PL215085B1

PL215085B1 - Stormwater treatment equipment

Info

Publication number: PL215085B1
Application number: PL393888A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Stec; Józef Dziopak; Daniel Słyś
Original assignee: Politechnika Rzeszowska
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2013-10-31
Also published as: PL393888A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oczyszczania wód opadowych, stosowane zwłaszcza przed urządzeniami do ich miejscowego zagospodarowania i w instalacjach sanitarnych w obiektach wykorzystujących wody deszczowe.The subject of the invention is a device for the treatment of rainwater, used in particular in front of devices for their local management and in sanitary installations in facilities using rainwater.

Wody opadowe ulegają zanieczyszczeniu już w trakcie opadu w wyniku kontaktu z powietrzem atmosferycznym, wychwytując z niego pyły, produkty niespalonego paliwa, substancje stałe i gazowe oraz inne. W następstwie opadu powstaje spływ powierzchniowy, który ulega dalszemu zanieczyszczeniu. Ilość i rodzaj zanieczyszczeń dostających się do wód deszczowych zależy głównie od rodzaju zlewni i sposobu jej zagospodarowania oraz czasu pomiędzy kolejnymi opadami. W zależności od źródła spływów opadowych pochodzących z osiedli mieszkaniowych, terenów przemysłowych, terenów rolniczych i leśnych wody deszczowe mogą znacznie różnić się stężeniem zanieczyszczeń. Na skład tych wód wpływają głównie: rodzaj nawierzchni ulic, placów i chodników, gęstość sieci dróg i natężenie ruchu, organizacja i sposób sprzątania ulic, metoda zwalczania gołoledzi, udział terenów zielonych w mieście, intensywność i czas trwania deszczu oraz wiele innych czynników.Rainwater becomes contaminated during rainfall as a result of contact with atmospheric air, capturing dust, unburned fuel products, solids, gaseous substances and others. The rainfall creates a surface run-off which is further contaminated. The amount and type of pollutants getting into rainwater depends mainly on the type of the catchment area and the way of its management and the time between successive rainfalls. Depending on the source of rainfall runoff from housing estates, industrial areas, agricultural and forest lands, rainwater can vary significantly in the concentration of pollutants. The composition of these waters is mainly influenced by: the type of surface of streets, squares and sidewalks, the density of the road network and traffic intensity, the organization and cleaning of streets, the method of fighting black ice, the share of green areas in the city, the intensity and duration of rainfall and many other factors.

Badania przeprowadzone w Polsce i na świecie wykazały, że zasadniczą częścią zanieczyszczeń wód deszczowych jest zawiesina. Nawet do 90% zawiesiny ogólnej stanowi zawiesina mineralna w postaci piasku, żwiru i drobin gruntu, która absorbuje na swojej porowatej powierzchni inne zanieczyszczenia. Stwierdzono ścisłe zależności pomiędzy ilością zawiesiny a chemicznym i biochemicznym zapotrzebowaniem na tlen oraz stężeniem metali ciężkich, tj. cynku, miedzi, ołowiu, niklu i chromu. Również substancje ropopochodne sorbują się na cząstkach zawiesiny, zwłaszcza na jej najdrobniejszych frakcjach.Research carried out in Poland and around the world has shown that the main part of rainwater pollution is suspension. Up to 90% of the total suspension consists of a mineral suspension in the form of sand, gravel and soil particles, which absorbs other impurities on its porous surface. A close relationship was found between the amount of suspension and the chemical and biochemical oxygen demand as well as the concentration of heavy metals, ie zinc, copper, lead, nickel and chromium. Oil derivatives also absorb on the suspension particles, especially on its smallest fractions.

W spływach wód opadowych z połaci dachowych występują duże ilości cząstek farb i metali ciężkich, których stężenie zależy od rodzaju pokrycia dachu. Wody te mogą stanowić poważne niebezpieczeństwo dla odbiorników tych wód z uwagi na trwałość i zdolność kumulowania metali ciężkich w środowisku wodnym. Badania potwierdzają, że w czasie pogody deszczowej w ściekach ogólnospławnych cynk aż w 91% pochodził z wód spływających z dachów. Natomiast ładunek miedzi w tych wodach średnio dwukrotnie przekraczał ładunek miedzi dostarczany do kanałów wraz ze spływami z dróg. Mając na uwadze tego rodzaju zanieczyszczenia, w niektórych krajach europejskich zabronione jest bezpośrednie odprowadzanie wód deszczowych z dachów do gruntu bez ich wcześniejszego oczyszczenia.The rainwater runoff from the roof slopes contains large amounts of paint particles and heavy metals, the concentration of which depends on the type of roof covering. These waters may pose a serious threat to the receiving waters of these waters due to the persistence and the ability to accumulate heavy metals in the aquatic environment. The research confirms that during rainy weather, as much as 91% of zinc in combined sewage came from water flowing off the roofs. On the other hand, the copper load in these waters was on average twice as high as the copper load delivered to the channels along with the runoff from roads. Bearing in mind this type of pollution, in some European countries it is forbidden to directly discharge rainwater from roofs into the ground without prior treatment.

Zgodnie z unormowaniami prawnymi ścieki deszczowe wprowadzane do wód lub ziemi nie po₃ winny zawierać substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających 100 mg/dm³ zawiesin ₃ ogólnych oraz 15 mg/dm³ węglowodorów ropopochodnych. W celu dostosowania się do tych wytycznych wody opadowe zawierające zanieczyszczenia w przekraczającym normy stężeniu podczyszczane są w różnego typu urządzeniach, których działanie oparte jest na procesie sedymentacji i flotacji. Są to głównie: osadniki poziome, zbiorniki retencyjno-sedymentacyjne, osadniki i separatory substancji ropopochodnych. Dotychczas urządzenia te były stosowane głównie przy podczyszczaniu ścieków deszczowych odprowadzanych z terenów przemysłowych, baz transportowych, stacji przeładunkowych i stacji paliw.In accordance with the legal norms Rain water introduced into water or earth after ₃ must contain contaminants in excess of 100 mg / dm ³ and _{3 of} the general suspension of 15 mg / dm ³ of petroleum hydrocarbons. In order to comply with these guidelines, rainwater containing pollutants in concentrations exceeding the standards is treated in various types of devices, the operation of which is based on the sedimentation and flotation process. These are mainly: horizontal sedimentation tanks, retention-sedimentation tanks, sedimentation tanks and separators of petroleum substances. Until now, these devices have been used mainly for the treatment of rainwater discharged from industrial areas, transport bases, transfer stations and petrol stations.

Usuwanie zarówno zawiesiny, jak i niebezpiecznych zanieczyszczeń z nią związanych jest istotne nie tylko przy odprowadzaniu ścieków deszczowych do wód powierzchniowych, ale przede wszystkim w przypadku zagospodarowania wód deszczowych z wykorzystaniem powierzchniowych i podziemnych urządzeń do ich rozsączania, takich jak: skrzynki rozsączające, komory drenażowe, studnie chłonne i tym podobne. Zastosowanie wymienionych rozwiązań może prowadzić do skażenia wód gruntowych, między innymi metalami ciężkimi. W obiektach, których działanie oparte jest na procesie infiltracji wód do gruntu występuje zjawisko kolmatacji, którego intensywność zależy od ilości i frakcji doprowadzanych zawiesin. Aby ograniczyć niekorzystne procesy zatykania porów gruntu podczas eksploatacji urządzeń należy wody opadowe poddać procesowi wstępnego oczyszczania przed ich doprowadzeniem do urządzenia rozsączającego. W rozwiązaniach tradycyjnych sam proces oczyszczania jest realizowany zazwyczaj na filtrach lub koszach siatkowych, które montowane są w studzience przed układem rozsączającym. Jednak w tego typu urządzeniach zatrzymywane są jedynie zanieczyszczenia mineralne i to o większych średnicach.Removal of both suspended solids and hazardous pollutants associated with it is important not only in the discharge of rainwater to surface waters, but primarily in the case of rainwater management with the use of surface and underground devices for their infiltration, such as: drainage boxes, drainage chambers, absorbent wells and the like. The use of the above-mentioned solutions may lead to contamination of groundwater, including heavy metals. In facilities whose operation is based on the process of water infiltration into the ground, there is a phenomenon of clogging, the intensity of which depends on the amount and fraction of the supplied suspended solids. In order to reduce the unfavorable processes of soil pores clogging during the operation of devices, rainwater should be subjected to a preliminary treatment process before it is fed to the drainage device. In traditional solutions, the purification process itself is usually carried out on filters or mesh baskets, which are installed in the well before the infiltration system. However, in this type of devices, only mineral contaminants are retained, and those with larger diameters.

Biorąc pod uwagę istniejące uwarunkowania i wszystkie wymienione względy, opracowano kompaktowe urządzenie do oczyszczania wód deszczowych między innymi z zawiesin i metali ciężkich, które zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że całą jego przestrzeń wewnętrzną podziePL 215 085 B1 lono w kolejności grawitacyjnego przepływu wód na komorę sedymentacyjną, komorę filtracyjną i komorę odpływową, przy czym komora sedymentacyjna podzielona jest przegrodami na co najmniej dwie części. Korzystnym jest umieszczenie w części przylegającej do komory filtracyjnej wielostrumieniowego wkładu spowalniającego przepływ. Przegrody połączone z obudową rozłącznie posiadają otwory przesączające a w przypadku umieszczenia w części przylegającej bezpośrednio do komory filtracyjnej wielostrumieniowego wkładu spowalniającego przepływ, przegroda oddzielająca tą część posiada jedynie w dolnej części otwór przepływowy usytuowany poniżej wlotu do wymienionego wkładu. Komora filtracyjna wypełniona jest adsorbentem. W strefie górnej krawędzi komory sedymentacyjnej usytuowany jest przewód awaryjnego przepływu z tej komory do komory odpływowej. W komorze filtracyjnej nad przestrzenią z adsorbentem znajduje się pusta przestrzeń przepływu awaryjnego do komory odpływowej. Korzystnym jest również umieszczenie w lejach osadowych poszczególnych części komory sedymentacyjnej koszy osadowych.Taking into account the existing conditions and all the above-mentioned considerations, a compact device for the treatment of rainwater from suspensions and heavy metals, among others, was developed, which according to the invention is characterized by the fact that its entire internal space is divided in the sequence of the gravitational flow of water to the chamber. a sedimentation chamber, a filter chamber and a drain chamber, the sedimentation chamber being divided into at least two parts by partitions. It is preferable to place a multi-stream flow-reducing cartridge in the part adjacent to the filter chamber. The partitions connected to the housing detachably have drain holes, and in the case of a multi-flow slowing cartridge in the part directly adjacent to the filtration chamber, the partition separating this part only has in its lower part a flow opening located below the inlet to said cartridge. The filtration chamber is filled with an adsorbent. In the area of the upper edge of the sedimentation chamber there is an emergency flow conduit from this chamber to the outflow chamber. In the filtration chamber, above the space with the adsorbent, there is an empty space of emergency flow to the outflow chamber. It is also advantageous to place individual parts of the sedimentation chamber in the sedimentation hoppers.

W komorze sedymentacyjnej, która zgodnie z wynalazkiem przedzielona jest na dwie części przegrodą, prowadzony jest proces sedymentacji zanieczyszczeń. W tej komorze określone frakcje zawiesiny opadają na dno komór, tworząc osady. Przegroda w dolnej jej części posiada otwór przepływowy, przez który wody opadowe kierowane są na wkład wielostrumieniowy. Usytuowanie po komorze sedymentacji komory filtracyjnej wpływa na zachowanie małej prędkości przepływu wód opadowych, co z kolei wpływa korzystnie na efektywność procesu sedymentacji cząstek. Celowe spowolnienie przepływu ścieków w komorze sedymentacji wymaga zachowania odpowiedniej jej geometrii w celu zapewnienia czasowego retencjonowania w niej ścieków. Za przegrodą w komorze sedymentacji zastosowano wkład wielostrumieniowy, który dzieli strumień przepływających wód na mniejsze strugi, w wyniku czego ciecz napotyka na wymuszony opór powodując tym samym opadanie do leja osadowego cięższych cząsteczek od wody. Jest to rozwiązanie, które w przypadku oczyszczania wód zawierających duże stężenie zawiesiny, zintensyfikuje proces sedymentacji tych zanieczyszczeń. Natomiast jeżeli wody opadowe będą odprowadzane do urządzenia z powierzchni, z których w mniejszym stopniu spłukiwane będą zanieczyszczenia mineralne, to zgodnie z wynalazkiem urządzenie nie musi być wyposażone we wkład wielostrumieniowy. Cząsteczki zanieczyszczeń o mniejszych średnicach, które nie opadły w komorze sedymentacji, a zwłaszcza zanieczyszczenia w formie rozpuszczonej zostaną w znacznym stopniu zredukowane w wyniku przepływu przez komorę filtracyjną wypełnioną adsorberem. Budowa i jego właściwości powodują, że jest zdolny do zatrzymywania zanieczyszczeń i zapobiegania też powtórnemu ich wymywaniu do oczyszczonych wód opadowych. Sorbent należy dobierać indywidualnie do określonego rodzaju i stężenia zanieczyszczeń zawartych w wodach deszczowych.In the sedimentation chamber, which according to the invention is divided into two parts by a partition, the sedimentation process is carried out. In this chamber, certain fractions of the suspension fall to the bottom of the chambers, forming sediments. The partition in its lower part has a flow opening through which rainwater is directed to the multi-stream insert. The location of the filtration chamber after the sedimentation chamber maintains a low flow velocity of rainwater, which in turn has a positive effect on the efficiency of the particle sedimentation process. Deliberate slowing down of the wastewater flow in the sedimentation chamber requires the maintenance of its appropriate geometry to ensure temporary retention of wastewater in it. Behind the partition in the sedimentation chamber, a multi-stream insert was used, which divides the stream of flowing water into smaller streams, as a result of which the liquid encounters a forced resistance, thus causing heavier particles than water to fall into the sedimentation funnel. It is a solution that, in the case of treating waters containing a high concentration of suspended solids, will intensify the sedimentation process of these pollutants. On the other hand, if rainwater is to be discharged into the device from surfaces from which mineral contaminants will be rinsed to a lesser extent, the device according to the invention does not have to be equipped with a multi-stream cartridge. Pollution particles of smaller diameters that have not settled in the sedimentation chamber, especially the dissolved pollutants, will be significantly reduced by flowing through the filtration chamber filled with the adsorber. Its structure and properties make it capable of retaining pollutants and preventing their re-leaching into treated rainwater. The sorbent should be selected individually for the specific type and concentration of pollutants contained in rainwater.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy urządzenia do oczyszczania wód opadowych, a na fig. 2 przedstawiono rzut poziomy tego urządzenia. Z kolei na fig. 3 i 4 zobrazowano w schematycznym ujęciu przedmiotowe urządzenie bez wkładu wielostrumieniowego.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a vertical section of a device for treating rainwater, and Fig. 2 shows a plan view of this device. In turn, Figures 3 and 4 are schematic views of the device without the multi-stream cartridge.

Jak to pokazano na fig. 1 wody opadowe do urządzenia doprowadzane są kanałem dopływowym 1. Urządzenie do oczyszczania wód deszczowych zgodnie z wynalazkiem posiada komorę sedymentacyjną 2 przedzieloną przegrodą 3, która w dolnej części posiada otwór przepływowy 4. Dno komory 2 uformowane jest w kształcie lejów osadowych 5 i 6, w których mogą być zamontowane kosze osadowe 7 i 8, w których gromadzone są zsedymentowane zanieczyszczenia. Kształt i pojemność lejów osadowych zależy od ilości zawiesiny i rodzaju odwadnianej powierzchni. Za przegrodą 3 zamontowany jest wkład wielostrumieniowy 9, przez który wody przepływają do komory filtracyjnej 10 wypełnionej materiałem adsorbującym zanieczyszczenia. Z kolei za komorą 10 zlokalizowana jest komora odpływowa 11, do której dopływa przez perforowaną ścianę komory filtracyjnej 10 podczyszczona woda. W celu ułatwienia usuwania sorbenta z tej komory, może on być przetrzymywany w niej w formie wyjmowanych wsadów filtracyjnych. Z komory 11 woda jest odprowadzana kanałem odpływowym 12.As shown in Fig. 1, rainwater is fed to the device through an inflow channel 1. The device for treating rainwater according to the invention has a sedimentation chamber 2 separated by a partition 3, which has a flow opening 4 in the lower part. The bottom of the chamber 2 is shaped like funnels. sludge baskets 5 and 6, in which sludge baskets 7 and 8 can be installed, in which the sedimented impurities are collected. The shape and capacity of sludge hoppers depends on the amount of suspension and the type of surface to be drained. Behind the partition 3, a multi-stream cartridge 9 is mounted, through which water flows into the filtration chamber 10 filled with a material that absorbs contaminants. In turn, behind the chamber 10, there is an outflow chamber 11, to which pre-treated water flows through the perforated wall of the filtration chamber 10. In order to facilitate the removal of the sorbent from this chamber, it can be kept there in the form of removable filter charges. From chamber 11, water is drained through a drainage channel 12.

Zużyty adsorbent z komory filtracyjnej 10 jest usuwany okresowo do regeneracji lub wymiany przez otwór 13 przykrywany włazem. Z kolei przez otwory 14 i 15 są czyszczone z osadów leje osadowe 5 i 6.The used adsorbent from the filtration chamber 10 is periodically removed for regeneration or replacement through an opening 13 covered by a manhole. In turn, sedimentation hoppers 5 and 6 are cleaned of sediments through the holes 14 and 15.

W przypadku wypełnienia komory sedymentacyjnej 2 wodami deszczowymi do poziomu, który nie zapewni ich przepływu przez wkład wielostrumieniowy 9, wody te będą przepływać do komory filtracyjnej 10 przez otwór 16 zlokalizowany w dolnej części ściany komory 10.If the sedimentation chamber 2 is filled with rainwater to a level that will not allow them to flow through the multi-jet cartridge 9, these waters will flow into the filtration chamber 10 through an opening 16 located in the lower part of the chamber 10 wall.

PL 215 085 B1PL 215 085 B1

W sytuacjach, gdy wystąpią opady powodujące większe dopływy wód deszczowych niż obliczeniowe istnieje niebezpieczeństwo przepełnienia zbiornika. Rozwiązanie tego problemu umożliwia przewód awaryjny 17, który jest zlokalizowany w urządzeniu lub poza nim w formie by-passa, łączący komorę osadową 2 z komorą odpływową 11 z pominięciem komory filtracyjnej 10. Jest to rozwiązanie, które nie stwarza niebezpieczeństwa odprowadzania wód znacznie zanieczyszczonych, gdyż w trakcie formowania się spływu wód deszczowych najbardziej zanieczyszczona jest pierwsza fala odpływu, która zostanie poddana procesowi oczyszczania po doprowadzeniu do przedmiotowego urządzenia. Dopiero w wyniku dalszego dopływu wód deszczowych, które zawierają już znacznie mniej zanieczyszczeń, ich nadmiar zostanie odprowadzony przez przewód awaryjny do komory odpływowej 11 Przykładowe usytuowanie przewodu awaryjnego 17 uwidoczniono na fig. 2.In situations where there is rainfall causing more rainwater inflow than the calculated one, there is a risk of overfilling the reservoir. The solution to this problem is possible thanks to the emergency conduit 17, which is located inside the device or outside it in the form of a bypass, connecting the settling chamber 2 with the outflow chamber 11, bypassing the filtration chamber 10. It is a solution that does not pose the risk of draining heavily polluted waters, because during the formation of rainwater runoff, the most polluted is the first wave of the runoff, which will be subjected to the treatment process after being fed to the device in question. Only as a result of a further inflow of rainwater, which already contains much less pollutants, will their excess be discharged through the emergency conduit into the drainage chamber 11 An exemplary location of the emergency conduit 17 is shown in Fig. 2.

Na fig. 3 i 4 zobrazowano w ujęciu schematycznym analogiczne rozwiązanie urządzenia, ale bez wkładu wielostrumieniowego. W tym przypadku przegroda 3, która dzieli komorę sedymentacyjną 2 na dwie części wykonana jest z materiału perforowanego pełniącego funkcję filtra siatkowego. Zadaniem tej przegrody jest zatrzymanie cząstek zanieczyszczeń, które nie zostały wcześniej zsedymentowane. Przegroda może być wyjmowana w celu przepłukania i usunięcia z jej powierzchni zatrzymanych zawiesin. Następnie wody deszczowe przepływają przez komorę filtracyjną 10, której ściany wykonane są z materiału perforowanego. Ściany te również mogą być wyjmowane w celu ich oczyszczenia. Z komory 10 woda przepływa do komory 11 i następnie kanałem odpływowym 12 odprowadzana jest do dalszego zagospodarowania.Figures 3 and 4 show a schematic representation of an analogous solution of the device, but without the multi-stream cartridge. In this case, the baffle 3 which divides the sedimentation chamber 2 into two parts is made of a perforated material acting as a strainer. The purpose of this partition is to retain contaminant particles that have not been previously sedimented. The septum can be removable to flush and remove any trapped suspensions from its surface. Then the rainwater flows through the filter chamber 10, the walls of which are made of perforated material. These walls can also be removed for cleaning. From the chamber 10, the water flows into the chamber 11 and then through the drainage channel 12 is drained for further use.

Na fig. 4 pokazano sposób awaryjnego działania urządzenia w przypadku przepełnienia zbiornika, w którym nadmiar wody deszczowej przeleje się z komory sedymentacyjnej 2 ponad komorą filtracyjną 10 do komory odpływowej 11 bez konieczności zastosowania przewodu awaryjnego w formie by-passa.Fig. 4 shows the emergency operation of the device in the event of an overfill of the tank, in which excess rainwater will overflow from the sedimentation chamber 2 above the filtration chamber 10 into the drainage chamber 11 without the need for an emergency bypass conduit.

Claims

Patent claims

1. A device for the treatment of rainwater, characterized in that its internal space is divided, in the order of the gravitational flow of water, into a sedimentation chamber (2), a filtration chamber (10), a drainage chamber (11), and the sedimentation chamber (2) is divided it is baffles (3) in at least two parts, and it is also preferred to provide a multi-stream flow-reducing cartridge (9) in the part adjacent to the filter chamber (10).

2. The device according to claim 3. The baffle plate of claim 1, characterized in that the baffles (3) are detachably connected to the housing and have drain holes, and in the case of the baffle (3) in front of the multi-jet cartridge (19), it only has in the lower part a flow opening (4) located below the inlet to said cartridge. (9).

3. The device according to claim An emergency flow conduit (17) from the sedimentation chamber (2) to the drainage chamber (11) is located in the area of the upper edge of the sedimentation chamber (2).

4. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that in the filtration chamber (10) above the adsorbent there is an empty space of emergency flow to the outflow chamber (11).

5. The device according to claim 1 The method as claimed in 1, 2, 3 or 4, characterized in that sludge baskets (7, 8) are arranged in the sedimentation hoppers (5, 6) of the sedimentation chamber (2).