Slika 6.62: Promjene razine tlaka kod tlačnog udara /94/

276


Postoji više načina ublažavanja tlačnog udara. Međutim, postupak umanjenja djelovanja tlačnog udara u kanalizaciji je složeniji nego kod vodovoda (čista voda). Naime, vlakna, tekstil, plastika i druge tvari u otpadnim vodama otežavaju primjenu pojedinih uređaja koji se inače primjenjuju u slučaju čistih voda. S obzirom da su motori kanalizacijskih crpki masivni, što za posljedicu ima veliki obrtni moment, vrlo često nisu potrebni nikakvi zaštitni uređaji. Ukoliko su potrebni, tada je u jednostavnijem slučaju moguće ugraditi fleksibilnu povratnu klapnu ili klapnu koja se sporije zatvara (10 – 20 sekundi), tako da dio povratnih voda propušta kroz crpku natrag u crpni bazen. Druga je mogućnost ugradnja obilaznog voda s kontrolnim zatvaračem koji se otvara kad tlak poraste iznad normalnog, propuštajući vodu natrag u crpni bazen. S obzirom na mogućnost začepljenja, uvijek treba ugraditi najmanje dva obilazna voda. Još jedna mogućnost je i ugradnja usisno-ozračnih ventila, koji se otvaraju u slučaju podtlaka. Ovaj sustav se primjenjuje na pojedinim dijelovima tlačnog cjevovoda, gdje je to potrebno zbog razdvajanja vodnog stupca u tlačnom cjevovodu. Ovi se uređaji su uglavnom dovoljna zaštita kod manjih crpnih stanica gdje je problem podtlak, a ne veliki tlak. Vrlo često se (naročito kod većih crpnih stanica) ugrađuju zračni kotlovi. Zračni kotao ima zadatak kompenzirati smanjenje tlaka u cjevovodu, odnosno sprječavati prekidanje vodnog stupca kad vodni val putuje prema izlazu i amortizira val u kotlu kad se vraća prema crpki. Umjesto zračnog kotla može se ugraditi komora (vodna komora), ako postoje dovoljni visinski odnosi u okolini (krov crpne stanice, okolne zgrade i slično). Uloga vodostana je nadomještanje vode izgubljene u gibanju unutar cjevovoda, a time i amortiziranje povratnog vala. Teško je reći koji je od raspoloživih sustava najbolji: moment inercije crpki; obilazni vod; povratna klapna duž trase; klapne sa usporenim zatvaranjem; automatski ventil; vodna komora; zračni kotao/rezervoar za rasterećenje.

Zbog toga sustav zaštite treba odabrati u skladu s karakteristikama crpne stanice. Kod duljih tlačnih cjevovoda često se koristi kombinacija raspoloživih metoda. Za to se uspješno koriste sekcijske povratne klapne duž cjevovoda, koje svojim radom dijele cjevovod na nekoliko samostalnih sekcija u kojima je tlačni udar manji nego što bi bio da klapne nisu postavljene. U svim složenijim situacijama, naročito kod velikih crpnih stanica, za rješavanje ovog problema treba koristiti usluge stručnjaka za hidrauličke proračune. Detalji proračuna i analize prikazani su u odgovarajućim skriptama o vodovodu..

277


Slika 6.63: Pregled mogućih uređaja za zaštitu tlačnog cjevovoda Okvir 6.6: Uređaji za smanjenje tlačnog udara Metoda zaštite

Područje primjene Primjedba

Moment inercije crpke

Približna vrijednost. M ⋅N2 ⋅ 2 > 0 ,01 w ⋅ A⋅ L ⋅ H0 Voda se može uvlačiti kroz C ⋅ V0 >> 1 crpku. g⋅H

Obilazni vod

0

Povratna klapna

Vodna komora

C ⋅ V0 >1 g ⋅ H0 H malo

Automatski otpusni ventil

C ⋅ V0 << 1 g ⋅ H0

Rezervoar za rasterećenje

C ⋅ V0 >1 g ⋅h

Zračni kotao

C ⋅ V0 <1 g ⋅ H0

C ⋅ V0 g ⋅ H0

H0 – manometarska visina dizanja cjevovoda; V0 – brzina vode u cjevovodu; C – koeficijent gubitaka.

278

Nije siguran za otpadnu vodu sa puno suspenzija.

Koristi se često u kombinaciji s drugim uređajima. Moguće razdvajanje vodnog stupca. Cjevovod treba biti blizu hidrauličkog gradijenta, tako da se visina može praktično odrediti. Profil cjevovoda mora biti konveksan nadolje. Moguće razdvajanje vodnog stupca. H – tlak u rezervoaru. Profil cjevovoda treba biti konveksan nagore. Bolje ako je profil cjevovoda Moguće truljenje konveksan. otpadnih tvari.

Parametri cjevovoda:

P=

Napomena


6.2.13 Vrste i izgradnja tlačnih cjevovoda

Budući da se radi o tlačnim sustavima, za tlačne cjevovode se koriste iste vrste cijevi kao za vodovodnu mrežu. Od materijala su najčešći: PVC tlačne cijevi; lijevanoželjezne cijevi; čelične cijevi; cijevi od tvrdog polietilena; poliesterske cijevi. Unutar crpnih stanica koriste se isključivo čelične cijevi za veće profile, a lijevanoželjezne cijevi za manje profile. Cijevi se spajaju isključivo prirubnicama. Vanjski dio tlačnih cijevi izrađuje se od svih nabrojanih materijala. Ovi materijali imaju svoje prednosti i mane, prvenstveno u odnosu na kakvoću otpadnih voda. Željezni su materijali manje otporni od drugih, tako da se rjeđe koriste. Međutim, oni su čvršći i lakše podnose oscilacije tlaka. PVC i polietilen su povoljniji u odnosu na agresivno djelovanje otpadnih voda, ali su manje otporni na tlak. PVC cijevi su naročito neotporne na podtlak radi usisavanja – zavrtanja spojnica. Tlačni su cjevovodi u kanalizaciji razmjerno manjih profila, tako da na tržištu postoji širok izbor cijevi koje se mogu primjenjivati. O tome koji će se materijali koristiti treba odlučiti na temelju odgovarajuće tehničko-ekonomske analize svih mogućih materijala. Osim tlačnih cijevi, na tlačnim se cjevovodima koriste različiti spojni komadi i armature, a najčešće: zatvarači, povratni ventili, zračni ventili, lukovi i slično. Ovi elementi proizvode se uglavnom od lijevanog željeza, a u kanalizaciji se koriste isti proizvodi kao za vodovod ili oni usklađeni s agresivnim svojstvima otpadne vode. Iznimka su situacije kada se transportira izrazito agresivna otpadna voda, jer tada svi korišteni elementi moraju biti otporni na agresivna svojstva vode. Tlačni se cjevovodi u pravilu grade na isti način kao i gravitacijski kanali istih materijala izvedbe. Postupak izvedbe je isti, a razlika je samo u osiguranju lomova cjevovoda i provedbi tlačne probe. Tlačna proba izvedenih cjevovoda provodi se na isti način kao kod vodovodnih cijevi, a sve u skladu sa HRN EN 805. 6.2.14

Zaštitni uređaji na ulazu u crpnu stanicu

Da bi se crpne stanice zaštitile u svojem radu i da bi se osigurao njihov nesmetan i dugotrajan rad, ispred crpnih stanica mogu se graditi zaštitni uređaji. To su najčešće rešetke i pjeskolovi. Ovi objekti su opisani u prethodnom poglavlju, te se stoga neće ponovno opisivati. Potrebno je napomenuti da sastav vode bitno utječe na izbor zaštitnih uređaja ali i crpki, odnosno karakteristika rotora crpki. Materijali od kojih se izvodi rotor mogu, ovisno o potrebama, biti različiti: lijevano željezo, čelik, neopren, prokrom. Neprekidan rad crpnih stanica postiže se postavljanjem zaštitnih uređaja i/ili odgovarajućim izborom crpki.

279


U pravilu: u slučajevima kanalizacije otpadnih voda, pred crpnim se stanicama ne postavljaju zaštitni uređaji; u slučaju mješovite i oborinske kanalizacije, pred crpnim je stanicama poželjno postavljati rešetke i pjeskolove, Mješovita i oborinska kanalizacija zbog svoje otvorenosti prema vanjskim dotocima, ali i velikim dimenzijama kanala, sadrži dosta krupnijih tvari i pijeska što može utjecati na nesmetani rad crpnih stanica. Naročito je velika opasnost za crpke pijesak u vodi. Prolazom kroz rotor crpke pijesak ga uništava (troši). U svim slučajevima kada se u vodi nalaze znatne količine pijeska (mješovita i oborinska kanalizacija), potrebno je crpke opremiti kvalitetnije izvedenim rotorom kako se on ne bi trebao često mijenjati. 6.2.15

Izgradnja i održavanje crpnih stanica

Crpne se stanice grade kao i svaka duga građevinska konstrukcija sličnih dimenzija i karakteristika. Materijali koji se koriste su standardni građevinski materijali (najčešće armirani beton), koji moraju osiguravati vodonepropusnost konstrukcije kao i potrebnu čvrstoću i stabilnost, a sve u skladu s karakteristikama izvedbe i lokacije. Nadalje, moraju se poštovati svi zakonski propisi i standardi, kao i uobičajena pravila struke. Zbog potreba sakupljanja vode iz kolektora u crpni bazen, bazeni se moraju graditi dublje od ulaznih kanala, što rezultira prilično velikom dubinom ugradnje crpnih stanica (6 i više metara). Zbog toga je prije izgradnje potrebno obaviti odgovarajuća geomehanička istraživanja da bi se utvrdile karakteristike terena i dubina podzemne vode. O ovim informacijama bitno ovisi projektiranje konstrukcije i način izgradnje crpne stanice. Zbog velike dubine, opterećenja terena na konstrukciju su značajna, a izvedba je otežana jer se na većim dubinama može javiti podzemna voda. Osim što otežavaju izgradnju, podzemne vode zahtijevaju i težu konstrukciju ili neki oblik sidrenja kako bi se eliminirao utjecaj uzgona. Iskop građevne jame i izgradnja crpne stanice (naročito manjih dimenzija) slični su izvedbi većih kanalizacijskih kolektora, stoga se ovdje neće objašnjavati. Neke mogućnosti izvedbe građevne jame i crpne stanice prikazuju Slika 6.64 i Slika 6.65.

a) U jami

b) Postavljanjem zagata

c) Korištenjem dijafragmi

Slika 6.64: Izgradnja crpne stanice – izvedba u suhom

280


Slika 6.65: Izgradnja crpne stanice – izvedba “u mokro”

Izvedba crpnih stanica može biti u suhom (Slika 6.64) i podvodna (“u mokro”, Slika 6.65), što naročito dolazi do izražaja u primorskim i kontinentalnim krajevima s visokim podzemnim vodama. U ovakvim se situacijama manje crpne stanice često izvode na površini terena, a potom kao gotova konstrukcija prenose i postavljaju na potrebnu lokaciju i dubinu polaganja. Na ovaj se način olakšava i pojeftinjuje izgradnja i postiže bolja kakvoća betona jer se betoniranje ne obavlja u građevnoj jami uz prisustvo podzemnih voda. Vrlo često grade se i montažne crpne stanice manjih dimenzija koje se na mjestu gradnje sastavljaju iz gotovih betonskih elemenata. Izrazito male crpne stanice grade se kao prefabricirani objekti iz betona i poliestera. Od velike je važnosti osiguranje vodonepropusnosti crpne stanice. Najosjetljivija mjesta na propuštanje vode su spojevi ulaznih i izlaznih cijevi s konstrukcijom crpne stanice. Ovi se spojevi moraju izvesti na način koji osigurava vodonepropusnost i odgovarajuću fleksibilnost spoja radi nejednolikog ponašanja konstrukcije i cjevovoda u slučaju vanjskih opterećenja. Održavanje crpnih stanica svodi se na redovito održavanje sve opreme, a prije svega crpki i automatike, a obavlja se u skladu s uputama proizvođača. Redovito održavanje obuhvaća i povremeno pražnjenje i čišćenje crpnog bazena, te kontrolu konstrukcije na vodonepropusnost. Najveći je problem u održavanju i radu crpnih stanica stvaranje kore i taloga u crpnom bazenu. Poseban su problem masnoće i plivajuće tvari. Da bi se izbjeglo češće pražnjenje crpnog bazena radi sakupljanja taloga i kore, provode se mjere za smanjenje kore, kao što su: razbijanje kore povratnim mlazom vode iz tlačnog cjevovoda ili hidranta; spuštanje donje razine uključivanja crpki (razine vode u crpnom bazenu) ispod projektirane radi uvlačenja i prepumpavanja kore. Spuštanjem razine donje vode jednim dijelom se prazni i mulj nataložen na dnu.

281


Opremu treba održavati u skladu sa uputama proizvođača. Osim dobrog održavanja opreme, za kontinuitet i sigurnost rada nužno je osigurati dovoljan broj rezervnih crpki te rezervni izvor energije.

6.3 6.3.1

Bazeni za oborinsku vodu Uloga bazena u kanalizacijskom sustavu

Bazeni za oborinsku vodu ili retencijski bazeni koriste se u mješovitoj i oborinskoj kanalizaciji za više namjena, prema kojima postoje tri osnovna tipa: retencijski bazeni ili bazeni za zadržavanje vode i smanjenje vršnog otjecanja; bazeni za pročišćavanje vode prije ispuštanja u prijamnik; preljevni bazeni za mješovite vode koji se grade uz preljeve u mješovitoj kanalizaciji. Retencijski bazeni kod jakih kiša zadržavaju dio voda smanjujući nizvodni protok. Sakupljene se vode po prestanku kiša iz bazena polako ispuštaju u kolektor ili nizvodne objekte (crpnu stanicu ili uređaj za pročišćavanje), i tako znatno smanjuju kapacitete nizvodnih objekata. U načelu nemaju preljev (osim incidentnog preljeva), nego samo odvodni cjevovod spojen na kanalizacijsku mrežu. Količina otjecanja regulira se ovisno o vremenu. U slučaju katastrofalnih kiša aktivira se preljev za nuždu. Njihova uloga je prvenstveno hidraulička, jer smanjuju veličinu vršnog protoka oborinskih i mješovitih voda, a u određenim slučajevima i otpadnih voda. Bazeni za pročišćavanje oborinskih i mješovitih voda služe za djelomično pročišćavanje, uglavnom procesima taloženja i isplivavanja, što za rezultat ima bistrenje voda prije njihova upuštanja u prijamnik. Ovi bazeni imaju odgovarajuću opremu za odstranjivanje izdvojenog otpada (taloga). Na ispustima u prijamnik postavljaju se uronjene pregrade i mehanički uređaji za pročišćavanje (uglavnom rešetke s otvorom od 6 mm). Njihova je glavna uloga ekološka, jer smanjuju zagađenje vodnih resursa. Ovi se bazeni mogu odgovarajuće oblikovati tako da postaju biološki uređaji za pročišćavanje voda. Koriste se na kanalizaciji oborinskih voda i mješovitih voda. Preljevni bazeni osim mogućnosti otjecanja u kanalsku mrežu, kao osnovni radni dio imaju i preljev za vode. Oborinske i mješovite vode, djelomično pročišćene u bazenu, prelijevaju se u prijamnik i tako se rasterećuje kanalska mreža. U početku pogona preljevni bazen ima funkciju retencijskog bazena za oborinsku vodu (prikuplja prvu najzagađeniju vodu i ispušta je nizvodno u kanalizaciju), dok ne nastupi kritični intenzitet oborina (oborine kod kojih je dopušteno prelijevanje u prijamnik), a tada počinje raditi preljev. Pomoću njih se izbjegava dimenzioniranje uređaja za pročišćavanje kao i nizvodnih građevina na vršno otjecanje (kritični intenzitet oborina). Oni su, dakle, kombinacija retencijskog bazena za oborinsku vodu i bazena za pročišćavanje oborinske i mješovite vode, odnosno njihova uloga je hidraulička i ekološka. Na ispustima u prijamnik postavljaju se uronjene pregrade koje sprječavaju istjecanje masnoća i plivajućih tvari, a mogu se postaviti i mehanički uređaji za pročišćavanje preljevnih voda (uglavnom rešetke s otvorom od 6 mm). Najveći broj oborinskih bazena je ovoga tipa. Primjenjuju se na oborinskoj i mješovitoj kanalizaciji.

282


U sklopu rješenja oborinskih bazena nalazi se više objekata: bazen/spremnik, crpna stanica, preljev, raspodjelna građevina, a danas još i mehanički uređaj za pročišćavanje na ispustima u prijamnik. Radi se o složenoj i skupoj građevini ili grupi objekata, koja zahtijeva odgovarajući prostor, trajni pogon i održavanje. Zbog toga projektiranju ove građevine treba prići sveobuhvatno i detaljno kako bi se opravdala očekivanja i uložena financijska sredstva. S obzirom na izloženo, primjenom oborinskih bazena postižu se dva glavna učinka: ekološki i ekonomski, a dijelom i drugi učinci (sigurnosni, tehnološki, itd.). Oborinski bazeni primjenjuju se u različitim situacijama i za različite namjene, kao što su: Uštede na investicijskim troškovima velikih i dugih kolektora (smanjenje vršnog otjecanja). U slučaju velikih oborinskih količina koje se trebaju odvoditi daleko do prijamnika (dugački kanali), pri projektiranju mreže treba ispitati mogućnost uštede na investicijskim troškovima izgradnjom retencijskih ili preljevnih bazena za oborinsku vodu koji se postavljaju na početku ovakvih kanala. U slučaju projektiranja ovih bazena treba obratiti pozornost na potrebu većih dubina ukopavanja, što za posljedicu ima veću visinu dizanja crpne stanice a time i veće eksploatacijske troškove. Mogućnost priključka novih dijelova grada na postojeću kanalizaciju (zadržavanje vršnih dotoka). Čak i kada je neka kanalizacija gotovo potpuno opterećena, postoji mogućnost da se zagađena kanalska voda i dio oborinske vode odvode postojećim kanalima izgradnjom retencijskih bazena. Tijekom dana se mijenja količina vode u sustavu. Sve vode veće od kapaciteta postojeće mreže mogu se akumulirati i ispuštati u vrijeme kad je otjecanje u postojećoj mreži manje. Na ovaj se način može izbjeći izgradnja skupih paralelnih kanala ili novih crpnih stanica i tlačnih cijevnih vodova. Saniranje preopterećenih kanala (smanjenje vršnih dotoka). Preopterećene se mreže mogu ugradnjom retencijskog bazena za oborinsku vodu rasteretiti, a da se ne moraju povećavati dimenzije samih kanala. S obzirom na raspoložive padove, bazene često treba izvoditi tako da budu plitki ili ugrađivati crpne stanice. Ovaj je pristup naročito pogodan u slučajevima kad su rekonstrukcije kanala skupe i složene, kao što je slučaj kanalizacije u gradskim središtima. Zaštita prijamnika (zadržavanjem najzagađenijih voda i njihovim pročišćavanjem). Ugradnjom preljevnog bazena umjesto jednostavnog kišnog preljeva može se sniziti opterećenje prijamnika, naročito plivajućim i taložnim tvarima. Kod kratkih kiša, preljev na bazenu ne stupa u pogon tako dugo dok se njegov volumen ne ispuni vodom koju inače nije mogla primiti kanalska mreža. Kad kiša prestane, nakupljene vode i onečišćenje se ispuštaju u kanalsku mrežu i odvode na uređaj. Kod dugih i jakih kiša će se zagađena otpadna voda zadržati u bazenu i grubo pročistiti prije nego se ispusti u prijamnik. Kod malih mješovitih kanalizacija, kod kojih je vrlo teško postići pravilno funkcioniranje kišnog preljeva, mogu se postići dobri rezultati kombinacijom retencijskog bazena za oborinsku vodu s preljevom. Rasterećenje uređaja za pročišćavanje (smanjenjem vršnog dotjecanja). Ako na uređaj za pročišćavanje dolaze velike količine oborinske vode, preporučuje se izgradnja bazena za oborinsku vodu, koji se u sušno vrijeme može iskoristiti za izjed-

283


načavanje dotoka zagađene vode. Izgrađuje se uvijek kao otvoreni objekt ispred uređaja za pročišćavanje. Rasterećenje crpnih stanica (smanjenjem vršnog dotjecanja i instalirane snage). Ujednačavanje dotjecanja na uređaj za pročišćavanje (jednoliki rad uređaja). Osim ovih, postoji cijeli niz drugih primjera primjene retencijskih bazena koje uvijek treba razmotriti, pogotovo u slučajevima većih troškova prepumpavanja. Retencijski bazeni danas imaju sve veće značenje u zaštiti okoliša od zagađenih oborinskih i mješovitih voda, zadržavanjem i preusmjeravanjem na uređaj za pročišćavanje prvih najzagađenijih oborinskih voda ili njihovim djelomičnim pročišćavanjem i razrjeđenjem. 6.3.2

Osnovne sheme retencijskih bazena

U praksi se koristi više tipova bazena za kišnu vodu i vodu iz mješovitog sustava kanalizacije. Dva su osnovna tipa bazena: bazeni za zadržavanje prvog pljuska oborinskih voda ili prihvatni bazeni; i bazeni za pročišćavanje/taloženje mješovitih voda. Bazeni za zadržavanje prvog pljuska trebaju spriječiti otjecanje najzagađenijih oborinskih voda u prijamnik. To se postiže tako da se prvi pljusak zadržava u bazenu i postupno prazni u kanalizaciju u pravcu uređaja za pročišćavanje voda. Izlaz iz bazena regulira se prigušnicom. Sve veće vode od prvog pljuska skreću se u pravcu prijamnika. Volumen bazena treba biti projektiran tako da zadrži najzagađenije vode i spriječi njihovo ispuštanje u prijamnik. Dva su tipa ovog bazena: protočni (Slika 6.66) i paralelni (Slika 6.67). Protočni bazen smješten je na samome kolektoru, a ispred njega se nalazi preljev bazena koji, kada se bazen napuni, usmjerava sve veće vode u prijamnik. Prihvatni kišni bazen na glavnom kanalu funkcionira na sljedeći način: u početku kiše sva voda do razine kritičnog protoka Qkri otječe kroz bazen izravno u pravcu uređaja. Višak voda zadržava se u bazenu uz istovremeno otjecanje u pravcu uređaja u skladu s projektiranom veličinom vršnog otjecanja. Otjecanje se obično regulira veličinom otvora cjevovoda-prigušnice. Kada se bazen napuni, višak voda se ispušta u prijamnik preljevom ispred bazena (PR). Na ovaj se način prve najzagađenije vode hvataju i izravno odvode na uređaj za pročišćavanje. Zadržane vode u bazenu prazne se gravitacijski u glavni kanal kada se dotok smanji. PR Quk

PRI

Qkri

QPR

Slika 6.66: Kišni bazen za prihvat prvog pljuska na glavnom kanalu /8/

Paralelni bazen smješten je sa strane, izvan kanala na nižim kotama od nivelete kanala. Voda se u bazen usmjerava raspodjelnom građevinom (RG). Voda/prvi pljusak se akumulira u bazenu. Kada se bazen napuni, veće vode se prelijevaju u prijamnik. Zadržana se voda prazni u kanalizaciju u pravcu uređaja za pročišćavanje voda. Izlaz iz bazena

284


najčešće se regulira crpnom stanicom, jer je bazen obično na nižim kotama od nivelete kanala. Na ovaj se način prve (najzagađenije) vode hvataju i naknadno odvode na uređaj za pročišćavanje, čime se postiže znatna zaštita prijamnika. Zadržane vode u bazenu se prazne u glavni kanal kada se dotok smanji, odnono kada je manji od kritičnog. RG

RG PR Qkri QPR QB QC

– regulacijska građevina – preljev – radni kišni protok – protok preljeva – istjecanje iz retencije – protok crpke

Quk

Qkri C

PR

PRI

QB QPR

Slika 6.67: Kišni bazen za prihvat prvog pljuska na rasteretnom kanalu /8/

Za razliku od ovih bazena, bazeni na mješovitoj kanalizaciji imaju i dodatnu namjenu, a to je djelomično pročišćavanje voda procesima taloženja i isplivavanja, te razrjeđenje otpadnih voda miješanjem sa (relativno čistijim) oborinskim vodama. Taloženje se ostvaruje sporim protjecanjem vode od ulaza do izlaza, a zadržavanje plivajućih tvari uronjenim pregradama. Osim toga, volumen bazena zadržava najzagađenije vode koje se usmjeravaju u pravcu uređaja umjesto prijamnika. Volumen bazena treba biti projektiran tako da zadrži najzagađenije vode i spriječi njihovo ispuštanje u prijamnik, a oblik bazena i duljina preljevnih pregrada, kao i protočna brzina, moraju osigurati potrebno taloženje i isplivavanje tvari iz vode. Prije prelijevanja, voda i tvari u njoj se razrijede do razine dopuštene koncentracije. Dotok Bazen za zadržavanje vode

Istjecanje

Slika 6.68: Shema osnovne funkcije bazena za zadržavanje vode

Dva su tipa ovih bazena: protočni (Slika 6.69) i paralelni (Slika 6.70). Protočni bazen smješten je na samome kolektoru, a ispred njega se nalazi sigurnosni preljev bazena koji, kada se bazen napuni, usmjerava izravno u prijamnik sve veće vode. Bazen na glavnom kanalu funkcionira na sljedeći način: u početku kiše sva voda do razine kritičnog protoka (obično 2 Qsušno) otječe kroz bazen izravno u pravcu uređaja. Veći protok protječe kroz bazen, pročišćava se i prelijeva uz istovremeno otjecanje putem prigušnice u pravcu uređaja. Kad je dotok veći od kapaciteta preljeva bazena, višak voda se preljevom ispred bazena ispušta izravno u prijamnik. Na ovaj se način prve (najzagađenije) vode hvataju i izravno odvode na uređaj za pročišćavanje, a ostale prelijevaju u prijamnik nakon mehaničkog pročišćavanja. Zadržane vode i onečišćenje u bazenu prazne se u glavni kanal kada se dotok smanji (uglavnom radom crpne stanice). Paralelni bazen smješten je na rasterećenju, a funkcionira na sljedeći način: u početku kiše sva voda do razine kritičnog protoka otječe izravno u pravcu uređaja. Višak voda 285


se usmjerava u bazen putem raspodjelne građevine (RG). Voda se pročišćava i prelijeva u prijamnik, a voda u glavnom kanalu istovremeno otječe u pravcu uređaja. Kad je dotok veći od kapaciteta bazena-preljeva bazena, višak mješovitih voda ispušta se izravno u prijamnik sigurnosnim preljevom ispred bazena. Na ovaj se način prve (najzagađenije) vode hvataju i izravno odvode na uređaj za pročišćavanje, a ostale prelijevaju u prijamnik nakon mehaničkog pročišćavanja. Zadržane vode i onečišćenje u bazenu prazne se u glavni kanal kada se dotok smanji. PR

PRPRE

Quk

Qkri

PRE QPRPRE

QPR

Slika 6.69: Bazen za pročišćavanje mješovitih voda na glavnom kanalu /8/ RG Quk

Qkri C

PR QB

PRPRE – preljev bazena QPRPRE – protok preljeva bazena

QPR

PRE PRPRE QPRPRE

Slika 6.70: Bazen za pročišćavanje mješovitih voda na rasteretnom kanalu /8/

Koji će se tip primijeniti ovisi o lokalnim uvjetima i ciljevima koji se primjenom bazena žele postići. Prihvatni bazeni (bazeni bez preljeva) služe za hvatanje prvog pljuska, dok protočni bazeni služe za pročišćavanje (taloženje) mješovitih voda, odnosno mješavine oborinske i kućanske oborinske vode (a po potrebi i oborinskih voda) i njihovo razrjeđenje prije ispuštanja u prijamnik. Bazeni na glavnim kanalima koriste se u situacijama u kojima su visinski odnosi takvi da omogućavaju ugradnju bazena na kanalu i u situacijama kada je raspoloživi prostor za gradnju bazena ograničen. Ovi su bazeni lakši za projektiranje i upravljanje. Paralelni bazeni na rasteretnim kanalima koriste se u situacijama kada su visinski odnosi na kanalu ograničeni i kada uz rasteretni kanal postoji dovoljno velik raspoloživi prostor za gradnju bazena i pratećih objekata. Oni su složeniji, jer zahtijevaju više spojnih kanala i regulacijskih građevina te crpnu stanicu. Bazeni se danas sve više grade s kontrolnim uređajima pomoću kojih se regulira pražnjenje i punjenje bazena i ispuštanje u prijamnik. Bazeni se sve više koriste kako bi se racionalizirao rad kanalizacijskog sustava (a naročito uređaja za pročišćavanje), uz istovremeno postizanje što boljih učinaka u zaštiti voda (naročito mješovitih voda). Za postizanje što boljih učinaka u zaštiti voda, koriste se i kombinirani (složeni) bazeni. Uz prihvatni bazen za zadržavanje prve oborine gradi se i protočni bazen za pročišćavanje/taloženje vode. Ovaj tip bazena (Slika 6.71) funkcionira tako da voda prvo dotječe u prihvatni bazen. Kada se prihvatni bazen napuni, višak voda se ispušta u prijamnik tako da vode protječu kroz protočni bazen gdje se pročišćavaju prije ispuš286


tanja. Eventualni višak voda izravno se ispušta u prijamnik. Grade se u dvije varijante: kao paralelni (bazeni na rasterećenju), i u nizu (bazeni na glavnom kolektoru). Da bi se racionalizirala izgradnja bazena, bazeni se projektiraju u kanalizacijskoj mreži, odnosno kao kanali (Slika 6.72, Slika 6.73). Kanali se prodube i povećaju koliko je potrebno da mogu primiti određene količine oborinskih voda. Na kraju kanala je prigušni kanal kojim se ograničava količina vode u pravcu uređaja. Na donjem (Slika 6.72), ili gornjem dijelu (Slika 6.73) grade se preljevi kojima se višak voda ispušta u prijamnik.

a) Bazeni na glavnom kanalu

b) Bazeni na rasterećenju

Slika 6.71: Kombinirani bazeni /8/

1 – preljev pročišćene vode 2 – preljev nepročišćene vode

3 – otjecanje u pravcu uređaja

Slika 6.72: Kolektor kao bazen, s nizvodnim preljevom

287


Slika 6.73: Kolektor kao bazen, s uzvodnim preljevom

Sukladno lokalnim uvjetima izvedbe, moguće su različite izvedbe. Svaka kombinacija rješenja je dobra ukoliko je racionalna i zadovoljava zakonska ograničenja. 6.3.3

Dimenzioniranje retencijskog bazena

Opće postavke

Dimenzioniranje bazena za zadržavanje vode podrazumijeva određivanje volumena, vremena punjenja i vremena pražnjenja, odnosno dimenzija i karakteristika ulaznih i izlaznih elemenata. Dimenzioniranje se obavlja u dva koraka: određivanje veličina potrebnih za dimenzioniranje bazena (potrebni volumen, ulazni i izlazni potok); određivanje dimenzija bazena i pratećih elemenata. U prvom se koraku na temelju ekoloških i/ili ekonomskih i/ili tehnoloških zahtjeva određuju uvjeti koje bazen treba ispunjavati, kao i potreban volumen, dimenzije i karakteristike bazena. Ulazni podaci za dimenzioniranje izračunaju se na temelju karakteristika kanalizacijskog sustava. U drugom se koraku bazen dimenzionira kako bi zadovoljio tražene uvjete. Promjena volumena u bazenu se opisuje na sljedeći način: dV = Q − Q ul iz dt

gdje je: V t Qul Qiz

(6.75)

– volumen (m3); – vrijeme (s); – ulazni protok (m3/s); – izlazni protok (m3/s),

Metode

Dimenzioniranje se obično obavlja grafički ili numerički odgovarajućim postupkom u skladu s potrebama, odnosno traženom preciznošću proračuna i kakvoćom ulaznih podataka. U slučaju kad je poznata krivulja dotjecanja i istjecanja u grafičkom ili numeričkom obliku, potrebni volumen bazena može se izračunati metodom integralne krivulje. To je dobro poznata metoda koju je još 1883. predložio Ripl /72/. Metoda se 288


sastoji u proračunu maksimalnog odstupanja između uzastopnih ispuštanja iz bazena Qizt i dotjecanja u bazen Qult. Ukoliko se pretpostavi da je Vt pozitivna ili negativna razlika (Qult – Qizt) u vremenu t, maksimalna će vrijednost razlike između ispuštanja i dotjecanja u vremenu t = t1 do t = T biti jednaka: ⎞ ⎛ j Vt* = max ⎜ Vτ ⎟; t1 ≤ j ≤ T ⎜ τ =t ⎟ ⎝ 1 ⎠

∑

(6.76) ∗

Tražena potrebna veličina bazena V bit će jednaka najvećoj razlici Vt odnosno:

( )

V = max Vt* ; 1 ≤ t ≤ T

(6.77)

Na osnovi jednadžbi (6.129) i (6.130) može se reći da je:

⎡ j ⎤ V = max ⎢ (Qult − Qizt )⎥, 1 ≤ i ≤ j ≤ T ⎢⎣ t =1 ⎥⎦

∑

(6.78)

Ovaj proračun vrijedi samo ako u analiziranom vremenu (t1 - T) istjecanje iz bazena u prosjeku nije veće ili manje od prosječnog dotjecanja. Crtajući ili računajući zbirne veličine ulaza i izlaza, može se izračunati maksimalna veličina volumena. U grafičkom računu to je maksimalna razlika između ordinata zbirne krivulje istjecanja i dotjecanja (Slika 6.74).

Slika 6.74: Grafičko određivanje volumena

Grafički postupak može se koristiti i za proračun volumena bazena u različitim situacijama, odnosno za slučaj potpunog ili djelomičnog akumuliranja voda bez računanja zbirnih veličina ulaza i izlaza. Crtajući veličine ulaza i izlaza može se izračunati maksimalna veličina volumena, a to je površina između ordinata krivulje istjecanja i dotjecanja (Slika 6.75). Ovo je u biti isti postupak kao kod integralne krivulje, s tom razlikom da se ne zbrajaju ulazi i izlazi, već razlike između ulaza i izlaza koje daju veličinu bazena. 289


a) Potpuno akumuliranje viška dotoka – prihvatni bazen

b) Djelomično akumuliranje viška dotoka – preljevni bazen Slika 6.75: Grafičko određivanje volumena

Ovakav postupak (Slika 6.75) nije ništa drugo do grafički prikaz procesa rada bazena. Simulacijski postupak Osim grafičkih postupaka koji su zgodni zbog toga što se proces može slikovno razumjeti, koriste se i numerički postupci koji se temelje na istom načelu kao i grafički. Uglavnom se koriste različite simulacijske tehnike (pojednostavnjenja) koristeći jednadžbu volumena rezervoara: Vt +1 = Vt + Qult − Qizt (6.79) gdje je: Vt+1 – volumen na kraju vremenskog koraka t; Vt – volumen na početku vremenskog koraka t; Qult – dotok u vremenskom koraku t; Qizt – istjecanje (sva istjecanja) u vremenskom koraku t. U današnje je vrijeme najbolje uz pomoć računala primijeniti postupak koji koristi jednadžbu u svom temeljnom obliku (6.79). Veličina potrebnog volumena bazena se (uz uvjet da je V0 = 0, odnosno da je bazen na početku prazan) dobije kao: V = max [Vt +1 ] (6.80)

290


Veličine Qul i Qiz treba prilagoditi tipu bazena koji se primjenjuje. Na primjer, za slučaj protočnog bazena u nizu Qiz = Q prelj + Qcjev , simulacijska jednadžba će biti: Vt +1 = Vt + Qult − Qpreljt − Qcjevt

(6.81)

Uvrštavanjem formula za tečenje preko preljeva i kroz cijevni ispust, dobije se potpuna simulacijska jednadžba volumena kao funkcijske vrijednosti dotjecanja i visine vode u bazenu (H0), odnosno na preljevu H: Vt +1 = Vt + Qult − C ⋅ L ⋅ 2 g ⋅ H t1,5 − Co ⋅ Ao ⋅ Hot

(6.82)

Simulacijskim postupkom u proračun se unose sva ograničenja (dimenzije izlaza, raspoloživa visina, itd.) i uvjeti koji vladaju na dotičnoj lokaciji – tako se u najvećoj mjeri može oponašati stvarno stanje. Primjenom ovakve jednostavne simulacijske jednadžbe bazena može se analizirati veliki broj varijantnih rješenja i odabrati optimalno rješenje. Jednadžba se lako programira i rješava uz pomoć računala, kod čega su posebno prikladni programi za tablično računanje (spreadsheet software). Ulazne veličine – dotjecanje

Kod dimenzioniranja bazena najveći je problem spoznavanje ulaznog hidrograma, odnosno dotjecanja u vremenu. Dotjecanje je funkcijska vrijednost oborina i tečenja u kanalizacijskom sustavu i teško ga je valjano predvidjeti. U pravilu, dotjecanje se opisuje u skladu s metodama proračuna koje se koriste za proračun oborinskih voda u kanalizacijskom sustavu. Ako se koristi racionalna metoda, tada se hidrogram dotjecanja prikazuje u obliku trokuta, tako da je vrh trokuta jednak maksimalnom protoku, a osnovica trokuta odgovara dvostrukom vremenu koncentracije (Slika 6.76), ili se konstruira složeniji hidrogram otjecanja u skladu s objašnjenjem u poglavlju 2.

Slika 6.76: Proračun volumena primjenom racionalne metode /68/

Uz poznavanje karakteristika istjecanja, na osnovi ovakvoga hidrograma dotjecanja može se procijeniti veličina potrebne retencije. Međutim, proračun je dosta pojednostavnjen u skladu s karakteristikama racionalne metode i može se koristiti samo u slučajevima u kojima racionalna metoda daje zadovoljavajuće rezultate. Ako se koriste druge metode, tada uz njihovo korištenje treba definirati krivulju dotjecanja. Najbolje je koristiti cjeloviti simulacijski postupak otjecanja u kanalizacijskom sustavu u skladu s projektiranim karakteristikama pljuska (poglavlje 2.). Poznavajući krivulju dotjecanja i 291


ciljeve koji se žele postići, retencija, preljev i izlazi (cjevovod i crpka) mogu se odabrati analizom nekoliko varijantnih rješenja. Dimenzioniranje u skladu s radom bazena

Dimenzioniranje bazena za kišnu vodu provodi se u skladu s njegovom namjenom – ulogom. Kao što je rečeno na početku ovog poglavlja, uloga retencijskog bazena je višeznačna: od zadržavanja vode do zadržavanja zagađenja. Zbog toga je za proračun bazena prvi i najvažniji korak određivanje uvjeta za rad bazena, kao i svih potrebnih ulaznih podataka i ograničenja. Dvije osnovne funkcije bazena su: hidraulička; ekološka.

U slučaju kada je funkcija bazena hidraulička, odnosno zadržavanje vode u skladu s nizvodnim ograničenjima otjecanja, bazen se dimenzionira u skladu s hidrogramom dotjecanja i maksimalno dopuštenim ispuštanjem (otjecanjem) iz bazena. Poznavanjem ovih veličina i primjenom simulacijskog postupka, potrebni volumen bazena lako se određuje uz odgovarajuće prilagođavanje lokalnim karakteristikama izgradnje. U ovom slučaju kakvoća vode nije čimbenik koje treba uzeti u obzir. U slučaju kada je uloga bazena ekološka, proračun bazena zasniva se na proračunu količine otpadne tvari koju bazen zadržava ili koncentraciji otpadne tvari koja se iz bazena smije prelijevati/ispuštati u prijamnik. Ekološki učinci zasnivaju se na zadržavanju otpadne tvari u bazenu pomoću dva procesa: zadržavanja otpadne vode; zadržavanja otpadne tvari iz vode koja protječe kroz bazen. U prvom se slučaju cjelokupni volumen zagađene vode zadržava u bazenu i ispušta u radni kanal u pravcu uređaja za pročišćavanje. To je hvatanje prvog pljuska i najzagađenijih oborinskih voda. Dimenzioniranje se provodi tako što se na temelju veličine otpadne tvari u otpadnim i/ili oborinskim vodama odredi količina otpadne vode koja se treba zadržati, odnosno ulazni hidrogram ili njegov dio koji se treba zadržati. Volumen bazena treba biti jednak ili veći od izračunatog ulaznog hidrograma. Ako se bazen ne prazni u kanalizacijski sustav uz istovremeno dotjecanje, volumen bazena je jednak ili veći od volumena vode ulaznog hidrograma. Ako se bazen puni i istovremeno prazni u kanalizacijski sustav, proračun volumena bazena provodi se simulacijskim postupkom, a volumen bazena je manji nego kada se bazen istovremeno ne prazni. U drugom slučaju, bazen u prvom trenutku zadržava sve (pa i one najzagađenije) vode u dolasku dok se ne napuni i ne proradi preljev-ispust. Potom voda protječe kroz bazen uz određeno vrijeme zadržavanja tijekom kojega se taloži otpadna tvar. U skladu s veličinom dotoka i volumenom bazena, voda se zadržava i postupno istječe u prijamnik. Veličina i vrijeme zadržavanja vode u bazenu uz brzinu toka vode od ulaza do izlaza, određuju učinkovitost bazena u odnosu na zadržavanje otpadne tvari (taloženje). Vrijeme zadržavanja vode u bazenu je: t= 292

V (Qul − Qiz )

(6.83)


Ukupno vrijeme zadržavanja u skladu s karakteristikama dotjecanja i istjecanja je: T

t=

∑t = Qul V− Qiz t

t =1

t

(6.84)

t

Ukupno vrijeme zadržavanja sastoji se od vremena punjenja (Qiz = 0), vremena rada (Qul > 0; Qiz > 0) i vremena pražnjenja (Qul = 0). Brzina vode u taložniku je: v=

Qiz A

(6.85)

gdje je: A – poprečni radni presjek bazena (protočni presjek). Brzina je promjenjiva u skladu s karakteristikama istjecanja: vt =

Qizt A

(6.86)

Potrebno vrijeme zadržavanja, kao i granična brzina toka vode, određuju se prema željenom učinku pročišćavanja vode, a sve u skladu s karakteristikama oborinskih-mješovitih voda (količini i kakvoći). Budući da je (zbog njihove velike promjenjivosti) vrlo teško odrediti ove karakteristike, koriste se približni proračuni. Proračun mjerodavnih veličina radi se na isti način kako je to objašnjeno kod preljeva. Koncentracije kontroliranih pokazatelja zagađenja u vodama koje se ispuštaju u prijamnik, moraju biti manje od dozvoljenih (propisanih). Određivanje volumena retencija na preljevima mješovite kanalizacije

Određivanje potrebnog volumena bazena u mješovitoj kanalizaciji složeno je zbog većeg broja čimbenika koje treba uzeti u obzir, a koji određuju procese, veličinu i režim dotjecanja zagađenja koje se stvara u slijevu. Problem je u tome što se većina ovih procesa ne može egzaktno numerički izraziti, a ne postoje ni pouzdana mjerenja. Jedan od opće prihvaćenih postupaka za proračun bazena zasniva se na smjernicama A 128. Ovaj postupak daje zadovoljavajuće rezultate, a dobra je osnova za razumijevanje cijelog postupka, pa se zbog toga može primijeniti na konkretnim problemima u skladu s njihovim značajkama. Najjednostavniji postupak je korištenje predloženih dijagrama poput onoga koji prikazuje Slika 6.77. Ovaj dijagram određuje veličinu specifičnog volumena bazena po jedinci slijevne vodonepropusne (izgrađene) površine (m3/ha). V = Vs ⋅ Ai (m3) gdje je: V Vs Ai

(6.87)

– potrebni volumen (m3); – specifični volumen (m3/ha); – vodonepropusna površina u slijevu (ha).

Više detalja vezanih uz određivanje veličine retencijskog bazena u mješovitoj kanalizaciji može se naći u A 128 i sličnim smjernicama. 293

J. Margeta: Odvodnja naselja 15h

3

10h

20

Vs (m /ha) 35

25 30

ja 24 h

30

40 50 55

15

45

20

e0

Traja nje p ražn jen

35

25

60 65 70

10

75 Vsmin

5

0

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

·

2,0

qr (l/s ha)

Slika 6.77: Dijagram za određivanje specifične veličine volumena bazena na temelju površinskog otjecanja i dozvoljenog ispuštanja /10/

6.3.4

Konstrukcija retencijskog bazena

Konstrukcija bazena prije svega ovisi o njegovoj namjeni, a zatim o ulaznim i izlaznim uvjetima-rješenjima, raspoloživom prostoru i njegovim karakteristikama, te visinskim odnosima u kanalizaciji i između kolektora i prijamnika. Stoga ne postoje tipska rješenja koja se mogu jednostavno primjenjivati. Osnovni uobičajeni elementi kišnog bazena su: ulazni elementi (kanali, cjevovodi, itd.); izlazni elementi (kanali, cjevovodi, crpne stanice, itd.); preljev; incidentni preljev; usmjerivači toka; ozračivač (ventilacija); revizijsko okno; pregrade za zadržavanje plivajućih tvari; rešetke.

Kao i svaka konstrukcija u kanalizaciji, konstrukcija bazena mora biti takva da jamči vodonepropusnost, zadovoljava postavljene ciljeve, da se lako održava, ne uzrokuje sanitarne i druge negativne utjecaje. Ulazni elementi su uglavnom kanali ili cjevovodi. Budući da su bazeni razmjerno duboki, u početku punjenja stvara se veliki vodni skok koji odgovarajućom konstrukcijom treba prigušiti (najčešće pregradom) i usmjeriti. Na ulazu se ponekad gradi i raspodjeljivač protoka koji ukupni protok dijeli po cijeloj širini bazena. To naročito dolazi do izražaja kod bazena koji služe za bistrenje vode. Na ulazima se često postavljaju i re294


šetke. Ukoliko se ugrađuju rešetke, tada se ulaz mora prilagoditi i karakteristikama rešetki. Na ulazima se postavljaju i zapornice kojima se može zatvoriti ulaz u bazen. Izlazni dijelovi iz bazena su: prigušnica ili ispusni cjevovod, preljev, ispust taloga i crpna stanica. Izlazni cjevovod je u funkciji pražnjenja bazena, ali i regulacije istjecanja. Stoga se on mora projektirati u skladu s ciljevima projekta. Kod velikih bazena izlazni se dijelovi izrađuju s mogućnošću automatske kontrole, odnosno daljinskog upravljanja. Preljev je u funkciji regulacije istjecanja, ali može biti i zaštitni element (incidentni preljev). Incidentni preljev je uvijek poželjno instalirati. Kod toga treba voditi računa o mogućnostima ispuštanja preljevnih voda. Ako se radi za incidentne situacije, tada se mora dimenzionirati na maksimalni kapacitet. Ispust taloga može biti različite izvedbe: pomoću crpki ili gravitacijski, ovisno o lokalnim uvjetima. Crpna stanica često se primjenjuje za pražnjenje bazena. Njezin kapacitet treba prilagoditi potrebama i konceptu rješenja bazena. Dno bazena se posebno oblikuje. Na dnu retencijskog bazena rade se usmjerivači toka, odnosno duboke kinete koje služe za djelotvorno ocjeđivanje bazena. Projektiraju se tako da protok kroz njih jamči samoočišćenje, čime se sprječava zadržavanje nečistoća u bazenu u sušnom razdoblju. Dno se oblikuje i u skladu s planiranim načinom pražnjenja bazena i prikupljanja taloga. Svaki bazen mora imati i odgovarajuću ventilaciju, naročito u mješovitom sustavu kanalizacije. Ventilacija mora biti kvalitetno izvedena, naročito kod bazena mješovite vode. Ventilirani zrak treba ispuštati u atmosferu tako da se smrad i drugi utjecaji ne osjete u bližoj okolici ispusta. Također se mora osigurati mogućnost inspekcije bazena u radu i u sušnom razdoblju. To se postiže izgradnjom revizijskih okana i elemenata za silazak u bazen (ljestve, penjalice). Poželjno je locirati okno blizu ulaza i izlaza. Radi boljeg uvida u stanje bazena, u bazenu se ugrađuje i rasvjeta. Osim toga, tu se nalaze i druge električne instalacije potrebne za rad crpnih stanica, zapornica, mjernih instrumenata i drugog. Sve električne instalacije moraju biti tako izvedene da se osigura zaštita od iskrenja, odnosno otkloni mogućnost eksplozija. Sva oprema mora biti izvedena od nehrđajućih materijala, odnosno materijala postojanih u vlažnim, mokrim i korodivnim sredinama. Bazeni za pročišćavanje ili djelomično pročišćavanje imaju i temeljne ispuste za evakuaciju nakupljenih nečistoća, a eventualno i sustav za sakupljanje nečistoća (zgrtač). Osim toga, u bazenu se može ugraditi sustav za ispiranje taloga i bočnih zidova. U bazenu se može ugraditi i odgovarajući sustav mjerenja razine vode i protoka, kao i sustav lokalnog i daljinskog upravljanja. Svi materijali i instalacije moraju biti izrađeni od materijala koji su postojani u izrazito korodivnoj sredini. Moguće oblike rješenja dna bazena prikazuje Slika 6.78.

Slika 6.78: Mogući oblici dna bazena 295


U skladu s uvjetima i karakteristikama lokacije, bazeni se rade: otvoreni ili zatvoreni; površinski ili podzemni. Bazeni su velike i skupe građevine, stoga se izboru rješenja i dimenzioniranju mora prići vrlo studiozno i racionalno. Neke tipične primjere otvorenih i zatvorenih prihvatnih bazena prikazuje Slika 6.79.

a) Pravokutni otvoreni

b) Pravokutni zatvoreni

Uronjena pregrada Dotok

Odteretni ispust

Kišni Q

Obilazni vod - sušni dotok

Sušni Q

Prigušnica

c) Osnovni elementi retencijskog bazena Slika 6.79: Tipični primjeri bazena

296


Otvoreni bazeni su najjeftinije rješenje koje, na žalost, nije prihvatljivo u mnogim urbanim sredinama. U mogućem korištenju vode jezera treba biti oprezan, jer oborinska voda nije čista. Ukoliko su slijevne površine razmjerno čiste a promet vrlo slab, tada su oborinske vode pogodne i za cijeli niz namjena, a naročito za navodnjavanje zelenih površina i za gašenje požara. U pravilu se koriste za oborinsku vodu, pod uvjetom da to dopuštaju sanitarni uvjeti. Moguće su različite izvedbe: kao betonske konstrukcije (Slika 6.79), ili kao zemljani bazeni (Slika 6.80). Zemljani bazeni ili jezerca su daleko najjeftinije rješenje.

a) Bazeni za prihvat površinskih voda

b) Bazeni za prihvat voda iz oborinske kanalizacije

c) Bazeni kao rješenje u sklopu regulacije lokalnog vodotoka Slika 6.80: Otvoreni kišni bazeni 297


Same namjene i rješenja mogu biti različita (Slika 6.80): bazeni za oborinske površinske vode prometnih površina (Slika 6.80.a); bazeni za velike vode iz oborinske kanalizacije (Slika 6.80.b); bazeni za velike vode iz oborinske kanalizacije u sklopu rješenja zaštite od velikih površinskih voda (Slika 6.80.c). Primjenom ovakvih retencija se mogu postići velike uštede, naročito ukoliko je prijamnik daleko od naselja i kada treba graditi duge odvodne kanale većih dimenzija. Bazeni mogu biti s prirodnim (gravitacijskim) pražnjenjem, ili s pražnjenjem pomoću crpki. Gravitacijsko pražnjenje je daleko povoljnije i primjenjuje se ukoliko to lokalni visinski odnosi dopuštaju. U svakom slučaju treba izbjeći stvaranje uspora u kanalizacijskoj mreži kako ne bi došlo do taloženja ili zatvaranja dotoka. Pražnjenje pomoću crpki se primjenjuje kad se ne mogu postići odgovarajući visinski odnosi. Izgradnja crpne stanice prilagođava se potrebama pražnjenja bazena. Izvedba bazena koji ujedno služe i kao taložnici i mastolov je nešto drugačija (Slika 6.81). Njihova konstrukcija osim određenog volumena mora imati i karakteristike koje osiguravaju ravnomjeran i miran protok vode koji za posljedicu ima djelotvorno taloženje suspenzija projektom određenih karakteristika, kao i isplivavanje tvari lakših od vode.

Slika 6.81: Bazen – taložnik i mastolov

Slika 6.82: Kolektor kao retencijski bazen 298


Kao što je već rečeno, kao retencijski bazen može poslužiti i sam kolektor, naročito ako je velikih dimenzija (Slika 6.82, Slika 6.83). Nije rijedak slučaj da se u velikim gradovima vode prebacuju iz jednog kolektora u drugi radi retencioniranja vršnih protoka, odnosno pojedinih dionica sustava. Da bi se to omogućilo, potrebno je odgovarajuće opremiti kanalizacijski sustav u konstruktivnom i upravljačkom dijelu.

Slika 6.83: Kolektor kao retencijski bazen – osnovni pogonski elementi /66/

Izgradnja ovakvih retencijskih bazena vrlo je ekonomična i treba je primjenjivati u svim prilikama u kojima se može koristiti. U ovom slučaju kolektor treba prilagoditi svim režimima otjecanja. U tom se smislu oblik kanala prilagođava novim potrebama: prikladnim oblikovanjem dna kanala osigurava se učinkovito i tehnički ispravno otjecanje, odnosno učinkovito pražnjenje (Slika 6.84). Kanali moraju imati potrebne uvjete tečenja (pad) koji osiguravaju potrebno samoočišćenje kanala u sušnom i kišnom razdoblju. Ni u jednom se slučaju ne smije formirati neplanirani uspor ili tlačno otjecanje u uzvodnim dionicama kanalizacijske mreže.

a) Preoblikovanje dna cjevovoda

b) Oblikovanje dna betonskog kanala

Slika 6.84: Oblici poprečnog presjeka kanala koji služi kao bazen

299


300

7.

Ispusti

Uvod Ispusti su izlazna građevina kanalizacijskog sustava koja je u izravnom kontaktu sa vodnim resursima. To je mjesto na kojem vode iz kanalizacijskog sustava vrše utjecaj i pritisak na režim voda vodnih resursa. Zbog toga mjesto ispuštanja i značajke prijamnika određuju uvjete za njihovo rješavanje. Budući da su vodni resursi predmet brige i zaštite, a kanalizacija je uzročnik zagađenja, rješavanje ispusta usko je povezano s politikom zaštite vodnih resursa, a time i uređajem za pročišćavanje. U potpuno izgrađenim kanalizacijskim sustavima ne postoje izravni ispusti iz kanalizacijske mreže otpadnih voda, već postoje ispusti iz uređaja za pročišćavanje. Osim ovih ispusta, ovisno o tipu kanalizacije i stanju izgrađenosti postoje ispusti oborinskih voda, preljevnih voda i ispusti iz kišnih bazena. Ispusti su u svom većem dijelu podvodni objekti koji se izvode na poseban način. Njihova je izvedba složenija od izvedbe ostalih objekata kanalizacijskog sustava. Oni su manjim ili većim dijelom stalno ispod razine vode, što otežava njihovu kontrolu i rad. U ovom se poglavlju obrađuje problematika projektiranja ispusta, a posebno problematika hidrauličkog i statičkog dimenzioniranja.

7.1

Općenito

Svrha kanaliziranja naselja je sakupiti sve vode i sigurno ih ispustiti u vodne resurse. U prethodnim se poglavljima govorilo o sakupljanju voda, a u ovom će biti dana osnovna znanja vezana za ispuste. U kanalizacijskom sustavu razlikujemo: ispuste oborinskih voda; ispuste preljevnih voda; ispuste pročišćenih voda; ispuste djelomično pročišćenih voda.

301


Osim toga, razlikujemo: površinske (obalne) ispuste (iznad razine vode prijamnika); podvodne ispuste (ispod razine vode prijamnika, udaljene od obale). Prema tome, postoji cijeli niz različitih ispusta koji se koriste u skladu s lokalnom situacijom i potrebama. Osim toga su i prijamnici različiti, a kao prijamnik možemo imati: površinske vode: stajačice (jezera, akumulacije, more) i tekućice (rijeke, potoci i sl.); podzemne vode.

Njihove su karakteristike različite, tako da izvedba ispusta zahtijeva specifičan pristup, sukladan lokalnim karakteristikama. Svaki od ispusta ima svoje posebne značajke u odnosu na količine i kakvoću vode koju ispušta, te karakteristike prijamnika. Ispusti su od prioritetnog značenja za zaštitu okoliša, odnosno vodnih resursa. Oni su završni objekt u kanalizaciji i kao takvi su objekt od primarnog zanimanja svih onih koji se bave kontrolom stanja vodnih resursa i analizom utjecaja ispusta na prijamnik. Budući da ispusti imaju izravan utjecaj na vodne resurse, oni se moraju projektirati u skladu s uvjetima koje postavljaju nadležne ustanove: okolišne, sanitarne, vodoprivredne, urbanističke i druge. Kad analiziramo ispuste, tada obavljamo: hidrauličko dimenzioniranje; statičko dimenzioniranje; ekološko dimenzioniranje ili određivanje načina i mjesta ispuštanja.

Osnovni preduvjeti za dimenzioniranje ispusta su odgovarajuća hidraulička, oceanografska, geološka, geomehanička i druga ispitivanja na trasi ispusta i u širem području lokacije ispusta.

7.2

Određivanje mjesta i načina ispuštanja voda

Način i mjesto ispuštanja voda rezultat su zakonskih ograničenja vezanih uz zaštitu prijamnika, ali i optimalizacije izbora rješenja ispusta. Naime, izborom mjesta ispusta i načina ispuštanja voda u prijamnik moguće je postići povoljnije uvjete miješanja ispuštene vode s vodom prijamnika, i time umanjiti štetni utjecaj na mjestu ispuštanja kao i nizvodno od njega. Zbog toga je izbor mjesta i načina ispuštanja pročišćenih ili djelomično pročišćenih voda prvi i najvažniji korak u projektiranju ispusta. Količina i kakvoća vode koja će se ispuštati određene su značajkama kanalizacijskog sustava i slijevnog područja. Kakvoća vode koja se ispušta određena je značajkama uređaja za pročišćavanje. Razina pročišćavanja propisana je pravilnicima, kako hrvatskim tako i pravilnicima EU (Direktiva za otpadne vode naselja, 91/271/EEC). Određuje se na temelju veličine uređaja (broj ES) i osjetljivosti prijamnika. U pravilnicima su određene tri razine: prvi stupanj, kojim se prvenstveno izdvajaju taložive tvari i krupne suspenzije i plivajuće tvari; drugi stupanj, u kojem se izdvajaju organske tvari (BPK); treći stupanj, u kojem se izdvajaju hranjive tvari (P, N). 302

7. Ispusti

Na uređajima se mogu graditi i uređaji za dezinfekciju vode, kako bi se prije ispuštanja vode u prijamnik smanjio broj bakterija. U pravilu, propisi ne uvjetuju mjesto i način ispuštanja vode, već samo razinu pročišćavanja. Odabir mjesta ispuštanja se prepušta projektantu koji na temelju značajki okoliša, a prvenstveno osjetljivosti prijamnika i njegovih dijelova na onečišćenje, nastoji iznaći mjesto ispuštanja kojim se postiže bolja i sigurnija zaštita prijamnika, uz eventualno manju razinu pročišćavanja i manje troškove građenja ispusta. Nadalje, nadležne službe ponekad zabranjuju ispuštanje vode u pojedine dijelove prijamnika, kao što su vode svrstane u I. kategoriju, ili zahtijevaju dokazivanje da se ispuštanjem pročišćene vode “dobro stanje voda” na određenim dijelovima prijamnika (zaštićena područja) neće pogoršati, odnosno da će biti u granicama traženog standarda voda. U ovakvoj situaciji projektant uz predviđenu razinu pročišćavanja nastoji rješenjem ispusta zadovoljiti postavljene uvjete i zajamčiti traženi standard. Za umanjenje štetnog utjecaja pročišćenih voda na prijamnik, projektant ispusta ima dvije mogućnosti: povećanje razrjeđenja ispuštene vode sa vodom prijamnika; povećanje udaljenosti mjesta ispuštanja od branjenih (zaštićenih) područja. U prvoj mogućnosti se odabirom veće dubine i veće duljine difuzora nastoji povećati područje i količina vode prijamnika koja sudjeluje u miješanju sa ispuštenom vodom. Na taj se način smanjuje koncentracija svih pokazatelja onečišćenja, jer je njihova koncentracija u prijamniku uvijek manja od koncentracije ispuštenih voda. To je početno hidrauličko razrjeđenje na mjestu ispusta S1. Veličina početnog hidrauličkog razrjeđenja mora biti takva da se na mjestu ispusta zadovoljava traženi standard voda prijamnika, odnosno da je koncentracija mješavine vode manja od tražene koncentracije: C km =

Ck + Cm + C m ≤ C s tan darda S1

(7.1)

gdje je: Ckm – koncentracija pokazatelja onečišćenja iznad mjesta ispuštanja (mg/l); Ck – koncentracija pokazatelja onečišćenja pročišćene vode koja se ispušta (mg/l); Cm – koncentracija pokazatelja onečišćenja u morskoj vodi prije ispuštanja (mg/l); Cstandarda – tražena koncentracija pokazatelja onečišćenja (mg/l). U drugoj se mogućnosti udaljavanjem mjesta ispuštanja od branjenog područja postiže daljnje razrjeđenje mješavine ispuštene vode i vode prijamnika koju struje vode raznose u prijamniku, te daljnja razgradnja otpadnih tvari prirodnim procesima pročišćavanja u prijamniku. To je naknadno razrjeđenje S2 koje se odvija kretanjem i raspršenjem vode nizvodno od mjesta ispuštanja. Nadalje, udaljavanjem i odabirom mjesta ispuštanja, u cijelosti se može izbjeći bilo kakav utjecaj ispuštene vode na dijelove prijamnika (na primjer ispuštanjem nizvodno od branjene zone).

303


Utjecaj ispuštene vode na kakvoću vode prijamnika (koncentracija pokazatelja onečišćenja Ck) na nekoj udaljenosti x od ispusta bit će rezultat umnoška početnog i naknadnog razrjeđenja, odnosno: S = S1 ⋅ S 2 C kx =

Ck + Cm + C m ≤ C s tan darda S

(7.2)

gdje je: S – ukupni stupanj razrjeđenja; Ckx – koncentracija pokazatelja onečišćenja na nekoj udaljenosti x od difuzora ispusta (mg/l). Osnovni cilj projektiranja ispusta je maksimalizirati veličinu stupnja razrjeđenja S uz što manje troškove građenja, održavanja i pogona ispusta. Kod ispuštanja pročišćene vode u more nastoji se iskoristiti prijamna moć mora, odnosno moć samopročišćavanja mora, kako bi se smanjila koncentracija pokazatelja onečišćenja i time smanjio stupanj pročišćavanja i troškovi građenja, održavanja i pogona uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Nekad se ovaj pristup koristio za sve pokazatelje onečišćenja (raspršene tvari, BPK5, N, P i bakterije), tako da je u slučajevima malih naselja (malih uređaja) uz primjenu dugih podmorskih ispusta bio dovoljan samo mehanički uređaj za pročišćavanje otpadnih voda. Sadašnji hrvatski i EU-propisi ne dozvoljavaju ovakvo rješenje, jer jasno propisuju kriterije za određivanje razine pročišćavanja u odnosu na dva osnovna kriterija: osjetljivost prijamnika i veličinu uređaja. Razrjeđenje (a time i način ispuštanja) se ne uzima u obzir. Tražena razina pročišćavanja se ne može se mijenjati, ali se može tražiti najpovoljnija kombinacija osjetljivosti prijamnika i veličine uređaja (broja ES). Naime, položajem ispusta (odnosno, dislokacijom ispusta) može se eventualno postići niža razina osjetljivosti prijamnika, a većim brojem ispusta manje opterećenje ispusta što može rezultirati nižom razinom pročišćavanja. Utvrđivanje isplativosti ovih rješenja stvar je analiza koje trebaju uzeti u obzir sve značajke problema, utjecaj na okoliš i ukupne troškove većeg broja uređaja i ispusta. Međutim, za smanjenje koncentracije mikroorganizama i zadovoljavanje bakteriološkog standarda prijamnika u svijetu se (a i kod nas) još uvijek prakticira korištenje dugih ispusta u more. Poznato je da svi stupnjevi pročišćavanja ne smanjuju značajno koncentraciju mikroorganizama u pročišćenoj vodi (osim membranskih bioloških uređaja), zbog čega je pročišćenu vodu potrebno raskužiti (dezinficirati). Za smanjenje koncentracije mikroorganizama/bakterija može se koristiti baktericidna sposobnost mora. U moru zbog različitih procesa dolazi do ubrzanog umiranja mikroorganizama. Razina smanjenja za koliformne bakterije je T90 = 2 – 4 sata, a za viruse T90 = 2 – 4 dana, gdje je T90 vrijeme uginuća 90% mikroorganizama. Odumiranje mikroorganizama (koli bakterija) računa se po formuli: Ct = Co ⋅ e − K ⋅t

gdje je: Ct – koncentracija bakterija u vremenu t; C0 – početna koncentracija; K – obrok smanjenja bakterija; K = 2,3 · t/T90 (za bazu 10, ln 10 ≈ 2,3). 304

(7.3)

7. Ispusti

Prema tome, što je duže vrijeme t kontakta otpadne vode s morskom vodom, to će odumiranje biti veće, a time i manja koncentracija mikroorganizama. Vrijeme kontakta t je rezultat brzine vode u prijamniku v i prijeđenog puta x, tako da je t = x/v. S3 = e

⎛ 2 ,3 x ⎞ ⎜− ⋅ ⎟ ⎜ T v⎟ ⎝ 90 ⎠

(7.4)

Ukupni učinak podmorskog ispusta u odnosu na bakterije je: S = S1 ⋅ S 2 ⋅ S 3 Cbx =

Cb + Cbm + Cbm ≤ Cb , s tan darda S

(7.5)

gdje je: S – ukupni stupanj razrjeđenja Cbx – koncentracija mikroorganizama na nekoj udaljenosti x od difuzora ispusta (c.b. mg/l); Cb – koncentracija mikroorganizama u pročišćenoj vodi koja se ispušta (c.b. mg/l); Cbm – koncentracija mikroorganizama u moru prije ispuštanja voda (c.b. mg/l). Korištenje dugih ispusta (ispusti minimalne duljine od 500 m i minimalne dubine na mjestu ispusta od 20 m) je dobro rješenje za priobalna naselja, a posebno turistička naselja u kojima se broj stanovnika i turista značajno mijenja tijekom godine i zbog čega je otežano dobro funkcioniranje uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Ispust je posebno dobro rješenje za bakteriološku zaštitu voda koje se koriste za kupanje i rekreaciju. To je robusno, jednostavno i vrlo pouzdano rješenje koje ne ovisi značajno o učinkovitosti pročišćavanja, to jest upravljanja uređajem za pročišćavanje. U slučaju slatkih voda, odumiranje bakterija je znatno sporije. Zbog toga se prijamnik ne smije koristi za smanjenje broja bakterija, već se mora primijeniti dezinfekcija (pročišćenje) vode. Međutim, lokacija ispusta se optimalizira i u slučaju slatkih voda kako bi se smanjili troškovi građenja, održavanja i pogona, a ujedno smanjio i utjecaj na prijamnik i nizvodna područja. Kod projektiranja ispusta treba uzeti u obzir i incidentne situacije u kojima razina pročišćavanja nije zadovoljavajuća. U ovim situacijama ispust i njegova izvedba mogu značajno umanjiti štetne utjecaje nedovoljno pročišćene vode na prijamnik i korištenje voda. Ovo posebno vrijedi za duge podmorske ispuste. U pravilu se podzemne vode ne koriste kao izravni prijamnik pročišćenih otpadnih voda. Ako se pročišćene vode moraju ispuštati u podzemne vode (jer drugih prijamnika jednostavno nema), tada se ispuštanje provodi neizravno putem upojnih polja, jaraka i bunara, na mjestu koje je najpovoljnije u odnosu na minimalizaciju utjecaja na podzemne vode. U slučaju malih naselja ili grupe kuća, vode iz septičkih jama ili manjih uređaja ispuštaju se u podzemlje putem ispodpovršinskog drenažnog sustava. Ovim načinom ispuštanja pročišćenih voda postiže se naknadna filtracija voda kao i odumiranje mikroorganizama, tako da su ispuštene vode kada dosegnu razinu podzemnih voda dobre kakvoće i ne utječu štetno na njih.

305


Osnovni preduvjet za određivanje mjesta i načina ispuštanja su odgovarajuća ispitivanja karakteristika prijamnika, karakteristika voda koje se ispuštaju, te analiza utjecaja voda na stanje prijamnika. Radi se o vrlo složenim i multidisciplinarnim istraživanjima, bez kojih nema dobrog rješenja. Za analizu utjecaja koriste se različiti simulacijski modeli.

7.3

Hidrauličko dimenzioniranje

Kod hidrauličkog dimenzioniranja treba osigurati dimenzije i visinski položaj ispusta tako da on pravilno funkcionira kod svih režima dotjecanja i stanja prijamnika. Osnovni je zahtjev da se ispuštanjem ne smije stvoriti uspor u kanalizacijskoj mreži. Ponekad nije lako ispuniti ovaj uvjet, pa se u slučaju nemogućnosti za ispuštanje voda koristi crpna stanica. U slučajevima u kojima postoji izvjesna vjerojatnost utjecaja prijamnika na rad ispusta, provodi se statistička analiza koincidencije vodostaja na ispustu i u prijamniku (Slika 7.1).

Slika 7.1: Učestalost istovremene pojave intenziteta i vodostaja /68/

U svakom slučaju, proračun je potrebno napraviti za sve režime tečenja u ispustu i ekstremna stanja prijamnika, a to su: minimalni protok → minimalni vodostaj; minimalni protok → maksimalni vodostaj; maksimalni protok → minimalni vodostaj; maksimalni protok → maksimalni vodostaj; srednji protok → srednji vodostaj. U skladu s karakteristikama vodostaja (razina – trajanje) i protoka u kolektoru (protok – trajanje), donosi se odluka o optimalnim dimenzijama i visinskom položaju ispusta. Kod ispuštanja u more ne smije se zaboraviti i na razliku u gustoći morske i otpadne vode, koju treba uzeti u obzir kod hidrauličkog proračuna. Također, ne smije se zaboraviti ni utjecaj valova koji nastaju zbog vjetra ili zbog plovila. 306

7. Ispusti

Proračun se provodi primjenom uobičajenih hidrauličkih postupaka. U slučaju podvodnih (podmorskih) ispusta, potrebno je zadovoljiti i tražene izlazne brzine, što znači da je na ispustu potrebno imati i odgovarajući tlak. Poseban je problem dimenzioniranje difuzora koji se postavljaju na kraju ispusta radi što intenzivnijeg miješanja kanalizacijske vode s vodom prijamnika. U daljnjem će se tekstu prikazati tipičan postupak hidrauličkog dimenzioniranja podmorskog ispusta kao najsloženijeg slučaja, a on sadrži i sve elemente za dimenzioniranje drugih ispusta. Voda iz uređaja za pročišćavanje dotječe gravitacijom ili se crpi. Količina istjecanja je Qd.

Slika 7.2: Hidraulički profil podmorskog ispusta

Proračun se provodi za najnepovoljnije uvjete (kada je plima najviša). Maksimalna visina plime od geodetske nule je Ypl. Duljina podmorskog ispusta od uređaja za pročišćavanje do difuzora je Lc.

7.4

Statičko dimenzioniranje

Statičko dimenzioniranje se odnosi na stabilnost ispusta. Razlikujemo statičko dimenzioniranje same konstrukcije uslijed utjecaja prijamnika i uslijed lokalnih opterećenja. Ovdje ćemo se ograničiti na utjecaje prijamnika. Na stabilnost ispusta djeluju: struja vode, valovi, kao i geomehaničke karakteristike terena. Kod priobalnih ispusta ovaj problem se rješava stabilizacijom obale na mjestu ispusta. Kod podvodnih ispusta se stabilnost rješava na dva načina: ukopavanjem u dno prijamnika; postavljanjem opteživača. Ukopavanjem u dno prijamnika cjevovod se u potpunosti zaštićuje od vanjskih utjecaja. Međutim, ukopavanje treba izvesti tako da naknadno ne dođe do erozije jarka u koji se cjevovod polaže. Naime, iskopom jarka i njegovim zatrpavanjem poslije polaganja cjevovoda formira se dno čije se karakteristike razlikuju od okolnog terena, jer je zbijenost drugačija. Različita zbijenost postaje izvor erozije dna na ovom mjestu, što vremenom napreduje i može dovesti do potpunog otkopavanja jarka. Zbog toga se u jarak i iznad njega mora postaviti materijal koji će spriječiti otkopavanje jarka (kameni blokovi i slično).

307


Druga je mogućnost betoniranje cjevovoda u jarku, tako da se on u potpunosti zaštićuje od erozije i vanjskih utjecaja. Uvijek je potrebno analizirati morfološke karakteristike dna i u skladu s očekivanim mijenjanjem karakteristika dna odabrati dubinu ukapanja cjevovoda i njegovu zaštitu. U slučaju da cjevovod nije moguće ukopati u dno, polaže ga se na dno i zaštićuje, najčešće betonskim opteživačima. Ovi opteživači moraju imati takve dimenzije (težinu) da u potpunosti mogu osigurati stabilnost cjevovoda kod svih ekstremnih utjecaja prijamnika (valova i struja). Ovakav se način zaštite uglavnom provodi na dionicama cjevovoda koje su na većim dubinama, a to se utvrđuje proračunom. Prema tome, u priobalnim se dijelovima cjevovod najčešće ukopava u dno, a na većim dubinama (na kojima je položen na dno) zabranjeno je sidrenje i ribolov s pridnenim mrežama kako ne bi došlo do njegova oštećenja. Kod rijeka je dominantan utjecaj struje vode, a utjecaj valova je praktično zanemariv. Kod mora je situacija obrnuta: dominantan je utjecaj valova, naročito u priobalnom dijelu (utjecaj valova opada povećanjem dubine). Znatniji se utjecaj valova osjeća na dubinama manjim od polovine duljine vala, a najveći je u zoni rušenja vala (plitke dionice).

7.5

Konstruktivne karakteristike ispusta

Ispuštanje pročišćene vode treba biti sigurno u svim uvjetima rada (oscilacije vode i režim dotjecanja) i stanja vode u prijamniku (brzine i razine vode). Ulaz mora biti postavljen dovoljno visoko da osigura gravitacijsko istjecanje. Ako se to ne može postići, treba ugraditi crpke za ispuštanje voda, a ispust po potrebi zaštititi povratnim ventilima od ulaska vode prijamnika u ispust (kod ispusta u rijeke i jezera). Oblik i položaj ispusta moraju spriječiti lokalnu eroziju obala i dna. Sam ispust treba projektirati tako da je što manje uočljiv. Lokaciju ispusta treba označiti odgovarajućim znakovima na obali, kako ne bi došlo do njegovog oštećivanja. Kao što je rečeno, razlikujemo priobalne ispuste i ispuste udaljene od obale. Svaki priobalni ispust treba imati: ispusni cjevovod; ispusnu glavu na kraju cjevovoda; ispusno okno na spoju ispusta i kolektora; zaštitne uređaje. Ispusni cjevovod priobalnog spusta završava ispusnom glavom na obali. Glava preuzima najveći dio utjecaja prijamnika, stoga se izvodi masivno u sklopu regulacije i stabilizacije obale na mjestu ispusta (Slika 7.3). To posebno vrijedi za ispuste u razini vode koji su pod znatnim utjecajem valova i struja vode. Ispust počinje revizijskim oknom. Okno služi za reviziju ispusta, kao i smještaj zaštitnih uređaja. Tipični zaštitni uređaji su: povratna klapna, zatvarač i rešetke (Slika 7.4 i Slika 7.5). Povratna klapna služi za sprječavanje dotjecanja vode prijamnika u kanalizacijski sustav u razdobljima velikih voda. Ista je i uloga zatvarača. Osim toga, zatvarač služi za zatvaranje dotjecanja vode iz prijamnika za slučaj popravaka, revizija i slično. Na kraju ispusta postavljaju se rešetke kao zaštitni elementi radi sprječavanja ulaska u 308

7. Ispusti

kanalizaciju. Maksimalni razmak šipki rešetke je 120 mm. U slučaju zaštite od začepljenja manjih ispusta ili zbog estetskih razloga, prije ispusta se mogu postaviti odgovarajuće rešetke kojima se sprječava ispuštanje plivajućih tvari i krupnih suspenzija u vodu. Ako vode nisu prethodno pročišćene, svi podmorski ispusti s difuzorom moraju imati fine rešetke (otvor 6 mm) kao zaštitni uređaj od začepljenja otvora difuzora.

Slika 7.3: Tipični priobalni ispusti /63/

Slika 7.4: Priobalni ispusti sa zapornicom i povratnom klapnom /14/ 309


Ispusti se, u pravilu, moraju postaviti nizvodno, pod kutom prema obali. Ako je moguće, poželjan je kut od 45º, a moguć je i manji (Slika 7.6). Kako bi se spriječilo ocjeđivanje po obali u razdoblju malih vodostaja, ispusti se često izvode i na više razina, pri čemu jedan ispust može biti čak i u samom koritu (Slika 7.6). Na ovaj se način postižu bolji estetski učinci. U pravilu je najbolje postavljati ispuste ispod razine niske vode jer se oni tada ne vide.

Slika 7.5: Povratna klapna i rešetka na obalnom ispustu

Slika 7.6: Priobalni ispust u više razina /20/

450

Povećati profil radi smanjenja brzine

a) Tlocrt

Izlazna glava

b) Presjek

Slika 7.7: Položaj ispusta u odnosu na rijeku 310

7. Ispusti

Slika 7.8: Idealni visinski odnosi ispusta i prijamnika

Ukoliko se postavljaju na otvorenoj obali, obalni se ispusti na moru moraju zaštititi od utjecaja velikih valova. Najbolji način zaštite od valova je postavljanje ispusta što dublje ispod razine vode. Veliki ispusti oborinskih ili mješovitih voda zaštićuju se i posebnim obalnim utvrdama – valobranima. Ekološki je povoljnije ispuštati otpadnu vodu pomoću niza rasijavajućih otvora u matici rijeke (otvori nasuprot struji), sve uz uvjet da za to postoje odgovarajuće mogućnosti, dovoljan tlak i da rijeka nema veliki pronos nanosa. Naime, na ovaj način dolazi do najbržeg miješanja ispusne vode i vode prijamnika, što dovodi do smanjenja koncentracije otpadne tvari, a time i negativnog utjecaja na prijamnik. Stoga izlazne brzine trebaju biti dovoljno velike da osiguraju turbulentno istjecanje, odnosno intenzivno miješanje ispusnih voda i vode prijamnika. Kod jezera je isti slučaj kao i kod rijeka, s tom razlikom da su jezera neodgovarajuća kao prijamnici otpadnih voda, pa ih kao prijamnike treba izbjegavati. Jedino jezera s velikom izmjenom vode donekle mogu biti prijamnici pročišćenih otpadnih voda. Ispuštanje voda u more može imati dvojako značenje, ovisno o uvjetu ispušta li se u manje osjetljivo (“otvoreno”) ili osjetljivo (“zatvoreno”) more. Naime, ispuštanjem pročišćene i nepročišćene otpadne vode u more, obogaćujemo more hranjivim solima, što u zatvorenim morima može uzrokovati pogoršanje kakvoće mora i eutrofikaciju. Djelomično pročišćena otpadna voda ispušta se dugim podmorskim ispustima. U kanalima Jadranskog mora najčešće je potrebno cjevovod sasvim zaštititi od utjecaja valova do dubine cca 8 m, i on se do te dubine u potpunosti zabetonira i polaže ispod razine dna. Stvarnu dubinu polaganja treba izračunati na temelju proračuna sila djelovanja valova. Na većim dubinama, gdje je utjecaj valova manji, postavljaju se posebna opterećenja koja pridržavaju cjevovod da ga pridnene struje i utjecaj valova ne bi micali (Slika 7.9). Kod polietilenskih cijevi, da bi se cjevovod potopio postavlja se takozvano osnovno opterećenje (Slika 7.10), najčešće na razmaku od 3,0 m.

311


a) Položen slobodno na teren

b) Betoniran u dno Slika 7.9: Podmorski ispust

Slika 7.10: Osnovno opterećenje cjevovoda

Na kraju podmorskog ispusta postavlja se difuzor kojim se voda ispušta u more čitavim nizom mlazova okomito usmjerenih na glavnu struju prijamnika. Da bi se osiguralo turbulentno utjecanje i intenzivno miješanje, potrebno je da su izlazne brzine veće tako da je Froudeov broj veći od 2. Ove brzine osiguravamo odgovarajućim predtlakom ili pomoću crpnih stanica ili sifona, kojim se povremeno otpadne vode ispuštaju u more. Svaki podmorski ispust treba zaštititi od ulaska zraka, a to se postiže izgradnjom odzračnog okna na početku podvodnog dijela podmorskog ispusta ili izvedbom specijalnih odzračnih ventila. Više se o ovom problemu može naći u literaturi koja obrađuje isključivo ovaj problem /41, 52, 89/.

312

8.

Održavanje i upravljanje kanalizacijom

Uvod Unutar mreže i objekata kanalizacije odvija se cijeli niz procesa: biološki, fizikalni i kemijski. Ovi procesi svojom aktivnošću ugrožavaju funkcioniranje kanalizacije i imaju odgovarajuće štetne utjecaje na okoliš: smrad, plinovi, istjecanje, dotjecanje, korozija materijala i drugo. U štetna djelovanja na kanalizaciju spadaju vanjski utjecaji, kao što su: biološki utjecaji (korijenje), utjecaji od strane čovjeka (izgradnja, promet, vibracije, nepravilno korištenje, itd.) te prirodni utjecaju (potresi, klizišta, slijeganja terena, itd.). Biološki procesi unutar kanala objekata imaju za posljedicu obrastanje i procese razgradnje, te stvaraju plinove koji kemijskim procesima stvaraju produkte i kiseline koje korodiraju kolektore. Pojedini plinovi imaju neugodan miris i ugrožavaju prostor oko kolektora, ili su otrovni i eksplozivni pa ugrožavaju radnike i okoliš. Taloženje je, kao tipičan fizikalni proces, stalna opasnost za normalni rad kolektora. Anorganske suspenzije u vodi erodiraju kolektore, crpke i objekte. Osim unutrašnjih procesa, kolektori su ugroženi od svoje okoline koja također može biti agresivna. Kolektore mogu ugroziti dinamički i statički utjecaji prometnih sredstava, visoko raslinje čije korijenje prodire u kanalizaciju, građevinski zahvati u neposrednoj blizini i drugo. Potresi i druga kretanja tla mogu uzrokovati velike štete. Štetna djelovanja na funkcioniranje kanalizacije otpadnih voda imaju infiltracijske vode, nekontrolirane oborinske vode i nekontrolirano korištenje, a eksfiltracija ugrožava podzemne vode. Uvijek postoji opasnost da neki industrijski pogoni nekontrolirano ispuštaju opasne tvari, što za posljedicu ima uništenje kolektora ili opasnost od eksplozije. Zbog svega ovoga, kanalizacija se mora redovito održavati kako bi njezino funkcioniranje bilo dobro i kako ne bi dovodila u opasnost radnike, okoliš, a time i zdravlje čovjeka. Ako se ne održava, kanalizacija može biti izvor mnogih zaraznih oboljenja i drugih štetnih djelovanja na čovjeka i okoliš.

313


Postizanje održivosti i dugovječnosti kanalizacije zahtjeva redovito održavanje i čišćenje, dobru organizaciju rada, dostatne financije, dobre i obučene kadrove i druge elemente gospodarenja kanalizacijskim sustavom.

Slika 8.1: Ciljevi održavanja i pogona kanalizacije

Slika 8.1 prikazuje osnovne ciljeve održavanja i pogona kanalizacije, te pripadajuće vrijeme utjecaja mjera i aktivnosti na te ciljeve. Sigurnost i zdravlje ljudi koji rade u kanalizaciji, ali i onih oko kanalizacije, može se mijenjati (poboljšavati ili narušavati) dnevno. Stanje okoliša i utjecaj na to stanje može se mijenjati u dužem vremenskom razdoblju, dok održivost sustava zahtjeva višegodišnje aktivnosti, odnosno dugogodišnji plan. Nadalje, održivost zahtijeva širi pristup (bazu), više mjera i aktivnosti, zaštita okoliša nešto manje, a zdravlje i sigurnost najmanje. Očito je i da su ciljevi međusobno zavisni, pa se mogu ostvariti isključivo integralnim procesima planiranja. Održavanje i pogon kanalizacijskog sustava imaju sljedeće zadaće: postići stalno i dobro pogonsko stanje i rad sustava u skladu s potrebama i u okvirima tražene učinkovitosti rada; postići sigurnost rada sustava, ekonomsku učinkovitost i prihvatljivost za okoliš; spriječiti, koliko god je to moguće, da problemi u radu jednoga dijela sustava negativno utječu na rad sustava kao cjeline. Da bi se ove zadaće ispunile, pri planiranju, projektiranju, izgradnji i obnavljanju treba uzeti u obzir zahtjeve vezane uz pogon i održavanje. Pogon se sastoji od motrenja i regulacije protoka u sustavu, što obuhvaća: upravljanje radom crpki (početak i prestanak rada); prilagođavanje otvore zasuna i zatvarača potrebama; korištenje retencija; aktivnosti vezane za incidentne situacije i njihovu prevenciju; mjerenje količina i kakvoće otpadne vode; redovite inspekcije, itd. U održavanje spadaju sljedeći zadaci: lokalni popravci ili zamjena oštećenih kanala i građevina; čišćenje taloga, prepreka, itd., radi uspostavljanja potrebnog hidrauličkog kapaciteta kanala i građevina; 314

8. Održavanje i upravljanje kanalizacijom

održavanje mehaničkih dijelova sustava (crpke, zatvarači, itd.); deratizacija/dezinsekcija u slučaju pojave glodavaca/insekata; itd.

Da bi pogon i održavanje bili učinkoviti, nužno je: planirati; postići puno pravo djelovanja i pristupa svim dijelovima sustava; osigurati dovoljan broj obučenoga osoblja; jasno definirati zadaće i odgovornosti; osigurati odgovarajuću opremu; poznavati sustav, upravljačke dijelove i korisničke priključke; osigurati odgovarajuću podršku i analizu. Upravljački plan treba sadržavati: procedure inspekcije sustava i rada sustava; procedure za pogon pojedinih dijelova sustava; procedure za sprječavanje incidentnih situacija i djelovanje u slučaju njihova nastupanja. Plan održavanja treba sadržavati tip i strategiju održavanja za svaki pojedini dio sustava, uključujući postupke i učestalost. Plan treba uzeti u obzir i analizu rizika, uvažavajući moguće greške i njihove posljedice. Očito je da se radi o vrlo složenom, zahtjevnom i obimnom zadatku koji zahtijeva cjelovit i odgovoran pristup. U ovom poglavlju obrađuju se neki elementi ovoga zadatka, dok njegova cjelovita obrada iziskuje posebni priručnik.

8.1

Štetna djelovanja voda na kanalizaciju

Štetna djelovanja voda na kanalizacijske objekte i kolektore dijele se na vanjska i unutarnja. Vanjska su tlo i podzemne vode, a unutarnja otpadne vode u kanalima. Sastavni dijelovi podzemnih voda, tla i otpadnih voda mogu štetno djelovati na beton i druge materijale. Tlo djeluje štetno samo dok je u njemu prisutna voda. U slučaju dvojbe potrebno je kemijsko ispitivanje, a posebno onda kad voda ili tlo imaju neuobičajenu boju ili miris. Kod određenih vrsta tla (močvarno tlo, sadreno tlo) skoro uvijek treba računati s agresivnom podzemnom vodom. Sljedeće su tvari posebno štetne za beton, ali i druge materijale: slobodni agresivni ugljični dioksid CO2; soli sumporne kiseline SO4 (sulfati, npr. CaSO4, MgSO4, Na2SO4, FeSO4); određene soli magnezija, amonijeve soli i sulfidi koje se najčešće pojavljuju pri određenim lokalnim uvjetima, npr. utjecaj močvara na podzemne vode, odlagališta jalovine, smetlišta i naplavina mulja u plitkim vodama stajačicama. Čiste huminske kiseline prema novim istraživanjima nisu štetne za vezani beton, a u pravilu se pojavljuju zajedno s drugim agresivnim tvarima (CO2, SO4). Komunalne otpadne vode i prateći procesi koji se odvijaju u otpadnim vodama u kanalizaciji imaju određena štetna djelovanja. Poseban su problem industrijske otpadne vode. Da bi se kanalizacijski objekti zaštitili od naročito štetnih industrijskih otpadnih voda, 315


potrebno je propisati uvjete za priključenje ovih voda na gradsku kanalizaciju. Ukoliko kakvoća industrijskih voda nije jednaka ili bolja od uobičajene kakvoće komunalnih otpadnih voda, otpadnu je vodu potrebno pročišćavati prije priključka na gradsku kanalizaciju. Zahtjevi svojstava otpadne vode koja se ispušta određuju se prema količini i lokalnim uvjetima. Primjerice, otpadna voda iz malih pogona može imati visoku koncentraciju onečišćenja, a da nema štetnog utjecaja. Ista otpadna voda iz srednjih pogona ili velikih pogona može uzrokovati veće štete zbog velikih količina. Granične vrijednosti svojstava otpadnih voda treba utvrditi lokalnim propisima. Štetna djelovanja voda u kolektorima posljedica su sastava tih voda, ali i procesa koji se odvijaju zbog sastava voda i uvjeta koji vladaju u kolektorima. Zbog toga su djelovanja nejednolika, različita po karakteru i intenzitetu.

8.2

Infiltracija i nekontrolirani dotoci u kanalizaciju

Općenito Kontrola i smanjenje infiltracije podzemnih voda i neplaniranih dotoka površinskih voda u kanalizacijski sustav je od velike važnosti za racionalno gospodarenje sustavom, i to prije svega zbog sljedećih razloga: nema preopterećenja kanalizacijskih kolektora ili s tim u vezi nekontroliranih izljeva ili preljeva; rad uređaja za pročišćavanje je učinkovitiji; raspoloživi kapaciteti kanala koriste se za transport otpadnih voda umjesto infiltracijskih voda; produžuje se životni vijek kanala; troškovi pogona su manji; manje su potrebe za povećanjem kapaciteta sustava, odnosno manji su troškovi izvedbe; i drugo. Međutim, jedna od najvećih koristi kontrole infiltracije, a s tim u vezi i istjecanja iz kanala, je zaštita okoliša ili podzemnih voda. Osim toga, voda koja istječe iz kanala utječe na nosivost okolnog terena jer njegovim vlaženjem dolazi do ispiranja i slijeganja terena. Voda ulazi u kolektore (i izlazi iz njih) uglavnom kroz loše spojnice, a najčešće kroz loše riješene spojeve kanala i objekata (prije svega, revizijskih kanala). S obzirom na veliki broj spojeva, male količine koje se javljaju po jednom spoju u ukupnom zbroju postaju značajne količine i opterećenje sustava. Najveće infiltracije ipak dolaze od lomova i većih napuknuća kanala, kao i loše izvedenih revizijskih okana. Nekontrolirani su dotoci u najvećoj mjeri rezultat loše opremljenosti kanalizacijskog sustava zbog neodgovarajućih poklopaca revizijskih okana, a u manjoj mjeri i ilegalnih priključaka, loše izvedbe i slično. U svakom slučaju, veće neplanirane količine vode u kanalskom sustavu uvijek stvaraju probleme, a naročito u sustavima s uređajem za pročišćavanje i većim brojem crpnih stanica.

316


Analiza i mjere za smanjenje infiltracije Smanjenje količine neplaniranih voda u kanalizacijskom sustavu obuhvaća sljedeće aktivnosti: utvrđivanje izvora priljeva i infiltracije voda u kanalizacijski sustav; provođenje ekonomskih analiza za utvrđivanje isplativosti zahvata za umanjenje količina infiltracije vode; popravak kanala i objekata radi smanjenja viška voda. U prvom koraku provode se sljedeće aktivnosti: utvrđivanje stvarnog stanja kanalizacijskog sustava izradom katastra sustava; utvrđivanje stvarne veličine protoka u sustavu i na uređaju u sušnom i kišnom razdoblju, i to u dužem razdoblju (naročito poslije kiša); utvrđivanje stvarnih količina potrošnih voda koje dotječu u kanalizacijski sustav analizom potrošnje vode i mjerenja; uspoređivanje rezultata za pojedine dionice (područja) i utvrđivanje prioriteta (rangiranje utjecaja); utvrđivanje uzroka infiltracije i dotoka analizom karakteristika sustava: starost, izvedba, vrste materijala, održavanje, duljina, profil, osjetljivost na oborine, opremanje, itd.; utvrđivanje i analiza geoloških, hidrogeoloških i hidroloških karakteristika područja pojedinih kanala s obzirom na infiltraciju; ekonomska analiza mogućih intervencija radi smanjenja količina i njihove isplativosti; izrada plana za smanjenje infiltracije i nekontroliranog dotoka u kanalizacijski sustav. Smanjenje se provodi na temelju plana i programa aktivnosti. Cilj plana i programa je: smanjenje količina dotjecanja površinskih voda i infiltracije podzemnih voda u kanalizaciju; postizanje traženog standarda otjecanja za vrijeme kišnog razdoblja, a sve u skladu sa zahtjevima nadležnih službi; smanjenje troškova pročišćavanja otpadnih voda i povećanje hidrauličkog kapaciteta uređaja; povećanje sigurnosti rada sustava i sprječavanje uspora vode i uzvodnih plavljenja koje uzrokuje povećanje protoka. Osnovni elementi plana kontrole infiltracijskih voda u sustavu odvodnje su: utvrđivanje sustava prikupljanja voda; utvrđivanje količina tuđih voda (mjerenjem na terenu); utvrđivanje karakteristika kanalizacijskog sustava (tip kanala i spojeva, starost, karakteristike izvedbe, itd.), i terena u koji su kanali ukopani (geomehanička svojstva, dubina podzemnih voda, itd.); izrada ekonomske i tehničke studije izbora najpovoljnijeg postupka za provedbu mjera umanjenja tuđih voda; čišćenje kanala (ako je potrebno); inspekcija kanala pomoću kamera; rekonstrukcija i popravci kanalizacijskog sustava.

317


Osnovni preduvjet za smanjenje infiltracije i dotoka je dobro poznavanje kanalizacijskog sustava i njegovih karakteristika. U skladu s tim provode se detaljna snimanja stanja koja uključuju: snimanje konfiguracije kanalizacijskog sustava (postojeće stanje); utvrđivanje mjesta ulaska voda; čišćenje kanala; snimanje unutrašnjeg stanja, a naročito spojeva i sumnjivih dijelova sustava; analizu dobivenih rezultata i izradu preporuka za daljnje aktivnosti. Prva aktivnost u programu je utvrđivanje mjesta dotoka površinskih voda i infiltracije u sustav. Ovo se postiže: analizom i ispitivanjem sustava: kontrolom sustava i njegovih dijelova; testiranjem sustava dimom; testiranjem sustava indikatorom (pokazateljem); mjerenjem protoka; mjerenjem oborina; ispitivanjem kakvoće vode. korištenjem iskustva i poznavanja sadašnjih problema u sustavu, odnosno lociranjem mjesta na kojima se događa uspor i plavljenje, te gdje se nalaze urušeni i stari kanali i revizijska okna. Kontrola sustava i njegovih dijelova se provodi: kontrolom kanalizacijske mreže – snimanjem i pregledom sustava kamerama. Na ovaj način se utvrđuju mjesta loma, korijenje u kanalima, začepljenja, mjesta infiltracije vode u cijevi i drugi problemi; kontrolom revizijskih okana: pregledom stanja okana i utvrđivanjem mogućih nedostataka kao i mjesta propuštanja podzemnih voda, te dotjecanja površinskih voda. kontrolom kuća i drugih objekata i njihovog okoliša: ova aktivnost obuhvaća pronalaženje ilegalnih priključaka krovnih voda i površinskih voda okoliša, kontrolu priključaka podruma i drenaže objekta, lokalnih crpki i drugog. Testiranje dimom je postupak u kojem se koristi dim kao indikator mjesta propuštanja sustava. Upumpavanjem dima u sustav on će istjecati na svim otvorima: ilegalnim priključcima krovnih voda, slivnicima, slomljenim kanalima, revizijskim oknima i drugim mjestima gdje kanalizacija propušta ili je povezana s površinom. Koristi se posebni dim koji nije štetan i koji je prikladan za ove namjene. Korištenje određenih umjetnih indikatora (kemikalija određenih značajki) služi za provjeru dotjecanja površinske vode s pripadajuće slijevne površine u kanalizaciju otpadnih voda. Isti postupak može se koristiti i za analizu dotjecanja podzemnih voda, ali se zbog svoje skupoće rijetko koristi. Koriste se različiti pokazatelji koji nisu štetni za čovjeka i okoliš. Mjerenje protoka je klasičan pristup kontrole tuđih voda. Svaka pozitivna razlika od proračunatih i očekivanih količina Qočekivano na temelju podataka o potrošnji vode u odnosu na izmjerenu količinu Qizmjereno, su tuđe vode ili količina Qtuđe koja istječe u podzemlje: Qtuđe = Qizmjereno – Qočekivano. 318


Motrenje tečenja u kanalizaciji danas je jednostavno i pouzdano. Sastoji se od mjerenja protoka i kakvoće vode. Tri su instrumenta ključna u ovom procesu: mjerač protoka; uzorkivač vode; i kišomjer. Nakon utvrđivanja mjesta dotjecanja tuđih voda provodi se plan za eliminaciju kvarova (dotjecanja). Plan obuhvaća: radove na kanalizacijskoj mreži (presvlačenje i oblaganje unutrašnjih kanala od okna do okna različitim materijalima i postupcima; zamjena kanala, itd.); radove na revizijskim oknima (oblaganje, zamjena, postavljanje brtvi ispod poklopaca, sprječavanje dotjecanja vode na okna, itd.); radove na eliminiranju površinskih dotjecanja (eliminiranje priključka krovnih voda i slivnika, podizanje razine poklopaca okana iznad terena i očekivane razine površinskih voda, eliminiranje priključka drenažnih voda objekata i neovlaštenih priključaka, itd.). Na kraju treba vrednovati rezultate prethodnog razdoblja i napraviti novi plan aktivnosti za naredno razdoblje.

8.3

Ostala štetna djelovanja

U ostala štetna djelovanja u kanalizaciji spadaju, prije svega, taloženje anorganskih i organskih tvari, prodiranje korijenja i vanjski utjecaji zbog vibracije i opterećenja. U ostala štetna djelovanja spadaju i različita odlaganja krutina u kanalizacijski sustav kroz otvore u sustavu ili pojedine objekte, a prije svega kroz revizijska okna. Taloženje je uobičajeni proces koji se odvija u različitom intenzitetu, u skladu s karakteristikama sustava i otpadnih voda. U pravilu je taloženje više izraženo u mješovitom sustavu i sustavu oborinskih voda. Taloženje je ponajviše posljedica: male brzine (nagiba) kanala; lošeg održavanja slijevnih površina grada i dotoka većih količina lako taloživih suspenzija; lošeg održavanja slivnika; loše izvedbe. Voda (a pogotovo otpadna) je mjesto prema kojem stremi korijenje stabala, naročito u toplijim i sušnijim krajevima, pa će iskoristiti svaku mogućnost da se uvuče u kanale. Zbog toga se uz kanale ne preporučuje sađenje stabala koja imaju duboko korijenje. Promet, površinski radovi i radovi u blizini kanala često su uzrok rušenja kanala ili popuštanja spojeva kanala. Svaka nekontrolirana gradnja u blizini kanala, kao i neplanirano površinsko opterećenje, mogući su uzroci pomaknuća, pucanja ili rušenja kanala. Stoga se u slučaju ovakvih događanja mora obaviti odgovarajuća kontrola stanja za vrijeme zahvata kao i poslije njega. Osnovni preduvjeti za eliminaciju ovih negativnih utjecaja su dobro projektiranje i izvedba kanalizacijskog sustava, te dobro gospodarenje kanalizacijskim sustavom. 319


8.4 8.4.1

Motrenje i baze podataka Ispitivanja i motrenja

Kanalizacijski sustav treba se trajno motriti i ispitivati tijekom gradnje, po završetku gradnje i tijekom njegova rada. Ispitivanje i motrenje je preduvjet za dobro i pravilno funkcioniranje. Bez podataka o stanju i učinkovitosti sustava ne mogu se ni planirati mjere za njegovo poboljšanje i održivost. Vrste uobičajenih ispitivanja i motrenja su: količina i kakvoća voda u sustavu; zrak i plinovi; infiltracija; vizualna inspekcija; snimanje kamerama; veličina protoka u sušnom razdoblju; značajke dotoka u kanalizaciju; značajke kakvoće vode koja se ispušta, preljeva i istječe iz sustava; eksplozivne i otrovne mješavine plina; dotok na uređaj za pročišćavanje otpadnih i oborinskih voda. Program ispitivanja i motrenja određuje se u skladu sa značajkama sustava, starošću i stanjem, problemima koji se javljaju, potrebama upravljanja i zahtjevima nadležnih službi. Dobro motrenje i ispitivanje osnovni je preduvjet za dobro upravljanje. 8.4.2

Snimanje sustava, kanala i građevina

Temeljni podatak za upravljanje kanalizacijskim sustavom je katastar kanalizacijskog sustava i odgovarajuća baza podataka. Katastar sustava podrazumijeva postojanje: projektne dokumentacije na temelju koje je sustav građen (glavni i izvedbeni projekt); snimke izvedenog stanja prije puštanja u pogon (izvedeno stanje); i snimke stanja nakon puštanja u pogon u određenim razmacima (5 – 10 godina). Cilj je uspostaviti i redovito ažurirati dobar digitalni katastar sustava javne odvodnje. Zakonom o prostornom planiranju i građenju regulirana je problematika čuvanja projektne dokumentacije, građenja i izvedenog stanja, dok je snimanje stanja sustava nakon puštanja u pogon u potpunoj nadležnosti tvrtke i njenog odnosa prema sustavu. Snimanje geodetskog i vizualnog stanja kanalizacijskog sustava danas je relativno jednostavno jer postoji vrlo kvalitetna oprema za te namjene. Ključni čimbenici za realizaciju digitalnog katastra sustava odvodnje su: organizacija, oprema i ljudi. Organizacija mora biti dobra, a ljudi obučeni i stimulirani za rad /79/. Oprema potrebna za izradu digitalnog katastra sustava je: vozila opremljena sa opremom za snimanje i bilježenje: kamera na principu digitalne fotografije; kamera za lateralne priključke; kamera za intervencije; računalo i odgovarajući programi u uredu i vozilima na terenu; oprema za stvaranje potrebnih preduvjeta za snimanje: vozila za ispiranje kanala; 320


zračni čepovi – baloni za zatvaranje kanala; crpke za vodu i mulj; sigurnosna oprema: oprema za spuštanje u okno; laka aluminijska konstrukcija; pojasevi i užad za spuštanje u okno; detektori plinova; boce sa kisikom i maskom za cijelo lice. znakovi i druga prometna oprema za osiguranja radilišta; priručni alati i oprema.

Potrebni ljudski resursi za izradu digitalnog katastra sustava su: voditelj projekta; ekipa za čišćenje kanalizacije prije snimanja; ekipa za snimanje; operater geografskih informacijskih sustava (GIS-a) na terenu i u uredu; izvršitelji kod snimanja i na održavanju. Najvažnija značajka izrade katastra sustava odvodnje je trajnost; to mora biti trajni zadatak službi tvrtke koji će imati visoki prioritet u aktivnostima tvrtke, što izravno ovisi o direktoru tvrtke. Direktor je zaslužan što katastar postoji, ili je pak odgovoran ukoliko ne postoji. Druga važna značajka katastra je sigurno, redovito i dobro održavanje baze podataka. Svaka ozbiljna tvrtka ima dobru bazu podataka.

Slika 8.2: Riječki model digitalnog katastra sustava odvodnje

321


8.4.3

Mjerenje protoka i kakvoće voda

Mjerenje protoka i kakvoće voda klasičan je pristup kontrole voda u kanalizaciji i temeljna podloga za učinkovito upravljanje. Podaci mjerenja nužni su za utvrđivanje većine ranije navedenih ispitivanja i analiza (kišni dotok, infiltracija, sušni dotok, istjecanja, dotjecanja, itd.). Motrenje u kanalizaciji danas je jednostavno i pouzdano. Sastoji se od mjerenja protoka i kakvoće vode. Tri su ključna instrumenta: mjerač protoka; uzorkivač vode; i kišomjer. Mjerač protoka mjeri veličinu protoka vode kontinuirano, odnosno u dovoljno malim vremenskim razmacima koji omogućavaju određivanje vodnog vala i proračunavanje veličine ukupnog protoka. Danas na tržištu postoji cijeli niz mjerača različite izvedbe s automatskim bilježenjem protoka u lokalnu bazu podataka, ili s prijenosom u dislociranu bazu podataka (Slika 8.3).

Slika 8.3: Mjerač protoka – primjeri postavljanja mjerača protoka u kanalizaciji

Slika 8.4: Tipična meteorološka stanica

322


Pouzdanost mjerenja ovisi o izboru lokacije mjerenja, kao i o pravilnom postavljanju, baždarenju i održavanju instrumenta tijekom rada. Mjerenje kiše je sastavni dio programa, jer su podaci o kiši indikator potencijalnih količina vode na površini, u podzemlju i u kanalima. Nužni su za utvrđivanje korelacije između oborina, stanja (protoka) u kanalima, veličine površinskih voda i razine podzemne vode. Mjerenje se provodi na uobičajeni način. Ispitivanje kakvoće vode u kanalima, a posebno na ispustima industrijskih otpadnih voda, ispustima kanalizacije, preljevima, na ulazu i izlazu iz uređaja, je aktivnost koja se treba provoditi kako bi se znala veličina utjecaja na okoliš. Ovo je ujedno i zakonska obveza. Poznavanje kakvoće vode omogućava neizravno utvrđivanje količine tuđih voda i mjesta gdje se te tuđe vode pojavljuju. Svaka promjena u odnosu na očekivanu koncentraciju, rezultat je razrjeđenja, odnosno tuđih voda. Mjesto razrjeđenja je mjesto dotjecanja u kanale, a veličina promjene koncentracije je indikator količine tuđih voda. Kakvoća vode u odnosu na neke parametre (npr.: REDOX, koncentracija O2, mutnoća, temperatura, pH, itd.) može se mjeriti kontinuirano ako za takve parametre postoje odgovarajuće sonde. Međutim, glavni pokazatelji (bakterije, KPK, BPK, ukupni N, itd.) još uvijek se ne mogu pouzdano mjeriti izravno, pa je nužno uzimati uzorke na temelju kojih će se u laboratoriju utvrditi koncentracije pojedinih pokazatelja. Automatski uzorkivači koji uzimaju uzorke u određenim vremenskim razmacima omogućavaju da se sakupe odgovarajući uzorci nužni za dobro opisivanje kakvoće vode koja teče u kanalizaciji, dotječe na uređaj ili se prelijeva (ispušta) u prijamnike (Slika 8.5). To znači da je učestalost uzimanja uzoraka veća u početnom razdoblju kada je promjena koncentracije nagla i velika, a manja kada su promjene manje.

Slika 8.5: Automatski uzorkivač

Mjerenjem se dobivaju stvarne veličine količina vode koje se javljaju na određenom mjestu u kanalizaciji. Poznavanjem ovih veličina moguće je procjenjivati i količine koje se ne mogu mjeriti izravno. Raspored mjernih postaja prikazuje se u poglavlju 2 (Slika 2.15). Mjerne postaje moraju obuhvatiti sve glavne ulaze i izlaze iz sustava, kao i sve dijelove sustava, tako da se može pratiti kretanje vode i promjena kakvoće vode u samom sustavu od ulaza do izlaza. Smjernice za uspostavu motrenja na kanalizacijskoj mreži su: 323


mjerenje protoka postaviti na svakih 10 – 15 km kanalizacijske mreže; vremenski razmak mjerenja protoka je 15 minuta, a u slučaju preljeva znatno kraći (oko 1 minute); mjerač treba biti omogućiti i mjerenje tlačnog tečenja; potrebna je jedna kišomjerna stanica na svaka 2 – 4 mjerača protoka; ako se analizira infiltracija i dotok vode u sustav, povremena mjerenja moraju trajati minimalno 45, a optimalno 60 dana; za upravljanje sustavom potrebna su trajna mjerenja; povremena mjerenja trebaju obuhvatiti razdoblje koje uključuje barem 6 – 8 kiša; mjerenja treba provoditi tijekom visokih podzemnih voda.

8.4.4

Mjerenje i kontrola plinova

Motrenje plinova u kanalizacijskom sustavu i izvan njega se provodi stabilnim i prenosivim instrumentima. Stacionarni instrumenti se uglavnom koriste radi trajnog praćenja utjecaja kanalizacije na okoliš (zrak), dok prenosivi služe za utvrđivanje stanja na pojedinim mjestima i prilikom ulaska u kanale i objekte. Stacionarno motrenje plinova je uglavnom vezano za rad uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, pretovarnih stanica taloga septičkih jama i većih crpnih stanica. Program praćenja utjecaja uređaja, crpnih stanica i sustava odvodnje na zrak obuhvaća sljedeće pokazatelje: smjer i brzina vjetra; temperatura zraka; vlaga u zraku; oborine; sumporovodik; grupa ostalih sumpornih spojeva RSH, RSR, RSSR, RSSSR; grupa anima, a posebno s obzirom na indol i skanol koji su prisutni u fekalnim vodama; grupa hlapljivih masnih kiselina; ukupni ugljikovodici i metan kao najčešći plin (iako nije strani miris); sedimentacija 30 dana sa analizom sedimentiranih aerosola na patogene i koliformne organizme. Ispitivanja se trebaju obaviti prema Pravilniku o zaštiti zraka. Mjerenje treba obaviti u dva godišnja doba, jedno u toplom i jedno u hladnom razdoblju godine, u trajanju od najmanje 10 dana. Poseban slučaj su uređaji za pročišćavanje otpadnih voda. Praćenje stanja atmosfere oko ovih građevina treba započeti barem godinu dana prije početka rada uređaja, izbjegavajući utjecaje tijekom izvođenja, a sve kako bi se dobilo referentno početno stanje prije rada uređaja. Stanicu za motrenje zraka treba smjestiti na granici prostora uređaja u smjeru naselja. Prema postojećim važećim normama o kakvoći zraka (Uredba o graničnim vrijednostima onečišćujućih tvari u zraku, NN 133/05), na graničnoj crti lokacije uređaja i crpnih stanica u ispitivanom zraku (24 h) ne smiju biti prekoračene sljedeće vrijednosti:

324


amonijak: sumporovodik: merkaptani:

100 µg/m3; 5 µg/m3; 3 µg/m3.

Hlapljivi organski spojevi (volatile organic compounds –VOCs) i njihova kontrola Hlapljivi organski spojevi su otrovni i doprinose povećanju reaktivnih ugljikovodika te fotoosjetljivih oksidanata. Glavni izvori su industrijske otpadne vode. Na uređaju se javljaju kao posljedica turbulencije ili unošenjem aeracijom difuzorima. Ako se ispuštanje industrijskih otpadnih voda u kanalizaciju dobro kontrolira, tada na uređaju i u kanalizaciji nema opasnosti od pojave hlapljivih organskih spojeva. 8.4.5

Utvrđivanje značajki sustava i dokumentacija

Značajke i stanje sustava treba redovito utvrđivati kako bi se mogla izrađivati odgovarajuća godišnja izvješća o stanju i potrebama sustava, te planirati mjere za unaprjeđenje rada. Podaci i čimbenici potrebni za utvrđivanje značajki kanalizacijskog sustava su: broj i učestalost poplava i plavljenja; broj i učestalost začepljenja toka vode; broj i učestalost urušavanja kanala; broj i učestalost oboljenja, ozljeda i stradanja osoblja koje održava sustav; broj i učestalost oboljenja, ozljeda i stradanja građana; broj i učestalost oštećivanja kanala; zadovoljavanje uvjeta vezanih za ispuštanje voda u okoliš; zadovoljavanje uvjeta vezanih za ispuštanje industrijskih otpadnih voda u kanalizacijski sustav; podaci i snimke stanja sustava (video zapisi); broj i učestalost incidenata vezanih uz pojavu smrada; stanje i ponašanje mehaničke i elektro opreme; rezultati motrenja i ispitivanja; učinkovitost i stanje mjernih postaja i instrumenata; broj i učestalost uspora vode u kanalima i tlačno otjecanje. Ako podaci i rezultati rada i stanja sustava nisu zadovoljavajući, potrebno je poduzeti mjere za poboljšanje stanja i sprječavanje većih šteta i problema. Ove su mjere sastavni dio plana aktivnosti tvrtke u narednom razdoblju. Sve prikupljene podatke i analize, kao i provedene i planirane aktivnosti, treba arhivirati kako bi poslužile budućim unaprjeđenjima rada sustava. Poznavanjem i čuvanjem podataka moguće je pratiti trendove promjena i s tim u svezi potrebe.

8.5 8.5.1

Održavanje kanalizacije Općenito

Dobro održavanje kanalizacijskog sustava osnovni je preduvjet za racionalno gospodarenje ovom skupom gradskom infrastrukturom, za dobre sanitarne uvjete u urbanoj sredini i dobru zaštitu okoliša. Dobro održavanje kanalizacije jedan je od preduvjeta za

325


održivi razvoj i zdravstveni standard neke urbane sredine, stoga mu se mora pokloniti velika pozornost. Preduvjeti za dobro održavanje i pogon kanalizacijskog sustava, odnosno gospodarenje kanalizacijskim sustavom, su: dobro poznavanje sustava i njegovih karakteristika; potreban broj kvalitetnih kadrova; dobra organizacija; i dovoljna financijska sredstva. Bez ispunjavanja svih ovih uvjeta ne može se očekivati kvalitetno i pouzdano gospodarenje kanalizacijskim sustavom. Preduvjet za dobro održavanje je postojanje plana potrebnog održavanja kanalizacijskog sustava, te potrebna sredstva i kadrovi. Bez plana održavanja kanalizacijskog sustava, za čije postojanje je potrebno poznavanje karakteristika sustava (katastar), ne može se provoditi organizirano i racionalno održavanje sustava, ne mogu se planirati potrebna materijalna i financijska sredstva, kao ni kadrovi. Budući da je kanalizacijski sustav specifičan za svako naselje, to zahtijeva i specifičan pristup kontroli i održavanju svakog sustava. Organizacija koja upravlja kanalizacijskim sustavom mora izraditi plan redovne kontrole i održavanja kanalizacijskog sustava. Održavanje i upravljanje kanalizacijskim sustavom danas, a pogotovo u budućnosti, bit će sve teže i složenije. Osnovni su razlog sve veći zahtjevi vezani uz zaštitu čovjekova okoliša i sve složeniji uvjeti sakupljanja i odvođenja voda iz urbanih sredina. Sakupljanje svih urbanih voda i njihovo disponiranje u vodne resurse zahtijeva sve više specifičnih objekata koji su prvenstveno namijenjeni kontroli ispuštanja, ali i racionalizaciji samog kanalizacijskog sustava. To posebno vrijedi za veće crpne stanice, zatvarače, ispuste, uređaje i drugo. Da bi se moglo upravljati složenijim sustavima, potrebno je imati informacije o stanju i funkcioniranju sustava, te odgovarajuću bazu znanja koju treba koristiti u rješavanju nastalih situacija. Stoga se sve više u kanalizaciju ugrađuju mjerači protoka, razine i kakvoće vode, te koriste razni sustavi objedinjavanja informacija u kontrolne centre iz kojih se upravlja sustavom. Što je sustav veći, u pravilu je i složeniji i zahtijeva više ovakvih uređaja. Ove su činjenice važne ne samo radi definiranja odgovarajuće tehničke i tehnološke opremljenosti sustava, već i radi uočavanja potrebe za stručnjacima odgovarajućih profila ili drukčijeg školovanja kadrova koji će raditi na ovim poslovima. Danas u svijetu nisu rijetkost kanalizacijski sustavi u kojima se sa svim ključnim objektima (crpne stanice, uređaji, zatvarači, itd.) i funkcijama (čišćenje, prepumpavanje, transfer vode u sustav, ispuštanje, itd.) upravlja automatski iz kontrolnog centra pomoću računala, uz korištenje odgovarajućih programa. Očekivati je da ćemo se i mi uskoro susresti s ovakvim zahtjevima. Zapravo, već danas imamo kanalizacijske sustave projektirane za ovakav način rada i kontrole.

326


8.5.2

Održavanje

Razlikujemo redovno i incidentno održavanje. Redovno se održavanje uglavnom svodi na redovito snimanje stanja, povremeno čišćenje kanala, kišnih rešetki i objekata, a kod starijih mreža i na izmjenu dotrajalih dionica, te stalnu kontrolu stanja kanala i objekata. Potreba za čišćenjem javlja se zbog taloženja mulja i pijeska na pojedinim dionicama, prodiranja korijenja drveća u kanale, ili zbog toga što korisnici kanalizacije bacaju u nju krupne otpatke. Incidentno održavanje odnosi se na intervencije vezane uz pucanje kanala, prevelika opterećenja, oscilacije razine podzemne vode ili nečeg drugog, zbog čega dolazi do istjecanja kanalske vode u zemljište ili, obratno, podzemne vode u kanale. Sve to dovodi do oštećenja kanala, urušavanja ulica, oštećenja kolovoza i zagađenja okoliša, te prevelikog opterećenja kanalizacijskog sustava infiltriranim i drugim vodama. Potrebno je stalno pregledavati stanje kanalizacije, kako bi se na vrijeme uočili i otklonili nedostatci. Revizija se može obavljati i sustavnim mjerenjem protoka na pojedinim dionicama kanala, čime se dobivaju podaci o opterećenju kanalizacije tuđim vodama. Revizija treba uključiti i ispitivanje kakvoće vode koja teče kanalima u različitim uvjetima otjecanja. Ovo je izuzetno važno radi zaštite kanala, ali i okoliša. Mjerenja kakvoće voda u kanalima trebaju prije svega obuhvatiti sve priključke većih industrija, industrija koje proizvode značajnije količine otpadnih voda, kao i dionice kanala uzvodno i nizvodno od priključka. Čišćenje kanala se obavlja: mehaničkim sredstvima; ispiranjem. Čišćenje se obavlja četkama, lancima za razbijanje taloga, noževima za sječenje i čupanje korijenja, kukama, posudama za izvlačenje mulja, itd. Ovi predmeti se vuku kroz kanal ručno ili mehanički (Slika 8.6, Slika 8.7). Postoji cijeli niz tipova ovih sredstava. Na onim mjestima gdje ne mogu doći teška vozila posebno opremljena za čišćenje, češće se rabe tradicionalna sredstva. Ispiranje se obavlja mlazom vode. Koristi se voda se iz vodovoda, cisterni ili obližnjih vodotoka. Ispiranje se može provoditi: pomoću vodnog vala, tako što se donji otvor kolektora najprije zatvori i potom naglo otvori kada se kanal napuni. Tako nastaje vodni val koji ispire kanal; ispiranje mlazom štrcaljke, koje je lakše i jednostavnije, ali zahtijeva vodu pod pritiskom, odnosno priključak na vodovod ili korištenje crpki (Slika 8.8).

Slika 8.6: Čišćenje kanala izguravanjem taloga cilindrom i vodom

327


Slika 8.7: Čišćenje kanala izguravanjem taloga kuglom i vodom

a) Vodnim valom

b) Mlaznicom

Slika 8.8: Čišćenje kanala ispiranjem /68/

Ispiranje se u većim gradovima danas uglavnom obavlja posebnim strojevima i uređajima koji mogu vrlo djelotvorno čistiti kolektore. To su samohodne hidrauličke glave iz kojih štrca voda pod pritiskom i do 100 bara, kapaciteta 300 do 600 l/min. Ovi uređaji imaju dobar učinak na manjim profilima (do ∅ 600 mm). Čišćenje kanalizacije danas u većini gradova više nije problem i ne predstavlja neku poteškoću. Objekti u kanalizacijskom sustavu zahtijevaju specifično održavanje u skladu sa svojim karakteristikama. Jedan od preduvjeta dobrog stanja u kanalima, kao i smanjenja suspenzija i nečistoća u mješovitom i oborinskom sustavu, je dobro i redovito čišćenje ulica i drugih gradskih površina, a u kanalizaciji otpadnih voda savjesno ponašanje korisnika kanalizacije. 8.5.3

Održavanje i pogon objekata kanalizacijskog sustava

Ključni objekti kanalizacijskog sustava su: crpne stanice, preljevi, kišni bazeni i uređaji za pročišćavanje. Budući da se u ovoj knjizi nisu detaljnije obrađivali uređaji, o njima neće biti govora iako su oni najsloženiji i najskuplji objekti svakog kanalizacijskog sustava. Crpne stanice Održavanje crpnih stanica svodi se na redovito održavanje sve opreme, a prije svega održavanje crpki i automatike u skladu sa uputama proizvođača. U redovno održavanje 328


spada i povremena kontrola djelotvornosti crpki, naročito onih u oborinskoj i mješovitoj kanalizaciji. U tim uvjetima životni vijek rotora crpki je bitno kraći zbog abrazije pijeska, stoga je potrebna redovita izmjena rotora. Osim crpki, redovito treba kontrolirati i sve zaštitne uređaje, a naročito uređaje za ublažavanje tlačnog udara. Redovno održavanje obuhvaća i povremeno pražnjenje i čišćenje crpnog bazena, te provjeru vodonepropusnosti konstrukcije. U radu crpnih stanica najveći je problem stvaranje kore i taloga u crpnom bazenu. Poseban su problem kora i plivajuće tvari. Kora remeti rad automatike, naročito u slučaju plivajućih prekidača. Kora i talog uzrokuju stvaranje neugodnih mirisa i opasnih plinova, stoga treba redovito kontrolirati i održavati ventilacijski sustav crpne stanice. O ovome treba posebno voditi računa kod crpnih stanica s dužim zadržavanjem otpadne vode. Rasteretne građevine Kod rasteretnih građevina treba redovito kontrolirati stanje na preljevnom pragu i u prigušnici, kao i na svim uređajima, te obaviti odgovarajuća čišćenja i ispiranja. Uređaji – zaštitni, regulacijski i slično – kontroliraju se i održavaju u skladu s uputama proizvođača. Kontrolu stanja na rasteretnoj građevini treba obaviti barem na početku i kraju kišnog razdoblja. Kišni bazeni Kišni se bazeni održavaju u skladu sa svojim karakteristikama. Kišni bazeni se redovito moraju kontrolirati najmanje prije i poslije kišnog razdoblja, a poželjno je poslije svakog punjenja. Kontrolom se nastoji utvrditi nastalo stanje u bazenu i potrebe za čišćenjem. Nakupljeni se talog redovito mora vaditi, a bazen ispirati. Uređaji – zaštitni, regulacijski i slično – kontroliraju se i održavaju u skladu s uputama proizvođača. Ispusti Ispusti se kontroliraju da bi se utvrdio njihov rad, ali i stanje u odnosu na stabilnost i hidraulička svojstva. Posebnu pozornost treba posvetiti difuzoru. To posebno vrijedi za duge podmorske ispuste čija je kontrola otežana i zahtijeva rad ronilaca ili korištenje posebne opreme. Kontrola ispusta mora se obaviti najmanje jedanput godišnje. Ispusti se moraju ispirati redovito dva i više puta godišnje, odnosno u skladu s potrebama. U kontrolu i održavanje ispusta spada i održavanje svih elemenata ispusta, a naročito zaštitnih uređaja i ozračnog okna. Ostali objekti (zaštitni uređaji i slično) Ostali objekti u kanalizacijskom sustavu također se moraju redovito održavati i pregledavati kako bi njihov rad bio trajan i u skladu s potrebama. Budući da se s vremenom se stanje u kanalizaciji mijenja, tj. mijenjaju se količine i karakteristike voda, nije moguće dati neke čvrste preporuke za održavanje kanalizacije. Održavanje kanalizacije mora se prilagođavati stvarnom stanju i potrebama u određenom vremenskom razdoblju.

329


8.6

Popravci

U održavanje spadaju i redoviti popravci, otklanjanje kvarova u sustavu i obnavljanje starih i loših kanala. Popravci i otklanjanje kvarova na uređajima obavljaju se zamjenom i popravcima na terenu. Međutim, daleko veći problem (i jedna od trajnih i skupljih aktivnosti u održavanju) je popravljanje kanala. Obnavljanje i popravak kanala je sve značajnija aktivnost zbog potreba boljeg i jeftinijeg sakupljanja i pročišćavanja otpadnih voda, kao i potreba veće zaštite okoliša. Budući da je popravak kanalizacijskih kolektora složen i skup posao, njegovoj izvedbi treba prići nakon detaljne analize problema i izrade odgovarajućeg plana. Za popravak kanala koriste se brojne tehnike koje jednim dijelom prikazuje Tablica 8.1. Popravak je uspostavljanje uobičajenih uvjeta u kanalima otklanjanjem lokalnih manjih kvarova. Kod velikih kanala popravak se obavlja ulaskom u kanale, a kod manjih korištenjem robota koji su u stanju otklanjati kvarove uz daljinsko upravljanje. Roboti se koriste za kanale veće od 250 mm. Za popravak se koriste posebni materijali. Obnavljanje je dovođenje kanala u stanje kakvo je bilo prije kvara. Koriste se razne tehnike. Premazivanje i presvlačenje se koristi da bi se kanali lokalno učvrstili i zaštitili od korozije. Uglavnom se koriste cementni materijali s odgovarajućim dodacima. Premazivanjem se postižu i bolji hidraulički uvjeti tečenja. Obnavljanjem dolazi i do smanjenja veličine profila i promjene hidrauličkih karakteristika, o čemu kod planiranja ovih radova treba voditi računa. Tablica 8.1: Izvedbene metode popravljanja kanala Popravak Stabilizacija Injektiranje Lokalno zatvaranje otvora

Lokalna zamjena kanala iskopom Lokalni popravak bez iskopa Unutrašnje/vanjsko Unutrašnje/vanjsko

Obnavljanje Premazivanje/presvlačenje

Proces pod tlakom Prskanje Obnova

Oblaganje unutrašnjosti kanala

Uvlačenje cijevi Oblaganje dijela kanala

Nova izgradnja Iskop građevne jame/rova Bez iskopa rova

Na sadašnjoj trasi/na novoj trasi Na sadašnjoj trasi/na novoj trasi

Oblaganje je postupak u kojem se kanali u potpunosti oblažu s unutrašnje strane. Danas se za te namjene koristi cijeli niz metoda /40/.

330


Metode oblaganja cijevi su: Oblaganje gotovim cijevima: oblaganje dugim cijevima; oblaganje kratkim cijevima; oblaganje uvlačenjem; Oblaganje na licu mjesta gotovim cijevima: oblaganje prstenastim oblogama; oblaganje pojedinačnim segmentima; Mekane obloge koje se nanose na podloge. Metode pojedinačnog oblaganja su: Oblaganje cijele dionice; Oblaganje dijelova dionice: oblaganje dna; oblaganje stropa. Tehnologija se u ovom području dosta mijenja i napreduje, tako da se koriste različite tehnike i materijali. Nova izgradnja se primjenjuje u svim slučajevima kad popravci i obnavljanje nisu ekonomski i tehnički isplativi. Nova izgradnja podrazumijeva potpunu zamjenu starog kolektora novim. Ovakav zahvat u urbanoj sredini često je predmet raznih političkih i javnih prosvjeda i negodovanja. Naime, izgradnja novih kanala na trasama starih uzrokuje poremećaj u lokalnom prostoru i korištenju tog prostora. Izgradnja se obavlja na dva načina. U prvome se na klasičan način iskopa građevna jama, stari se kanal izvadi van i na njegovo mjesto se postavi novi. Ovi su radovi složeni i skupi jer zahtijevaju izvedbu privremenih rješenja funkcioniranja infrastrukture, prometa i korištenja lokalnih objekata. Zbog toga je često povoljniji postupak bez formiranja građevne jame na cijeloj duljini kanala koji se mijenja. U ovom se postupku može kanala zamijeniti na više načina: iskopom tunela; postavljanjem u staroj cijevi nove, koja ima bolja hidraulička svojstva i potrebne dimenzije; postupkom “jedenja” (uništavanja) starog kanala; izbijanjem postojećeg kanala. Posebno su povoljne metode u kojima se na odgovarajući način ruši postojeći kanal i na njegovo mjesto odmah ugrađuje novi kanal. Obnavljanje i zamjena kanala u urbanim sredinama je složen i skup posao koji se mora organizirati uz odgovarajuće pripreme i izradu detaljnog plana rada.

331


332

9.

Literatura 1.

Abwasser Technik, Verlag Von Wilhelm und Sohn, Berlin, 1973.

2.

Akan, O.: Urban Stormwater Hydrology – A Guide to Engineering Calculation, Technomic, Lancaster, Pennsylvania, USA, 1993.

3.

American National Standard for Pump Intake Design, ANSI/HI 9.8 – 1998, Hydraulic Institute, New Jersey, December 1998.

4.

Aron, G., D.F.Kibler: Pond sizing for Rational Formula Hidrographs, Water Resources Bulletin, 26 (2), 1990, 255 – 258.

5.

ATV 241: Bauwerke der Ortsentwasserung, St. Augustin, 1978.

6.

ATV A 111: Standards for the Hydraulic Dimensioning and the Performance Verification of Stormwater Overflow Installations in Sewers and Drains, St. Augustin, Njemačka, 1977.

7.

ATV A 117: Standards for the Dimensioning, Design and Operation of Detention Tanks, St. Augustin, Njemačka, 1977.

8.

ATV A 118: Standards for the Hydraulic Calculation of Domestic and Industrial Wastewater, Stormwater and Combined Wastewater Sewers, Heneff, 1977.

9.

ATV A 128: Standards for the Dimensioning, Design of Stormwater Structures in Combined Sewers, St. Augustin, Njemačka, 1992.

10. ATV A 131: Dimensioning of Single Stage Activated Sludge Plants Upward 5,000 Total Inhabitants and Population Equivalents, St. Augustin, 1991. 11. ATV A 134: Planning and Construction of Wastewater Pump Stations with Small Inflows, St. Augustin, Njemačka, 1982. 12. ATV A 161: Smjernice za projektiranje tlačne kanalizacije. 13. ATV A 241: Bauwerke der Ortsentwässerung, 1978. 14. ATV A 116: Projektiranje i građenje vakuumske kanalizacije, 2004. 333


15. ATV-DVWK A 198E; Standardisation and Derivation of Dimensioning Values for Wastewater Facilities, 2003. 16. ATV-DVWK-A 110E: Standards for the Hydraulic Dimensioning and the Performance Verification of Sewers and Drains, 1992. 17. ATV–DVWK–A 157E: Sewer System Structures; 2000. 18. Babbit, H.E., E.R. Baumann: Sewerage and Sewage Treatment, J. Wiley and Sons, New York, 1958. 19. Bartlett, R.E.: Surface Water Sewerage, Applied Science Publishers, London, 1981. 20. Błaszczyk W., H. Stamatello, P. Błaszczyk: Kanalizacija – Sieci i pompownie, Arkady, Warszawa, 1983. 21. Bonacci, O., D. Stupalo: Prilog analizi kiša jakog intenziteta, Vodoprivreda, br. 57, 1979. 22. Bonacci, O.: Priručnik za hidrotehničke melioracije, Knjiga 2, Poglavlje “Meteorološke i hidrološke podloge”, Zagreb, 1984. 23. Bonacci, O.: Priručnik za hidrotehničke melioracije, Knjiga 3, Poglavlje: “Hidrološki proračun osnovne kanalske mreže za površinsku odvodnju”, Zagreb, 1985. 24. Böss, P.: Groundlagen der Technischen Hydromechanik, Schriffenreihe GWE, Wasser-Abwasser, 4.3, 1956. 25. Botuk, B.O., N.F. Fedorov: Kanalizatsionnye seti, Stroiizdat, Moskva, 1976. 26. Brundtland Commission: Our Common Future, World Commission on Environment, 1987. 27. Camp, Dresser and McKee: Wastewater Treatment Facilities for Sewered Small Communities: Process Design Manual, EPA, Cincinnati, OH, October, 1977. 28. Chow, V.T.: Hydrologic determination of waterway areas for the design of drainage structures in small drainage basins, University of Illinois. Engineering Experiment Station. Bulletin; no. 462 p46, 1962. 29. Chow, V.T.: Open-Channel Hydraulics, McGraw Hill, New York, 1959. 30. Colyer, P.J.; Urban Drainage and Economics, Predavanje na seminaru o urbanim vodama, Novi Sad, 1984. 31. Dalrymple, R.J., Hodd S.L. i Morin D.C.: Physical and Settling Characteristics of Particulates in Storm and Sanitary Wastewaters, U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Technology Series, EPA-670/2 – 75 – 011, April, 1975. 32. Design and Analysis of Urban Storm Drainage, the Wallingford Procedure, Volume 1, Department of the Environment, National Water Council, Standing Technical Committee Reports No 28, London, 1981.

334

9. Literatura

33. DHL: MOUSE program za simulaciju otjecanja u kanalizacijskom sustavu, Danska. 34. EPA: Handbook for Sewer System Evaluation and Rehabilation, Environment Protection Agency, EPA 430/9-75-021, December, 1975. 35. Eremić, Z.: Pokazatelji učinkovitosti poslovanja u komunalnim trgovačkim društvima vodoopskrbe i odvodnje, Stručno-poslovni skup “Gubici vode u vodoopskrbi i kanalizaciji”, Poreč, 07.–11.11. 2007. 36. EU Directive: Council Directive Concerning Urban Waste Water Treatment, 91/271/EEC. 37. European Environmental Agency: Water Use Efficiency (in Cities): leakage, http://themes.eea.europa.eu/Specific_media/water/indicators/WQ06,2003.1001 Brussels, 2003. 38. Fair, G.M., J.C. Geyer, D.A. Okun: Water and wastewater Engineering, Volume 1 i 2, John Wiley and Sons, New York, 1966. 39. Goicoechea, A., D.R. Hansen, L. Duckstein: Multiobjective Decision Analysis with Engineering and Business Application, John Wiley & Sons, New York, 1982. 40. Goode, S.: Rehabilitation, design and management, New World Water, 1994. 41. Grace, R.A.: Marine outfall systems: planning, design and construction, PrenticeHall, New Jersey, USA, 1978. 42. Grundfos: The sewage pumping handbook, 2007. 43. Hathaway, G.A.: Design of Drainage Facilities, ASCE Transactions, Vol. 110, pp. 697 – 730, 1945. 44. Hestard Methods: STORMCAD-program za simulaciju otjecanja u oborinskoj kanalizaciji, USA. 45. HRN EN 1610: Polaganje i ispitivanja kanalizacijskih cjevovoda i kanala. 46. HRN EN 1671:2002: Tlačni kanalizacijski sustavi izvan građevina, 1997. 47. HRN EN 476: Opći zahtjevi za dijelove koji se upotrebljavaju u odvodnim cijevima, odvodnji i kanalizaciji za gravitacijske sustave. 48. HRN EN 752-1 do 752-5: 2005: Odvodni i kanalizacijski sustavi izvan zgrada. 49. HRN EN 752-7: Odvodni kanalizacijski sustavi izvan zgrada – 7. dio: Održavanje i funkcioniranje, EN 752-7; 1998. 50. HRN EN 773: 2005: Opći zahtjevi za dijelove koji se upotrebljavaju za cijevi te odvodne i kanalizacijske sustave pod hidrauličkim tlakom. 51. HRN EN 805:2005: Opskrba vodom – Zahtjevi za sustave izvan zgrada. 52. Iskenderov, J.A.: Projektiranje i izgradnja podmorskih cjevovoda, Baku, 1970. 53. IWA: Performance Indicators for Wastewater Services, London, 2006. 54. Jakovlev, S.V., J.A.A Karelin, A.I. Žukov, S.K. Kolobanov: Kanalizacija, Stroiizdat, Moskva, 1975. 335


55. Janson, L.: Plastic Pipes for Water Supply and Sewage Disposal, Borealis, 1999. 56. Jovanović, D.: Skraćeni postupak proračuna potreba sanitarne vode za naselja i turističke punktove, Voda i sanitarna tehnika, God. II, Br. 3, 1972. 57. Jovanović, S.: Parametarska hidrologija, JDH, 1974. 58. Kalchbrenner, B., V. Zang: Vakuumska kanalizacija – suvremeni sustav odvodnje otpadnih voda, Zbornik radova Stručnog skupa “Razdjelni sustav kanalizacije”, Čakovec, 16. – 18. ožujka, 2006. 59. Kibler, F. David: Urban Storm Hydrology, American Geophysical Union, Water Resources Monograph br. 7., 1982. 60. Kirschmer O.: Tabellen zur Berechnung von Entwässerungs-Leitungen nach Prandtl-Colebrook, Chemie und Technik Verlags-Gesellschaft (Heidelberg, Strassenbau), 1966. 61. Krasulja, R.: Metode sanacije kanalizacijskih cijevi, Hrvatska vodoprivreda, srpanj 2000. 62. Kreković, M.: Ispitivanje vodonepropusnosti gravitacijskih kanalskih vodova, Hrvatske vode, 4(16), 1996. 63. Lautric, R.: Der Abwasserkanal, Hadnbuch für Planung, Ausfürhung und Betrieb, Paul Parey, Hamburg, 1980. 64. Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik, Verlag von Wilhem Ernst und Sohn, Berlin,1982. 65. Lukinić, M.: Osvrt na kanalizacijski sustav grada Tokya, Hrvatska vodoprivreda br. 110, 2001. 66. Manual of Practice for Urban Drainage, Research Report No. 104, Ontario, Ministry of the Environment pollution Control Branch, Toronto, 1976. 67. Manual of septic-tank practice, Dhew Pub., No. 72 – 10020 (HSM), London, 1967 (ili PHS Publ. No. 526, 1967). 68. Margeta, J.: Kanalizacija, Fakultet građevinskih znanosti u Splitu, Split, 1990. 69. Margeta, J.: Mjerodavne količine u kanalizaciji, Stručno-poslovni skup “Gubici vode u vodoopskrbi i kanalizaciji”, Poreč, 07.–11.11. 2007. 70. Margeta, J.: Oborinske i otpadne vode, teret onečišćenja i mjere zaštite, Građevinsko-arhitektonski fakultet, Split, 2007. 71. Margeta, J.; Mjerodavne količine i gubici vode, Zbornik radova skupa “Gubici vode u vodoopskrbi i kanalizaciji”, Poreč, 7. – 11. studenog 2007., str. 19-33. 72. McMahon, T.A., R.G.Mein: River and Reservoir Yield, Water Resources Publications, Littleton, Colorado. 1987. 73. Metcalf and Eddy, Inc.: Wastewater Engineering: Collection and Pumping of Wastewater, McGraw-Hill, New York, 1981.

336

9. Literatura

74. Mihelčić, D. i A. Petković: Poboljšanje i dogradnja vodoopskrbnog sustava Split-Solin-Kaštela-Trogir, Hrvatska vodoprivreda, godište V, broj 51, prosinac 1996. 75. Narodne novine: Zakon o vodama, (NN 107/95); Zakon o dopunama i izmjenama zakona o vodama (NN 150/05). 76. NRA: AMP2 Guidelines, London, January, 1994. 77. OFWAT: International Comparison of Water and Sewerage Service, London, 2007. 78. Peulić, Đ.: Konstruktivni elementi zgrada, I. dio, Tehnička knjiga, Zagreb, 1976. 79. Pilko. J, J. Rukavina: Digitalni katastar sustava javne odvodnje – Riječki model, Stručno-poslovni skup “Gubici vode u vodoopskrbi i kanalizaciji”, Poreč, 07. – 11.11. 2007. 80. Popel, F.: Lehrbuch fur Abwassertechnik und Gewasserschutz, Deutscher Fachschriften – Verlag, Wiesbaden, 1980. 81. ROEDIGER VACUUM: Katalog vakuumske kanalizacije. 82. Smith, D.J. i P.T. Flaherty: Non-Structural Controls for Combined Sewer Overflows, tiskano od Environmental Research Technology Inc., Consulting Engineers, USA, 1986. 83. Stein D.: Recent Advances in Rehabilitation Techniques for Sewer Pipelines, New World Water, 1996. 84. Stubchaer, J.M.: The Santa Barbara Urban Hydrograph Method, Proceedings, National Symposium on Urban Hydrology and Sediment Control, University of Kentucky, Lexington, 1975. 85. Tables for the Hydraulic Design of Pipes, Hydraulics Research Station, HMS London, 1980. 86. Tedeschi, S.: Zaštita vodnih sustava i pročišćavanje otpadnih voda, Građevinski institut, Split, 1981. 87. Terek, B.: Postupci mjerenja protoka otpadnih voda, Hrvatske vode, 7 (1999). 88. Triebel, D.W.: Abwasser Technik – Band II, Verlag von Wilhelm Ernest and Sohn, Berlin, 1975. 89. U.S. Army Corps of Engineers: Shore protection manual, U.S. Army Corps of Engineers, Coastal Engineering Research Center, Fort Belvior, Virginia. 90. UNEP/MAP (J. Margeta): Guidelines on Sewage Treatment Disposal for the Mediteranean Region, WHO-UNEP-MAP, Athens, 2004. 91. UNESCO: Manual on Drainage in Urbanized Areas, UNESCO, Paris, 1987. 92. UNESCO: World Water Balance and Water Resources of the Earth, UNESCO Series Studies and Reports in Hydrology, No 25. Paris, 1978.

337


93. Vodopija, M.: Kanalizacija – Rukopis predavanja, Građevinski fakultet, Zagreb, 1974. 94. Vranješ, M. i ostali: Uputstva za hidrauličko dimenzioniranje polietilenskih cijevi, INA – Zagreb, 1978. 95. Wanielista, M.: Stormwater Management, Ann Arbor Science, USA, 1978. 96. WMO: Guide of Hydrological Practices, No. 168., Fifth Edition, 1990.

338

8.Jure Skripta Kanalizacija

Recommend Documents