PL216617B1 - Rurowy zbiornik retencyjny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rurowy zbiornik retencyjny do magazynowania i spowalniania przepływu ścieków deszczowych lub ogólnospławnych w systemach kanalizacyjnych grawitacyjnych.

Ilościowe regulowanie transportu ścieków, zwłaszcza deszczowych jest procesem, który istotnie wpływa na efektywne wymiarowanie sieci kanalizacyjnych oraz obiektów i urządzeń zlokalizowanych na tych sieciach. Ponadto pozwala w sposób racjonalny wykorzystywać istniejącą przepustowość hydrauliczną kanałów odprowadzających ścieki. Regulowanie natężenia przepływu ścieków deszczowych nabiera coraz większego znaczenia, gdyż wzrost udziału powierzchni szczelnych na terenach zurbanizowanych wpływa na zwiększenie ilości wód opadowych ujmowanych i odprowadzanych systemami kanalizacyjnymi. Przepływ ten ma najczęściej charakter losowy, gdyż duże objętości ścieków transportowane są w krótkim czasie kanałami do odbiornika. Negatywne skutki tego zjawiska obserwowane są od wielu lat również w rzekach, które są odbiornikami ścieków deszczowych. Wśród nich najważniejsze to „szok hydrauliczny”, intensyfikacja zjawisk wezbraniowych, erozja koryt cieków, ruch osadów rzecznych oraz zmiana parametrów fizykochemicznych wód i zaburzenia w ekosystemach wodnych.

Nowoczesne systemy kanalizacyjne wymagają zatem stosowania efektywnych obiektów do regulacji natężeń przepływów ścieków, które realizowane są najczęściej poprzez zbiorniki retencyjne o układach grawitacyjnych i grawitacyjno-pompowych. Jedno i wielokomorowe zbiorniki grawitacyjne posiadają narzucony maksymalny poziom ścieków w komorach, który wynika z różnicy rzędnych zwierciadeł ścieków w kanale dopływowym i odpływowym. Zachowanie granicznego poziomu ścieków w zbiorniku prowadzi często do znacznego zagłębienia komór lub wykorzystania dużych powierzchni pod jego zabudowę, co przekłada się na zwiększenie kosztów inwestycyjnych. Stanowi to problem szczególnie istotny na obszarach miejskich, gdzie brakuje powierzchni pod inwestycje komunalne. Rozwiązania tego typu zbiorników przedstawiono między innymi w zgłoszeniach patentowych nr 381427 i 381337. Istnieją również zbiorniki grawitacyjne, które zbudowane są z komory wlotowej i wylotowej oraz komory retencyjnej w postaci odcinka rury pochylonej zgodnie z kierunkiem przepływu cieczy, co przedstawiono w polskim opisie patentowym nr 200224. Z kolei zbiorniki grawitacyjno-pompowe posiadają mniejsze powierzchnie komór akumulacyjnych, ale wymagają zastosowania układów pompowych do ich napełniania lub opróżniania. Wadą tych rozwiązań jest konieczność doprowadzenia zasilania w energię elektryczną i duże jej zużycie, zwłaszcza dla układów pompowych pracujących w sposób ciągły w czasie dopływu ścieków, jak ma to miejsce w zbiorniku retencyjnym, przedstawionym również w polskim opisie patentowym nr 202983. Wpływa to na znaczne zwiększenie kosztów eksploatacyjnych.

Spowolnienie spływu ścieków deszczowych i ogólnospławnych oraz ich okresowe magazynowanie w zbiornikach powoduje spłaszczenie hydrogramu odpływu, czego efektem jest zmniejszenie jednostkowego natężenia przepływu ścieków systemem kanalizacyjnym.

Biorąc to pod uwagę rozwiązaniem wspomagającym sieć kanalizacyjną może być rurowy zbiornik retencyjny posiadający przestrzeń wewnętrzną podzieloną na sekcje przegrodami umieszczonymi korzystnie w studzienkach lub komorach kanalizacyjnych, który zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że jest usytuowany w linii kanału ściekowego systemu kanalizacyjnego grawitacyjnego i połączony z nim w rewizyjnej komorze wlotowej oraz komorze wylotowej, w których następuje zmiana geometrii kanału i zbiornika retencyjnego. Przegrody dzielące zbiorniki na sekcje są nieruchome i umieszczone na stałej wysokości ponad dnem, tworząc otwory przepływowe między sekcjami, natomiast na wyjściu z ostatniej sekcji zbiornika zainstalowany jest regulator odpływu, jak również przewód awaryjny zrzutu nadmiaru ścieków.

Poza tym, wyżej opisany rurowy zbiornik retencyjny zgodnie z wynalazkiem może być usytuowany poza linią kanału ściekowego systemu kanalizacyjnego grawitacyjnego i połączony z nim poprzez rozdzielczą komorę wejściową oraz komorę wyjściową.

Rurowy zbiornik retencyjny zgodnie z wynalazkiem stanowi bardzo istotne uzupełnienie rozwiązań, których wdrożenie na sieciach kanalizacyjnych grawitacyjnych znacznie zmniejsza jednostkowe natężenie przepływu ścieków i pozwala na spłaszczenie hydrogramu odpływu. Możliwość wkomponowania go w liniach nowobudowanych kanałów pozwala na spowolnienie odpływu ścieków deszczowych zwłaszcza ze szczelnych powierzchni na terenach zurbanizowanych, nowych osiedli miejskich zajmujących znaczne obszary, co ma wpływ na zmianę parametrów hydrologicznych tych terenów. Wykazana możliwość budowy tego typu zbiorników retencyjnych poza linią kanałów ściekowych pozwala w miarę możliwości terenowych na wspomaganie na określonych odcinkach istniejących sieci,

PL 216 617 B1 które przy zwiększonych opadach mają zbyt małą przepustowość. Nie zastąpią one w pełni zbiorników retencyjnych zabezpieczających wielkie obszary przed zalewem, ale wobec niewielkich kosztów, zwłaszcza przy budowie nowych sieci kanalizacji grawitacyjnej są godne uwagi, jak również w wielu przypadkach można zmodernizować istniejącą sieć z punktu widzenia jej przepustowości nie naruszając istniejącej konstrukcji.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu przedstawiono na rysunkach, na których na fig. 1 przedstawiono w schematycznym ujęciu przekrój poziomy zbiornika usytuowanego w linii kanału ściekowego grawitacyjnego systemu kanalizacyjnego, natomiast na fig. 2 w analogicznym ujęciu przekrój poziomy tego zbiornika usytuowanego poza kanałem ściekowym. Fig. 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 i 11 przedstawiają charakterystyczne fazy działania zbiornika według wersji przedstawionej na fig. 1 w procesie jego napełniania i opróżniania, natomiast na fig. 12 pokazano awaryjne opróżnianie zbiornika.

Jak to przedstawiono na fig. 1 rurowy zbiornik retencyjny cieczy posiada przegrody 2 i 3, które usytuowane są odpowiednio w komorach kanalizacyjnych 4 i 5 prostopadle do kierunku przepływu ścieków. W wyniku zamontowania przegród zbiornik 1 zostaje podzielony na sekcje 7 i 8 w których następuje proces okresowego retencjonowania ścieków. Przepływ ścieków pomiędzy komorami odbywa się przez dolne otwory przepływowe 9 i 10 pokazane na fig. 3, które powstają w wyniku zawieszenia przegród 2 i 3 w kanale 1 na odpowiedniej wysokości, tak aby zapewniały przepuszczanie bez dławienia ścieków w okresie bezdeszczowym oraz częściowo ścieków zdławionych w czasie opadów. Ścieki dopływają do zbiornika kanałem dopływowym 11. Odpływ ze zbiornika odbywa się kanałem 12 poprzez regulator 13, który zamontowany jest W komorze 6. Zbiornik 1 posiada również przewód awaryjny 14, który w przypadku wystąpienia opadów większych niż obliczeniowe umożliwi przerzut nadmiaru ścieków do komory 6 pod wpływem wytworzonego ciśnienia w sekcji 8. Na wejściu i wyjściu zbiornik 1 posiada dodatkowe komory 15 i 16, w których następuje zmiana geometrii kanałów.

Na fig. 2 zobrazowano w ujęciu schematycznym rozwiązanie zbiornika 1 jako obiektu usytuowanego poza linią kanału ściekowego 17. Zbiornik ten analogicznie jak wcześniej opisany posiada komory 4 i 5, w których są usytuowane przegrody 2 i 3, dzielące przestrzeń wewnętrzną zbiornika 1 na sekcje 7 i 8. W końcowej komorze 6 zbiornika 1 zamontowany jest regulator 13 oraz przewód awaryjny 14. Zbiornik ten jest połączony z kanałem ściekowym 17 od strony wejścia ścieków poprzez komorę rozdzielczą 18 kanałem dopływowym 19 a od strony ich odpływu kanałem 20 i komorę 21.

Jak pokazano na fig. 3 w trakcie pogody bezdeszczowej w zbiorniku 1 nie występuje dławienie przepływu ścieków. Również dla opadów o mniejszym natężeniu cała objętość płynących ścieków przepływa przez zbiornik bez dławienia, co przedstawiono na fig. 4.

Usytuowanie przegród 2 i 3 w komorach 4 i 5 na odpowiednich wysokościach i współdziałanie z nimi regulatora 13 powoduje retencjonowanie ścieków poczynając od sekcji 8 położonej najniżej, co pokazano na fig. 5. Zdławiony regulatorem 13 odpływ powoduje wypełnianie sekcji 8 i spiętrzenie w niej ścieków oraz wytworzenie zjawiska cofki z sekcji 8 do sekcji 7, zlokalizowanej powyżej. Następnie w wyniku dalszego dopływu ścieków kanałem 11 następuje ich piętrzenie i całkowite wypełnienie sekcji 7, co przedstawiono na fig. 6 i 7. Jak pokazano na fig. 7 po wypełnieniu sekcji 7 następuje cofanie ścieków do kanału dopływowego 11. Jednocześnie z piętrzeniem i retencjonowaniem dopływających ścieków w zbiorniku 1 występuje ich zdławiony odpływ przez regulator 13. Proces retencjonowania ścieków kończy się w momencie, gdy w sekcji 8 osiągnięty zostanie maksymalny poziom ich napełnienia, ale taki który pozwoli jeszcze na grawitacyjne działanie zbiornika 1, co zobrazowano również na fig. 7. Fig. 8 przedstawia rozpoczęcie się fazy opróżniania zbiornika, zaczynając od sekcji 8. Na fig. 9, fig. 10 i fig. 11 pokazano jak kształtują się zwierciadła ścieków w poszczególnych sekcjach 7 i 8 w trakcie opróżniania zbiornika 1. W sytuacji, gdy wystąpią opady większe niż obliczeniowe istnieje niebezpieczeństwo ciśnieniowego działania zbiornika. Rozwiązaniem tego problemu jest przewód awaryjny 14 zlokalizowany na ostatniej sekcji 8, który pod wpływem wytworzonego ciśnienia umożliwi odpływ nadmiaru ścieków do komory 6, co uwidoczniono na fig. 12.

Sposób funkcjonowania zbiornika retencyjnego zgodnie z tym rozwiązaniem jest determinowany warunkami hydraulicznymi ustalonymi na odpływie ścieków ze zbiornika 1 oraz na przegrodach 2 i 3 zamontowanych w zbiorniku 1.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rurowy zbiornik retencyjny posiadający przestrzeń wewnętrzną podzieloną na sekcje przegrodami umieszczonymi korzystnie w komorach kanalizacyjnych, znamienny tym, że jest usytuowany w linii kanału ściekowego systemu kanalizacyjnego grawitacyjnego i połączony z nim w rewizyjnej komorze wlotowej (16) oraz komorze wylotowej (15), w których następuje zmiana geometrii kanału i zbiornika (1) a przegrody (2, 3) dzielące zbiornik (1) na sekcje (7, 8) są nieruchome i umieszczone na stałej wysokości ponad dnem tworząc otwory przepływowe (9, 10) między sekcjami (7, 8), natomiast na wyjściu z ostatniej sekcji (8) zbiornika (1) zainstalowany jest regulator odpływu (13) jak również przewód awaryjny (14).
2. 2. Rurowy zbiornik retencyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że jest usytuowany poza linią kanału ściekowego (17) systemu kanalizacyjnego grawitacyjnego i połączony z nim poprzez komorę rozdzielczą wejściową (18) oraz komorę wyjściową (21).