Innowacyjna studzienka kanalizacyjna przeznaczona do grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych

Zespół autorski:

  • Dariusz Kowalski – Politechnika Lubelska
  • Beata Kowalska – Politechnika Lubelska
  • Marian Kwietniewski – Politechnika Warszawska
  • Małgorzata Iwanek – Politechnika Lubelska
  • Wiesław Duklewski – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach
  • Stanisław Dziak – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach
  • Aneta Mierzwa – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach
  • Kamil Kępiński – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach

Zespół prowadzący prace przedwdrożeniowe:

  • Małgorzata Iwanek – Politechnika Lubelska
  • Dariusz Kowalski – Politechnika Lubelska
  • Beata Kowalska – Politechnika Lubelska
  • Paweł Suchorab – Politechnika Lubelska
  • Aneta Mierzwa – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach
  • Kamil Kępiński – MPWiK „Wodociągi Puławskie” w Puławach

 

Patent nr 229311

Kowalski D., Kowalska B., Kwietniewski M., Iwanek M., Duklewski W., Dziak S., Mierzwa A., Kępiński K.: Studzienka kanalizacyjna

Publikacja w Wiadomościach Urzędu Patentowego Nr 7/2018, str. 2316

 

Przeznaczenie innowacyjnej studzienki

Innowacyjna studzienka nadaje się do wykorzystania zarówno w już istniejących sieciach kanalizacyjnych, jak i nowo budowanych, sanitarnych i deszczowych, może być łączona ze wszystkimi obecnie dostępnymi na rynku rodzajami rur kanalizacyjnych. W warunkach normalnej bezawaryjnej pracy sieci kanalizacyjnej studzienka umożliwia bezkolizyjny, niezależny przepływ ścieków w dwóch kierunkach (np. prostopadłych – Rys. 1). Jeżeli natomiast wystąpi niedrożność jednego z kanałów, konstrukcja studzienki umożliwia samoczynne przekierowanie strumienia ścieków do drugiego, drożnego kanału (Rys. 2). Rozwiązanie umożliwia kontrolę nad kierunkami i natężeniami strumieni przesyłanych ścieków, automatyzację zmian tych parametrów w sytuacjach awaryjnych, jak również brak zaburzeń przesyłanych strumieni, w tym spiętrzenia zwierciadła ścieków w trakcie normalnej, bezawaryjnej pracy sieci.

Rys. 1. Przepływ ścieków w studzience w warunkach normalnej bezawaryjnej pracy sieci kanalizacyjnej

Rys. 2. Przepływ ścieków w studzience w warunkach niedrożności górnego kanału

 

Budowa innowacyjnej studzienki

Prezentowana studzienka różni się od klasycznej studzienki połączeniowej budową dennicy. Widok i przekroje dennicy studzienki przeznaczonej do bezkolizyjnego krzyżowania rur (1) i (2) ułożonych na różnych głębokościach przedstawiono na Rys. 3 i 4. Dennica składa się z płyty fundamentowej (3) na której posadowiono obudowę studzienki (4) oraz dwupoziomowego dna. Każdy poziom ma wyodrębniony spocznik – dolny (5) i górny (6), oraz wyprofilowaną kinetę – dolną (7) i górną (8). Podobnie jak w klasycznej studzience kanalizacyjnej, spocznik ma spadek w kierunku kinety. Kineta dolna (7) łączy się z poprowadzoną niżej rurą (1), natomiast kineta górna (8) z poprowadzoną wyżej rurą (2). Na całej długości kinety górnej (8) wyodrębniono krawędź przelewową (9).

Rys. 3. Budowa dna studzienki kanalizacyjnej do bezkolizyjnego krzyżowania przewodów

Rys. 4. Widok dennicy studzienki kanalizacyjnej do bezkolizyjnego krzyżowania przewodów (oznaczenia jak na Rys.3)

W trakcie normalnej, bezawaryjnej pracy sieci kanalizacyjnej ścieki przepływają przez studzienkę rurami (1) i (2) oraz odpowiednio kinetami (7) i (8) na dwóch poziomach, niezależnie od siebie, nie łącząc się ze sobą. W przypadku niedrożności jednego z przewodów, ścieki spiętrzają się, następnie przez przelew (9) dostają się do drugiej kinety i swobodnie wypływają ze studzienki drożnym przewodem.

 

Zalety

Innowacyjna studzienka umożliwia krzyżowanie się kanałów bez wzajemnych hydraulicznych zakłóceń przepływu. Do zalet proponowanego rozwiązania należy zaliczyć prostotę konstrukcji, bezobsługowość oraz istotne zwiększenie niezawodności pracy systemu kanalizacyjnego. Innowacyjna studzienka umożliwia zastąpienie od 2 do 4 klasycznych studzienek kanalizacyjnych, występujących w dotychczas stosowanych rozwiązaniach. Przekłada się to na mniejsze koszty inwestycyjne i zmniejszenie liczby obiektów infrastruktury kanalizacyjnej w pasie drogowym.

 

Znaczenie wykorzystania studzienki

Sprawne działanie sieci kanalizacyjnych na obszarach zurbanizowanych stanowi jeden z warunków istnienia i rozwoju tych obszarów. Wymagania ciągłej niezawodnej pracy systemów kanalizacyjnych zawarte są w Ustawie z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz.U. 2019 poz. 1437). Zgodnie z Raportem z realizacji zadań „Polityki rozwoju systemu wodociągowo-kanalizacyjnego” w m. st. Warszawie do roku 2025 (Biuro Infrastruktury Wydział Strategii. Urząd m. st. Warszawa. Grudzień 2017) – w samej Warszawie w 2016 roku liczba awarii systemu kanalizacji, skutkująca przynajmniej czasowym przerwaniem odbioru lub przesyłu ścieków wyniosła 380. Zjawisko to jest w mniejszym lub większym stopniu obecne we wszystkich systemach kanalizacyjnych w skali kraju. Obiektami podlegającymi obowiązkowej ochronie w zakresie bezpieczeństwa publicznego, których zniszczenie lub uszkodzenie może stanowić zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi, są między innymi systemy kanalizacyjne. Należą one zatem do tzw. infrastruktury krytycznej i podlegają między innymi przepisom zawartym w  Dyrektywie Rady 2008/114/WE z dnia 8 grudnia 2008 r. w sprawie rozpoznawania i wyznaczania europejskiej infrastruktury krytycznej oraz oceny potrzeb w zakresie poprawy jej ochrony (Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej 23.12.2008,  L 345/75). Istnieje zatem potrzeba zwiększania niezawodności działania systemów kanalizacyjnych, w tym tworzenia alternatywnych dróg przesyłu ścieków, i w ten trend ze względu na swoje możliwości wpisuje się innowacyjna studzienka.

Podnoszenie niezawodności działania sieci kanalizacyjnych odbywa się na wiele sposobów. Jednym z nich jest takie kształtowanie struktur sieciowych, aby możliwe było przesyłanie przez nie ścieków z wykorzystaniem różnych, alternatywnych dróg. Drogi te można uzyskać poprzez zamykanie struktur rozgałęzieniowych, przekształcając je w struktury pierścieniowe.

Struktury pierścieniowe są powszechnie stosowane w sieciach wodociągowych. W przypadku grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych ich wykorzystanie jest jednak znacząco utrudnione zarówno przez układ wysokościowy poszczególnych rurociągów, jak również problemy z właściwym ukształtowaniem kierunku strumieni przepływających ścieków. Kluczowym elementem warunkującym uzyskanie struktur pierścieniowych w sieciach kanalizacyjnych są studzienki umożliwiające połączenia krzyżujących się rurociągów. W dotychczasowej praktyce połączenia te wykonywane były w sposób bezpośredni – strumienie ścieków z obu łączonych rur krzyżowały się ze sobą. Zarówno z punktu widzenia hydraulicznego, jak i możliwości sterowania pracą sieci, rozwiązanie powyższe jest nieefektywne. Ze względu na zmienne w czasie natężenie strumieni przepływających ścieków w studzienkach tych pojawia się okresowo zjawisko spiętrzenia zwierciadła ścieków. Ponadto praktycznie nie ma w nich możliwości sterowania wielkością odpływu ścieków przez rury odpływowe. Wady te zostały wyeliminowane w proponowanej innowacyjnej studzience kanalizacyjnej.

 

Nagrody

  1. International Warsaw Invention Show IWIS 2019 – Gold Medal for Sewer Chamber (złoty medal)

 

 

 

 

 

 

  1. The World Exhibition on Inventions, Research and New Technologies “Eureka!” 2019, Walencja, Hiszpania – Gold Medal for Sewage Well (złoty medal)

 

Publikacje

Kowalski D., Iwanek M., Kowalska B., Suchorab P., Kwietniewski M., Duklewski W., Dziak S., Mierzwa A., Kępiński, K. (2020). Badanie funkcjonalności innowacyjnej studzienki przeznaczonej do grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych. Instal 6, str. 46-49. DOI 10.36119/15.2020.6.6

Kowalski D., Iwanek M., Kowalska B., Suchorab P., Mierzwa A., Kępiński, K. Sewage manhole for looped sewage networks (Studzienka kanalizacyjna do zastosowania w sieciach pierścieniowych). Materiały konferencyjne III Międzynarodowej Konferencji „Water Supply and Wastewater Disposal – designing, construction, operation and monitoring”, 23–25.10.2019 Lwów, Ukraina

 

Finansowanie

Rozwiązanie powstało w ramach realizacji projektu pt. „Przygotowanie założeń i wdrożenie Zintegrowanego Systemu Zarządzania Infrastrukturą Techniczną Przedsiębiorstwa” z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, Działanie 1.4 i 4.1, lata 2007-2013, którego beneficjentem był MPWiK „Wodociągi Puławskie” Sp. z o.o. w Puławach. Projekt współfinansowany był przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Dzięki programowi Inkubator Innowacyjności 2.0, współfinansowanemu przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Politechnikę Lubelską przeprowadzono prace przedwdrożeniowe, w tym zbudowano prototypy studzienki.

 

Opracowała: Małgorzata Iwanek, PZITS Oddział Lublin