Wody opadowe – wyzwanie na przyszłość

W ostatnich latach, coraz więcej jest medialnych doniesień o widocznych efektach zmian klimatycznych: długotrwałych suszach, gwałtownych burzach połączonych z intensywnymi opadami deszczu, co w konsekwencji prowadzi do podtopień i zalewania ulic terenów zurbanizowanych.

Tab. 1 i 2 przedstawiają zebrane dane klimatyczne dla wybranych miast w Polsce odnośnie opadów atmosferycznych. Analizując te liczby widzimy, że maksymalne wielkości opadów bywają o około 50% wyższe od wartości średnich wieloletnich. Największe opady występują w miesiącach wakacyjnych. Większość z nich, to intensywne deszcze nawalne, które na terenach zurbanizowanych powodują m.in. nasilanie się problemów z zagospodarowaniem spływów opadowych z powierzchni uszczel­nionych.

Przez wiele lat najczęściej stosowanym rozwiązaniem było jak najszybsze zebranie wód deszczowych z powierzchni dachów, ulic i chodników i odprowadzenie ich do wód powierzchniowych, z reguły bez oczyszczania. Podstawowym kryterium stosowanych rozwiązań było zapewnienie bezpieczeństwa funkcjonowania miasta, a aspekty ekologiczne nie były brane pod uwagę.

Gospodarowanie wodami opadowymi, to temat, który mieszkańców miast dotyka na różne sposoby. Obserwacje pieszych różnić się będą od poglądów kierowców, jeszcze inaczej na sprawę patrzą specjaliści: planiści, zarządcy i przedsiębiorstwa komunalne. Zastosowanie nawet najbardziej ekonomicznych rozwiązań w centrum miasta nie jest łatwe do zrealizowania. Konieczne działania wymagają rozplanowania na wiele lat. W siatce miejskiej należy dokonać wielu zmian, a każda z nich skutkuje dalszymi zmianami dla istniejących zabudowań, infrastruktury itp. Trzeba też wziąć pod uwagę nie tylko mieszkańców, ale i przedsiębiorców oraz turystów. Plany związane z przebudową niebiesko-zielonej infrastruktury zawsze muszą uwzględniać nie tylko budowę bądź modernizację sieci, ale przede wszystkim priorytety planistyczne miasta, wymagania związane transportem i inne.

Wzrost urbanizacji prowadzi do zwiększania powierzchni szczelnych, z których następuje spływ ścieków opadowych do systemów kanalizacyjnych, a następnie do odbiorników tych ścieków. Przy szczelnym pokryciu zlewni zostaje z niej odprowadzone ok. 60÷70% wód opadowych, w związku z czym do gruntu wsiąka zaledwie 30÷40% całości opadu (w warunkach naturalnych w granicach 95%).

Ścieki opadowe mogą zawierać wiele zanieczyszczeń, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych. Trafiają one do nich na etapie powstawania opadu w atmosferze, podczas spływu wód opadowych z powierzchni zlewni, wreszcie mogą być wypłukiwane z osadów zgromadzonych w przewodach kanalizacyjnych, którymi ścieki są transportowane.

Podstawowymi rodzajami zanieczyszczeń, jakie niosą ze sobą ścieki deszczowe, są:

• zanieczyszczenia grube, tj. piasek, żwir, zawiesiny;
• metale ciężkie;
• związki biogenne;
• substancje ropopochodne;
• nawozy naturalne i sztuczne, środki ochrony roślin.

Na ilość i stężenie zanieczyszczeń w spływach opadowych odprowadzanych z dróg, parkingów, placów do systemów kanalizacyjnych mają wpływ takie czynniki, jak: stopień zanieczyszczenia atmosfery, natężenie ruchu pojazdów, rodzaj nawierzchni dróg, parkingów oraz częstotliwość i sposób ich oczyszczania, sposób zwalczania gołoledzi, charakterystyka opadu (czas trwania, intensywność, długość przerwy pomiędzy opadami), pora roku.

Zwiększone występowanie opadów o dużej intensywności będzie silnie wpływać na miejskie systemy kanalizacyjne ogólnospławne transportujące wodę burzową i ścieki komunalne. Podczas intensywnych opadów deszczu przepustowość systemów kanalizacji łączonej zostanie przekroczona, co spowoduje odprowadzenie połączonych wód burzowych i nieoczyszczonych ścieków do odbiorników wodnych. Połączone przelewy kanalizacyjne mogą wprowadzać wysokie stężenia patogennych drobnoustrojów i innych zanieczyszczeń do odbiornika. Ogólnie rzecz biorąc, może to stanowić zagrożenie dla zdrowia publicznego w wyniku zanieczyszczenia źródeł wody pitnej i wody w kąpieliskach.

W tab. 3-5 przedstawiono podstawowe wskaźniki zanieczyszczenia ścieków deszczowych z ulic i dachów Częstochowy, takie jak: stężenie zawiesiny, BZT₅ i ChZT [2]. Wśród metod i technologii stosowanych w celu ograniczenia ilości zanieczyszczeń odprowadzanych do środowiska wodnego można wyróżnić:

• metody i technologie ograniczające przedostawanie się zanieczyszczeń do wód opadowych;
• metody i technologie podczyszczania wód opadowych;
• metody i technologie wspomagające te procesy.

Obiekty i urządzenia stosowane do podczyszczania ścieków deszczowych wykorzystują głównie procesy sedymentacji oraz flotacji. Dobór rozwiązania technicznego do podczyszczania ścieków deszczowych uzależniony jest od rodzaju odbiornika oraz stopnia wrażliwości i warunków przestrzennych zlewni.

Norweskie przepisy dotyczące oczyszczania ścieków są zharmonizowane z wymogami UE określonymi w dyrektywie dotyczącej ścieków komunalnych. Ścieki komunalne z miasta Oslo są odprowadzane do wewnętrznego Oslofjordu z dwóch oczyszczalni ścieków – Bekkelaget i Veas.

Ogólna zmiana wszystkich etapów oczyszczania, tak, aby umożliwić spełnienie rygorystycznych wymagań dotyczących zrzutów podczas zwiększonych napływów wód deszczowych jest bardzo kosztowna. Alternatywą dla tej strategii będzie wprowadzenie takiej konfiguracji procesu, którą łatwo można zmienić w trakcie zwiększonego natężenia przepływu. Podczas normalnego przepływu całkowita ilość ścieków podlega standardowemu schematowi oczyszczania. W momencie zaobserwowania zwiększonego przepływu, część dopływających ścieków trafia do osobnego procesu opartego o filtrację oraz chemiczne strącanie i sedymentację w wydzielonych reaktorach.

Chemiczne strącanie (koagulacja + flokulacja) ma dwa główne skutki dla ścieków:

• wytrącanie substancji rozpuszczalnych, głównie fosforu;
• koagulacja koloidów i małych cząstek powodująca usuwanie materii organicznej, fosforu, metali ciężkich, mikrozanieczyszczeń organicznych i parametrów higienicznych (np. E. Coli). Zwykle można oczekiwać ponad 90% usunięcia całkowitej zawiesiny i całkowitego fosforu.

Według doświadczeń norweskich, ok. 70% materii organicznej w nierozcieńczonych ściekach komunalnych jest koloidami i małymi cząstkami. W związku z tym można oczekiwać szybkości usuwania wynoszącej 70÷80% dla substancji organicznych w przypadku wytrącania chemicznego.

Podczas przepływów poniżej 7,0 m³/s ścieki wpływają do oczyszczalni Veas poprzez kraty i komory do usuwania piasku. W etapie obróbki chemicznej dodaje się sole żelaza (bądź glinu) i polimer. Cząstki są usuwane w głębokich (12 m) osadnikach. Następnie ścieki poddane obróbce chemicznej trafiają do reaktorów nitryfikacyjnych i wreszcie do reaktorów denitryfikacyjnych (rys. 1).

Podczas przepływów poniżej 7,0 m³/s osobna oczyszczalnia wód burzowych pozostaje w trybie czuwania. Oczyszczalnia wód opadowych składa się z dwóch ciągów przepływowych. Jeden ciąg z samą kratą i drugi z kratą i kompaktową oczyszczalnią chemiczną Actiflo. Gdy przepływ do oczyszczalni Veas przekracza 7,0 m³/s, automatycznie zostaje uruchomiona oczyszczalnia ścieków deszczowych. Wydajność układu przepływowego w oczyszczalni Actiflo wynosi 2,0 m³/s. Pojemność drugiego ciągu wynosi również 2,0 m³/s (rys. 2).

Stacja oczyszczania wody deszczowej w ramach oczyszczalni ścieków Veas została uruchomiona pod koniec 2008 r. Pierwszym pełnym rokiem operacyjnym był rok 2009. Wykres na rys. 3 przedstawia roczne przepływy do oczyszczalni ścieków Veas, zrzutów nieoczyszczonych ścieków deszczowych i roczne ilości oczyszczane w oczyszczalni ścieków Veas w latach 2008–2012.

Oczyszczalnia wód burzowych znacznie zmniejszyła roczną liczbę zrzutów nieoczyszczonych wód deszczowych z oczyszczalni Veas. Średnio, w latach 2006–2008, 5,9 mln m³ zostało zrzuconych przez 3 jazy przelewowe wody burzowej. W latach 2009–2012 średnia ta wynosi 1,3 mln m³, co stanowi spadek o 79%. W 2012 r. przepływ do oczyszczalni ścieków wynosił 5,61 mln m³, 4,22 mln m³ poddano obróbce w linii technologicznej Actiflo, a 1,39 mln m³ odprowadzono po kratach.

Jak widać w przytoczonym przykładzie, istnieją systemy umożliwiające skuteczne uporanie się ze zrzutami nieoczyszczonych ścieków deszczowych. Patrząc w przyszłość na stan środowiska i zanieczyszczenia dostające się do niego, kwestia zagospodarowania tego typu ścieków nie jest opcją a naszą powinnością wobec przyszłych pokoleń.

Literatura:

[1] Dane klimatyczne IMGW.

[2] Ewa Ociepa, Adam Ksiel, Joanna Lach, Zanieczyszczenia wód opadowych spływających do systemów kanalizacyjnych.

[3] Ragnar Storhaug, Increasing the capacity wastewater treatment plants in Oslo by process transitions during high flows.

mgr inż. Michał Strzałkowski

Kemipol Police Sp. z o.o.

źródło: Technologia Wody 6/2019