PL215085B1 - Urządzenie do oczyszczania wód opadowych - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 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.

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.

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.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do oczyszczania wód opadowych, znamienne tym, że jego wewnętrzną przestrzeń podzielono, w kolejności grawitacyjnego przepływu wód, na komorę sedymentacyjną (2), komorę filtracyjną (10), komorę odpływową (11), przy czym komora sedymentacyjna (2) podzielona jest przegrodami (3) na co najmniej dwie części, jak również korzystnym jest umieszczenie w części przylegającej do komory filtracyjnej (10) wielostrumieniowego wkładu (9) spowalniającego przepływ.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przegrody (3) są połączone z obudową rozłącznie i posiadają otwory przesączające, a w przypadku usytuowania przegrody (3) przed wielostrumieniowym wkładem (19) posiada ona jedynie w dolnej części otwór przepływowy (4) usytuowany poniżej wlotu do wymienionego wkładu (9).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w strefie górnej krawędzi komory sedymentacyjnej (2) usytuowany jest przewód (17) awaryjnego przepływu z tej komory do komory odpływowej (11).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w komorze filtracyjnej (10) nad adsorbentem znajduje się pusta przestrzeń przepływu awaryjnego do komory odpływowej (11).

5. Urządzenie według zastrz. 1, 2, 3 lub 4, znamienne tym, że w lejach osadowych (5, 6) komory sedymentacyjnej (2) są umieszczone kosze osadowe (7, 8).