Predavanja vodoopskrba i odvodnja

Prof. dr. sc. Živko Vuković, dipl. ing. građ.

OPSKRBA VODOM I ODVODNJA I.

ZAGREB, siječanj 2015.

1

2

3

4

Ova blistava voda što teče brzacima i rijekama nije samo voda, već krv naših predaka. Ako vam prodamo zemlju, morate se sjetiti da je ova voda sveta, morate reći svojoj djeci da je sveta, da svaki odraz u blistavom jezeru kazuje događaje i uspomene iz života moga naroda. Žubor vode glas je oca moga oca. (Poglavica Seattlea, 1854)

1. OPSKRBA VODOM 1.1. UVOD

Opskrba vodom, vodoopskrba ili vodovod je sustav objekata i mjera za osiguranje potreba vodom raznih potrošača.

Među mnogim granama suvremene tehnike usmjerenih na povećanje životnog standarda, urbanizaciju naselja i razvoj industrije, vodoopskrba zauzima istaknuto mjesto. Opskrba stanovništva čistom (kvalitetnom) vodom ima prvenstveno veliku higijensku važnost, jer štiti ljude od raznih oboljenja koja se prenose vodom. 5

Osiguranjem i dovođenjem dovoljne količine vode u naseljeno mjesto omogućuje se podizanje općeg životnog standarda čovjeka i uređenje njegovog okoliša. Potrošnja vode utoliko je veća ukoliko je voda dostupnija. Da bi se zadovoljile današnje potrebe višemilijunskih gradova, potrebne su znatne količine vode, koje se dnevno mjere milijunima kubnih metara. Radi osiguranja potrebne količine vode, kao i visoke zdravstvene (sanitarne) kvalitete pitke vode, naročita pažnja se posvećuje izboru prirodnih izvorišta, njihovoj zaštiti od zagađenja, te eventualnoj potrebi poboljšanja kvalitete vode (kondicioniranja vode) na vodovodnim uređajima.

6

Danas je u svijetu zdrave i čiste vode sve manje, uglavnom zbog kontinuiranog zagađivanja. S druge strane, sve je veća potražnja i potrošnja novih količina vode, zbog povećanja broja stanovnika i kapaciteta industrije, poljoprivrede, energetike i dr. Za definiranje potrebnih količina vode neophodno je što potpunije uzimanje u obzir svih mogućih potrošača (pa i samih gubitaka vode iz vodoopskrbne mreže), koji vodu troše za najrazličitije potrebe. Međutim, pretežni se dio potrošnje vode može svesti na tri naredne kategorije: (1) potrošnja vode za kućanske potrebe (opskrbu stanovništva) (2) potrošnja vode za industrijske (tehnološke) potrebe (3) potrošnja vode za (3a) gašenje požara i (3b) vlastite potrebe vodovoda (1) Potrošnja vode za kućanske potrebe obuhvaća utrošak vode koja se koristi za podmirenje životnih potreba stanovništva: piće, pripremu hrane (kuhanje), proizvodnju namirnica, pranje rublja i posuđa, održavanje osobe higijene i stana, zalijevanje vrtova i sl., kao i potrošnju vode koja se koristi u komunalne svrhe: pranje ulica i dvorišta, polijevanje parkova i travnjaka te sitnu industriju, zanatstvo i javne ustanove. Potrošnja vode kod ove kategorije potrošača ovisi o nizu činilaca, od kojih su najutjecajniji: (a) klimatski uvjeti, (b) životni standard i mentalitet potrošača, (c) aktivnost stanovništva, (d) cijena vode, (e) postojanje kanalizacije, (f) kvaliteta i količina vode, (g) osobine vodoopskrbnog sustava i (h) mjerenje vode i gubici.

7

(2) Potrošnja vode za industrijske potrebe odnosi se na potrošnju vode u industrijskim pogonima (kao sirovina za izradu raznih proizvoda, proizvodnju i kondenzaciju vodene pare, hlađenje, ispiranje i sl.), za transport te u energetici, poljoprivredi itd. Udio industrije u ukupnoj potrošnji vode kod visoko razvijenih zemalja je dominantna i, općenito možemo reći, raste s razvojem zemlje, regije ili grada.

(3a) Potrošnja vode za gašenje požara sastoji se od požarnih količina vode koje se u svijetu tretiraju različito, manje ili više s velikim mjerama opreza zbog značaja ovog problema u pogledu zaštite ljudskih života i materijalnih dobara. (3b) Potrošnja vode za vlastite potrebe vodovoda odnosi se na potrošnju vode poduzeća koje upravlja vodovodom (vodoopskrbnim sustavom) i to za potrebe održavanja tehnološkog procesa kondicioniranja vode, kao i cjelokupnog sustava.

Svaka od navedenih kategorija potrošača ima posebne zahtjeve u pogledu vodenih količina, kvalitete i režima potrošnje, koje kod rješavanja vodoopskrbe treba detaljno razmotriti.

8

Tako npr. zahtjevi koji se postavljaju u smislu kvalitete vode ovise od karaktera njenog korištenja. Vodi koju stanovništvo troši za piće postavljaju se u prvom redu zahtjevi sanitarnog karaktera, jer takova voda mora biti neškodljiva za zdravlje, tj. ne smije sadržavati patogene mikroorganizme, mora biti bistra i bez okusa, boje i mirisa. Kod industrijskih poduzeća o količini i kvaliteti korištene vode, te organizaciji vodoopskrbe, u znatnoj mjeri ovisi kvaliteta i cijena proizvoda. Time pravilna organizacija opskrbe vodom industrijskih poduzeća ima i veliki ekonomski značaj. Pretežan dio ove kategorije potrošača (npr. termoelektrane, željezare, rafinerije nafte) obično ne postavljaju visoke zahtjeve u pogledu kvalitete vode. Za gašenje požara se može koristiti praktički voda bilo koje kvalitete. Sve ove činjenice ukazuju na osjetnu složenost rješavanja vodoopskrbe, odnosno njezin prioritet kao vodnogospodarske grane. 9

1.2. VODOOPSKRBNI SUSTAVI Vodoopskrbni sustav je sustav objekata i mjera povezanih u funkcionalnu cjelinu s osnovnim ciljem osiguranja dovoljne količine kvalitetne vode na što ekonomičniji način.

Vodoopskrbni sustav, slika 1.2::01, čine sljedeće glavne grupe objekata: (1) vodozahvati, kojima se voda zahvaća (kaptira) iz prirodnih izvorišta; (2) crpne stanice (pumpne stanice), kojima se voda crpi i potiskuje ili od izvorišta do mjesta kondicioniranja, spremanja, potrošnje i sl., ili između pojedinih objekata vodoopskrbnog sustava; (3) uređaji za kondicioniranje vode, kojima se postiže zahtijevana kvaliteta vode; (4) vodospreme (rezervoari), koje imaju ulogu regulacijskih i pospremnih objekata u sustavu vodoopskrbe; (5) glavna (magistralna) i razdjelna (distributivna) vodoopskrbna ili vodovodna mreža, s pratećim objektima, kojima se voda transportira između pojedinih objekata vodoopskrbnog sustava (glavna mreža) i distribuira potrošačima (razdjelna mreža). 10

Cjevovodi glavne mreže mogu biti dovodni (između izvorišta i uređaja za kondicioniranje vode ili između uređaja i vodospreme) i opskrbni (između vodospreme i naselja, odnosno distributivne mreže), te dovodno – opskrbni (za slučaj vodoopskrbnog sustava s protuvodospremom (kontrarezervoarom).

Slika 1.2::01 Definicijska shema vodoopskrbnog sustava 1 - vodozahvat; 2(a) – niskotlačna crpna stanica; 2(b) – visokotlačna crpna stanica; 3 - uređaj za kondicioniranje vode; 4 - sabirni bazen; 5(a) – glavni dovodni cjevovod; 5(b) – glavni opskrbni cjevovod; 6 – vodosprema; 7- razdjelna mreža; 8 – potrošači; 9 – linija hidrostatičkog tlaka; 10 – linija hidrodinamičkog ili pogonskog tlaka

11

Slika 1.2::01 je načelnog karaktera, tako da u konkretnom slučaju (ovisno o visinskom položaju vodozahvata, odnosno topografskim osobinama vodoopskrbnog područja) redoslijed objekata u sustavu može biti i drukčiji od prikazanog. Isti tako neki od navedenih objekata mogu izostati, kao npr. uređaj za kondicioniranje, ako izvorišna voda zadovoljava tražene standarde kvalitete, ili npr. vodosprema, kada se voda crpkama (nakon ili bez kondicioniranja) izravno crpi i potiskuje u razdjelnu mrežu. Ovi elementi reguliraju odnose u sustavu, koji su definirani tehničkim i ekonomskim razlozima pogona vodoopskrbnog sustava, i zajedno čine osnovnu shemu vodoopskrbnog sustava. Glavni činioci koji uvjetuju podjelu vodoopskrbnih sustava u pogledu dovođenja vode u vodoopskrbno područje jesu: (a) pogonske osobine sustava: (a1) gravitacijski, (a2) crpni ili potisni i (a3) kombinirani sustavi, (b) vrsta vodoopskrbe: (b1) sustavi s otvorenom vodoopskrbom ili sustavi s jednokratnim korištenjem vode i (b2) sustavi sa zatvorenom (cirkulacijskom) vodoopskrbom ili sustavi s višekratnim korištenjem vode. Podjelu na crpne i kombinirane sustave treba shvatiti dosta uvjetno, jer jedan sustav može u određenim uvjetima rada biti samo crpni, a u drugima kombinirani, dakle gravitacijsko – crpni. Zato je u praksi ponekad prikladno takve sustave analizirati zajedno. 12

1.2.1. VODOOPSKRBNI SUSTAVI PREMA POGONSKOM REŽIMU

1.2.1 – 1. Gravitacijski vodoopskrbni sustavi Kod gravitacijskih vodoopskrbnih sustava zbog djelovanja sile teže tečenje vode se primarno odvija pod tlakom, slika 1.2::02, ili kombinirano (pod tlakom i sa slobodnim vodnim licem). Dakle, tlačni režim je kod gravitacijskih vodoopskrbnih sustava najčešći i mora se iz funkcionalnih razloga osigurati kod glavnih opskrbnih i razdjelnih cjevovoda, dok kod glavnih dovodnih cjevovoda, ako topografske prilike omogućuju, tečenje može biti i sa slobodnim vodnim licem (mada iz zdravstvenih razloga, ako se radi o otvorenim kanalima, nije poželjno). Prednosti gravitacijskog sustava su pouzdanost u radu i minimalni pogonski troškovi (bez utroška električne energije). Kod prikaza sheme ovakvog sustava (što će važiti i za naredne), nije ucrtan uređaj za kondicioniranje vode, jer bi se zbog višestrukih mogućnosti njegovog smještaja broj prikaza vodoopskrbnih sustava samo multiplicirao, ali bez bitnih pogonskih razlika. Lokacija uređaja za kondicioniranje je diktirana topografskim prilikama i veličinom (kapacitetom) uređaja, a obavezna je prije rezervoara čiste vode.

13

Ovisno o visinskim odnosima u sustavu, slika 1.2::02(b), mogu se radi reguliranja tlačnih odnosa (ako bi tlak prelazio dopušteni) interpolirati prekidne komore, između vodozahvata i vodospreme, ili između vodospreme i potrošača. Tada se dobije sustav s više visinskih zona, tj. zonirani vodoopskrbni sustav. U gravitacijskom sustavu se može pojaviti i slučaj da su potrošači (naselje) između vodozahvata i vodospreme, slika 1.2::02(c). Tada se dobije sistem s protuvodospremom, gdje voda u vodospremu dotječe i iz vodospreme otječe istim cjevovodom. Kao što sa spomenute slike vidimo, i u ovome je slučaju moguć vodoopskrbni sustav bez prekidne komore, slika 1.2::02(c1), ili s prekidnom komorom, slika 1.2::02(c2).

14

Slika 1.2::02 Sheme gravitacijskih vodoopskrbnih sustava (a) tipični gravitacijski sustav; (b) zonirani gravitacijski sustav; (c) gravitacijski sustav s protuvodospremom 1 – vodozahvat; 2 – glavni dovodni cjevovod; 2(a) – glavni dovodno – opskrbni cjevovod; 3 – prekidna komora; 4 - vodosprema; 4(a) – protuvodosprema; 5 – glavni opskrbni cjevovod; 6 - razdjelna mreža; 7 – potrošači; 8 – linija hidrostatičkog tlaka; 9 – linija hidrodinamičkog tlaka; 9(a) – linija hidrodinamičkog tlaka u satu najmanje potrošnje; 9(b) – linija hidrodinamičkog tlaka u satu najveće potrošnje

15

1.2.1 – 2. Crpni vodoopskrbni sustavi Kod crpnog sustava, slika 1.2::03, voda se crpkama izravno (iz izvorišta) potiskuje potrošačima. Ovi se sustavi uglavnom primjenjuju za manja naselja, izuzetno rijetko za veća, prvenstveno zbog znatnih pogonskih troškova uvjetovanih gotovo neprekidnim radom crpki.

Slika 1.2:03 Shema crpnog ili potisnog sustava 1 – vodozahvat; 2 – crpna stanica; 3 – glavni opskrbni cjevovod; 4 - razdjelna mreža; 5 – potrošači; 6 - linija hidrodinamičkog tlaka u satu najmanje potrošnje; 7 – linija hidrodinamičkog tlaka u satu najveće potrošnje

16

1.2.1 – 2. Kombinirani vodoopskrbni sustavi Kod kombiniranih su sustava, slika 1.2::04, mogući različiti podsustavi, ali tečenje vode je uvijek pod tlakom.

Slika 1.2::04 Sheme kombiniranih vodoopskrbnih sustava (a) kombinirani sustav s vodotornjem; (b) kombinirani sustav s protuvodospremom; (c) zonirani kombinirani sustav; (d) kombinirani indirektni sustav; (e) zonirani kombinirani indirektni sustav; (f) kombinirani indirektni sustav s protuvodospremom 1 – vodozahvat; 2 – crpna stanica; 3 – glavni dovodni cjevovod; 3(a) glavni dovodno – opskrbni cjevovod; 4 – vodotoranj; 5 – vodosprema; 5(a) protuvodosprema; 6 – glavni opskrbni cjevovod; 7 – prekidna komora; 8 – razdjelna mreža; 9 – potrošači; 10 – linija hidrostatičkog tlaka; 11 – linija hidrodinamičkog tlaka; 11(a) – linija hidrodinamičkog tlaka u satu najmanje potrošnje; 11(b) linija hidrodinamičkog tlaka u satu najveće potrošnje

17

U praksi je česta kombinacija potisnog i gravitacijskog sustava s vodotornjem, slika 1.2::04(a), gdje sve vodne količine treba crpsti, pošto je vodozahvat na nižim kotama od naselja. Primarna funkcija vodotornja je izravnanje potrošnje u odnosu na odabrani režim rada crpne stanice. Ovo je pouzdanija shema u odnosu na prethodnu, jer se iz vodotornja može osigurati (kratkotrajna) vodoopskrba u slučaju kvara crpki. Osim toga, ovakav je sustav i jeftiniji od potisnoga, jer se zbog djelomičnog izravnanja potrošnje vode iz vodotornja smanjuje potrebni kapacitet crpne stanice i omogućava njezin ekonomičniji pogon u razdobljima jeftinije električne energije. Jedan od sustava je kombinacija potisnog i gravitacijskog sustava s protuvodospremom, slika 1.2::04(b). Dotok u naselje je moguć istovremeno s obje strane ili odvojeno, ovisno o varijacijama u potrošnji i režimu rada crpne stanice. Pogonske osobine ovoga sustava istovjetne su osobinama kombiniranog sustava s vodotornjem. U odnosu na prethodnu shemu vodoopskrbnog sustava moguće je u slučaju nepovoljnih visinskih odnosa zoniranje sustava s dvije ili više crpnih stanica i vodosprema, slika 1.2::04(c). U praksi se javlja i kombinirani indirektni vodoopskrbni sustav, slika 1.2::04(d), kod kojega je vodozahvat odvojen od potrošača prirodnom preprekom (viši teren) na kojoj je (u načelu) vodosprema. Potisni dio vodoopskrbnog sustava je dovod vode do vodospreme, dok je opskrba gravitacijska. Sukladno visinskim odnosima može se pojaviti potreba za interpolacijom crpnih stanica na potisnom dovodnom cjevovodu (višestupanjsko crpljenje) i prekidnih komora na opskrbnom cjevovodu (zoniranje), slika 1.2::04(e). U odnosu na ovaj vodoopskrbni sistem moguća je i kombinacija s protuvodospremom, slika 1.2::04(f). Prijedlog sheme vodoopskrbnog sistema je prvi korak u rješavanju vodoopskrbne problematike nekog područja. Konačan odabir treba provesti tek nakon svestrane analize svih činilaca, prvenstveno ekonomskih, koji mogu utjecati na usvojeno rješenje. 18

1.2.2. VODOOPSKRBNI SUSTAVI PREMA VRSTI VODOOPSKRBE

1.2.2 – 1. Vodoopskrbni sustavi s otvorenom vodoopskrbom Pod vodoopskrbnim sustavima s otvorenom vodoopskrbom, odnosno s jednokratnim korištenjem vode, podrazumijevamo sustave kod kojih voda namijenjena potrošačima ulazi samo jednom u sustav vodoopskrbe. To su svi prethodno analizirani vodoopskrbni sustavi, slike 1.2::01 do 1.2::04, čiji će funkcionalni elementi biti naknadno razmatrani. Primjena ovih sustava je češća kod vodoopskrbe stanovništva, dok se kod određenih vrsta industrije koriste i cirkulacijski sustavi.

19

1.2.2 – 2. Vodoopskrbni sustavi sa zatvorenom vodoopskrbom Kod sistema sa zatvorenom vodoopskrbom, slika 1.2::05, potrebe za vodom osiguravaju se cirkulacijom već korištene (reciklirane) vode, dok se ona iz vodozahvata koristi samo radi nadoknađivanja izgubljene vode u procesu cirkulacije.

Slika 1.2::05 Shema sustava sa zatvorenom vodoopskrbom 1 – vodozahvat; 2 - crpna stanica svježe vode; 3 – dovod svježe vode; 4 – crpna stanica za pročišćenu i svježu vodu; 5 – dovod pročišćene i svježe vode; 6 – industrijski pogon; 7 – odvod korištene vode; 8 – uređaj za pročišćavanje

20

Ovakvi se sustavi, kao što je istaknuto, češće primjenjuju u industriji nego u vodoopskrbi stanovništva, odnosno kod korištenja vode za kućanske potrebe. Naime, u slučaju vodoopskrbe stanovništva cirkulacijskim sistemima potrebno je već korištenu vodu prije njene ponovne distribucije potrošačima obavezno podvrći višestruko složenim i vrlo skupim procesima pročišćavanja, što u znatnoj mjeri sužava mogućnost široke primjene ovakvih vodoopskrbnih sustava. Osnovni razlozi primjene cirkulacijskih vodoopskrbnih sustava, prvenstveno u industrijske svrhe, jesu: (a) nedovoljna izdašnost izvorišta za neprekidnu opskrbu, (b) zahtjevi kvalitete vode koja cirkulira u proizvodnom procesu, (c) pogonske osobine vodoopskrbnog sustava. (a) Prvi se razlog odnosi na industrijske pogone koji koriste velike količine tehnološke vode, npr. u rashladne svrhe, a koje količine izdašnost prirodnih izvorišta (u svrhu kontinuirane vodoopskrbe) ne može osigurati. (b) Drugi se razlog odnosi na kvalitetu vode koja se ispušta iz tehnološkog procesa. Ako je kvaliteta korištene (otpadne) vode loša, a uvjeti ispuštanja (zakonska regulativa) strogi, tada se pokazuje ekonomski povoljnije djelomično pročišćavanje korištene vode i njezino vraćanje u tehnološki ciklus, nego pročišćavanje do zahtjevnih kriterija (standarda) i ispuštanje u prijemnik. To se posebno odnosi na slučajeve kada je iz korištene vode moguće dobiti odgovarajuće sekundarne sirovine i/ili kada tehnološki proces ne zahtijeva visoku kvalitetu vode.

21

(c) Treći se razlog odnosi na sisteme kod kojih se cjelokupne količine vode osiguravaju crpljenjem, što u slučaju velike udaljenosti vodozahvata i znatnih visinskih razlika, a s time i osjetnih pogonskih troškova, može uvjetovati opravdanost primjene cirkulacijskog sustava. Dakle, ponekad je čak ekonomski povoljnije pročišćavanje korištene vode, nego stalno crpljenje svježe vode iz udaljenijeg izvorišta. U svakom slučaju, odgovarajuće tehničko – ekonomske analize trebaju pokazati opravdanost primjene ovakvog sustava vodoopskrbe. 1.2.3. PROJEKTNO RAZDOBLJE Bitan parametar prilikom projektiranja vodoopskrbnih sustava je odabir projektnog razdoblja (projektnog perioda), kao razdoblja za koje projektiramo sustav i u kojemu će sustav uz ispravno upravljanje i potrebna redovita održavanja tehnički funkcionirati. Projektno razdoblje ovisi o nizu činilaca od kojih su najznačajniji: (a) vijek trajanja pojedinih objekta i/ili opreme vodoopskrbnog sustava (koji u načelu nisu istovjetni), (b) mogućnost eventualno potrebnog proširenja (faznost izgradnje) objekata vodoopskrbnog sustava, (c) ponašanje sustava u početnom razdoblju, kad nije potpuno iskorišten, (d) porast broja stanovnika i potrošnje, (e) kamate i otplata investicijskog duga, (f) promjena vrijednosti novca. Za praksu se mogu usvojiti orijentacijski podaci iz tablice 1.2::I. 22

VRSTA OBJEKATA

OSOBINE

PROJEKTNO RAZDOBLJE Rp [godina]

Glavni cjevovodi, tuneli i otvoreni kanali

Skupo i teško povećanje kapaciteta

25 do 50

Vodozahvati, crpne stanice, vodospreme, uređaji za kondicioniranje vode

Uz pretpostavku manjeg porasta stanovništva i manje kamate (≤ 3 [%] godišnje)

20 do 25

Vodoopskrbni cjevovodi profila preko 300 [mm]

Zamjena manjih cijevi je kroz dulja razdoblja skuplja

20 do 25

Tablica 1.2::I Projektna razdoblja za objekte vodoopskrbnog sustava

Dulja projektna razdoblja se ne preporučuju, jer se tada planski parametri vezuju za prognoze koje teško da se temelje na konkretnim i preciznim podacima.

23

1.3. POTROŠNJA VODE

Potrošnja vode je količina (utrošak) vode po pojedinim kategorijama potrošača, ili ukupno, izražena u vremenskoj jedinici.

Dakle, analiza potrošnje vode odnosi se na definiranje potrebnih količina vode pojedinih kategorija potrošača, tj.: (1) za kućanske potrebe (opskrba stanovništva), (2) za industrijske (tehnološke) potrebe, (3) za (3a) gašenje požara i (3b) vlastite potrebe vodovoda. Zato će se u nastavku prikazati metodologija proračuna potrošnje vode za sve tri kategorije potrošača.

24

1.3.1. POTROŠNJA VODE ZA KUĆANSKE POTREBE

Kao osnovni podaci kod određivanja potrošnje vode za kućanske potrebe koriste se: (1) norma potrošnje vode izražena specifičnom potrošnjom vode, (2) broj stanovnika.

(1) Specifičnu potrošnju vode, qsp [l stanovnik-1 d-1], definiramo kao utrošak vode po jednom stanovniku u jednim danu (24 [h]). Ta se količina vode sastoji od utroška za najrazličitije potrebe i ovisi o stupnju sanitarno – tehničke opremljenosti stanova, kvaliteti i cijeni vode, uređenju naselja, postojanju kanalizacije, klimatskim prilikama i sl. Specifična potrošnja vode je osnovna ulazna veličina za funkcionalno dimenzioniranje vodoopskrbnog sustava. O pravilnosti njenog određivanja ovisi i to hoće li projektirani vodovod tokom svog projektnog razdoblje zadovoljiti tražene potrebe. Određuje se prvenstveno na osnovi iskustva u eksploataciji postojećih vodovoda. U većini zemalja se regulira zakonskim propisima u skladu s veličinom naselja (grada). Kako kod nas takvi propisi ne postoje, u praksi se koriste strane preporuke, kao npr. ruske, prema kojima je u tablici 1.3::I prikazana specifična potrošnja vode ovisno o karakteru opreme zgrade sanitarno – tehničkim uređajima. Ove vrijednosti treba, dakako, shvatiti orijentacijski, jer su u konkretnim slučajevima moguća znatna odstupanja.

25

Karakter opreme zgrade sanitarno - tehničkim uređajima

Specifična potrošnja qsp [l stanovnik-1 d-1]

Naselja sa zgradama koje nisu opremljene vodovodima i kanalizacijom

30 do 50

Naselja sa zgradama opremljenim vodovodom i kanalizacijom bez kupaonice Naselja sa zgradama opremljenim kanalizacijom i kupaonicom

unutarnjim vodovodom,

Naselja sa zgradama opremljenim unutarnjim vodovodom, kanalizacijom i sistemom centralne opskrbe toplom vodom

125 do 150 150 do 230 250 do 400

Tablica 1.3::I Specifična potrošnja vode

Navedimo da su u literaturi dosta često specifičnom potrošnjom vode obuhvaćeni utrošci vode i za ostale kategorije potrošača. Međutim, takvo poimanje specifične potrošnje vode je više stvar metodološkog pristupa nego nekih bitnih koncepcijskih razlika. Jedino je bitno da se kod određivanja specifične potrošnje vode jasno istakne je li u njoj sadržana samo potrošnja vode za stanovništvo ili su obuhvaćeni utrošci vode i za ostale kategorije potrošača, ponajprije industrije (poljoprivrede).

26

(2) Broj stanovnika vodoopskrbnog područja ovisi o lokalnim i općim socijalno – ekonomskim faktorima, te vremenski nije stalan. Kao što je istaknuto, projektiranje vodoopskrbnog sustava se provodi za neko projektno razdoblje koje obično iznosi 20 do 25 (50) godina i gdje se najčešće pretpostavlja prirast stanovništva. Dakle, problem se svodi na definiranje broja stanovnika vodoopskrbnog područja za usvojeno projektno razdoblje, odnosno za konačnu fazu razvoja. Do ovoga se podatka prvenstveno dolazi iz prostornog plana, a u slučaju da on ne postoji, ili se u pogledu prognoze broja stanovnika ocijeni nerealnim, primjenjuje se neki od postupaka prognoziranja broja stanovnika. Tako npr. pretpostavljajući geometrijski prirast, broj stanovnika, Nk, na kraju projektnog razdoblja definiran je izrazom:

(1.3-01) gdje su: No - sadašnji broj stanovnika, [stanovnik], p – godišnji postotak prirasta, [%]. Ovaj parametar ovisi o veličina naselja, razvijenosti privrede (prvenstveno industrije i turizma), migracijskim kretanjima i sl., Rp – projektno razdoblje, [godina].

27

Na osnovi podataka o specifičnoj potrošnji vode, qsp, i broju stanovnika, Nk, moguće je odrediti srednju dnevnu potrošnju vode, Qsr [l d-1], primjenom izraza: (1.3-02) i srednju satnu potrošnju vode, qsr [l h-1], pomoću izraza: (1.3-03)

Međutim, očito je da za hidrauličko dimenzioniranje pojedinih objekata vodoopskrbnog sustava (kapacitet vodozahvata i crpki, volumen rezervoara, kapacitet uređaja za kondicioniranje vode, dimenzije glavnih i razdjelnih cjevovoda) treba poznavati i režim potrošnje vode. Ova veličina ovisi o nizu činilaca povezanih s režimom života i djelatnošću ljudi. Radi toga varira potrošnja vode, tj. oscilira (na više ili manje) od ranije iznijetih srednjih vrijednosti, slika 1.3::01.

28

Slika 1.3::01 Varijacija potrošnje vode tokom dana 1 – manje naselje; 2 – veći grad bez industrije; 3 – veći grad s industrijom

Ta je činjenica izraženija ukoliko se razdoblje smanjuje s npr. godine ili mjeseca na dan ili sat i ukoliko je manje naselje, odnosno manji broj stanovnika. Tako se u manjim naseljima (uglavnom prigradskog i seoskog karaktera) znatno manje vode troši noću negoli danju, a i u samome je danu veća potrošnje u jutarnjim, popodnevnim i kasnim poslijepodnevnim satima negoli u ranim dopodnevnim i ranim poslijepodnevnim satima. Nasuprot tome, u velikim je gradovima ta oscilacija manja, ne samo danju, nego i u komparaciji s noćnom potrošnjom vode.

29

Količinu vode koja se godišnje troši u danima najveće potrošnje nazivamo najveća (maksimalna) dnevna potrošnja vode, Qmax [l d-1]. Dana je izrazom: (1.3-04) gdje je Kd [1] koeficijent neravnomjernosti najveće dnevne potrošnje. Iskustvene vrijednosti ovog koeficijenta prikazane u tablici 1.3::II u funkciji veličine naselja, odnosno broja stanovnika. Količinu vode koja se troši u satu najveće potrošnje nazivamo najveća (maksimalna) satna potrošnja vode, qmax [l h-1]. Dobije se prema izrazu: (1.3-05)

gdje je Kh [1] koeficijent neravnomjernosti najveće satne potrošnje, tablica 1.3::II.

30

Koeficijent neravnomjernosti Veličina naselja (potrošača)

Kd [1]

Kh [1]

Ljetovališta i toplice

1.6 do 1.7

2.5

Sela i manja naselja

1.5 do 1.6

2.0

Gradovi ispod 25 000 stanovnika

1.4 do 1.3

1.6

Gradovi od 25 000 do 50 000 stanovnika

1.3 do 1.4

1.4

Gradovi od 50 000 do 100 000 stanovnika

1.3

1.3

Gradovi preko 100 000 stanovnika

1.2

1.2

Tablica 1.3::II Vrijednosti koeficijenata neravnomjernosti najveće dnevne i najveće satne potrošnje vode Fedorov (1968) je analizirajući varijacije satne i dnevne potrošnje vode došao do empirijskog izraza kojime definira ukupni (dnevni i satni) koeficijent neravnomjernosti potrošnje, K [1], kao:

(1.3-06) gdje je srednja dnevna potrošnja vode, Qsr, izražena u [l s-1]. Vidljivo je da vrijednost koeficijenta, K, opada povećanjem potrošnje, i obrnuto, što je sukladno i s trendom vrijednosti koeficijenata Kd i Kh iz tablice 1.3::II. 31

1.3.2. POTROŠNJA VODE ZA INDUSTRIJSKE POTREBE

Kod određivanja potrošnje vode za industrijske potrebe samo iz literature treba biti veoma obazriv, jer potrošnja vode po jedinici proizvoda znatno varira i često je vrlo različita čak i u analognim poduzećima, budući da ovisi od tipa primijenjene opreme, sheme tehnološkog procesa i lokalnih uvjeta. Zato se potrošnja vode u industriji najbolje određuje anketom kod proizvodnih tehnologa, dakle, na licu mjesta (posebno od slučaja do slučaja), respektirajući konkretne zahtjeve, jer razlike u odnosu na uobičajene prosječne vrijednosti mogu biti višestruke. Također se često količine vode potrebne za industriju moraju računati za pojedine grupe poduzeća koja postavljaju različite zahtjeve u smislu kvalitete vode. Zato je (pogotovo ako se radi o velikim količinama) ekonomski neprihvatljivo i vodu za industrijsku potrošnju kondicionirati do zahtijevanih standarda za pitku vodu, ako taj stupanj kvalitete nije potreban. Za ilustraciju potrošnje vode u tehnološke svrhe navest će se podatak iz literature da npr. tvornica crne metalurgije na 1 [kg] gotovog proizvoda prosječno troši 150 do 165 [l] vode, tvornica papira na 1 [kg] finog papira prosječno troši 700 do 1000 [l] vode, a tvornica automobila potroši za proizvodnju jednog automobila oko 150 000 [l] vode.

32

1.3.3. POTROŠNJA VODE ZA GAŠENJE POŽARA I ZA VLASTITE POTREBE VODOVODA 1.3.3 - 1. Potrošnja vode za gašenje požara Načelo određivanja potrebne količine vode za gašenje požara bitno se razlikuje od načela normiranja prethodno analiziranih potrošnji vode. Kod suvremenih sustava za gašenje požara predviđa se njegovo gašenje (a) vanjskom hidrantskom mrežom i (b) unutarnjom hidrantskom mrežom. Zahtjevi za hidrantske mreže za gašenje požara i slučajevi u kojima se za zaštitu od požara obvezatno primjenjuje hidrantska mreža propisano je Pravilnikom o hidrantskoj mreži za gašenje požara (NN 8/06). Ovime se Pravilnikom, između ostaloga, propisuju tri temeljna parametra za gašenje požara hidrantskom mrežom: (1) potrebna količina vode (protok) za gašenje požara, koja je u funkciji specifičnog požarnog opterećenja, (2) najmanji tlak kod potrebne požarne količine vode, (3) najmanje trajanje za koje je potrebno osigurati propisani protok i tlak.

33

Specifično požarno opterećenje, Psp [J m-2], je izraženo toplinom koja se može razviti u nekoj elementarnoj jedinici – prostoriji (npr. sobi, hali, skladištu), svedeno na 1 [m2] tlocrtne površine te prostorije. Određuje se sukladno HRN U. J1. 030, ovisno o karakteristikama gorivih materijala od kojih je izvedena i opremljena građevina, te materijala za koje je građevina namjenski izgrađena. Potrebna količina vode za gašenje požara hidrantskom mrežom mora se osigurati neovisno o drugim potrošačima koji se opskrbljuju vodom iz istog izvora (vodospreme). (a) Vanjska hidrantska mreža za gašenje požara izvodi se izvan građevine i/ili prostora koji se štiti, a završava (a1) nadzemnim ili (a2) podzemnim hidrantom. Za zaštitu građevine i/ili prostora vanjskom hidrantskom mrežom za gašenje požara potrebno je osigurati najmanje protok, ovisno o (i) specifičnom požarnom opterećenju i (ii) tlocrtnoj površini objekta koji se štiti, čije su vrijednosti prikazane u tablici 1.3::III, a u trajanju od najmanje 2 [h]. Najmanji protok, [l s-1], ovisno o tlocrtnoj površini objekta, [m2], koji se štiti

Specifično požarno opterećenje [MJ m-2]

≤ 100

101 do 300

301 do 500

501 do 1 000

1 001 do 3 000

3 001 do 5 000

5 001 do 10 000

≤ 200

10

10

10

10

10

10

10

15

≤ 500

10

10

10

10

15

20

20

25

≤ 1 000

10

10

10

15

20

20

25

30

≤ 2 000

10

10

15

20

25

30

35

*

> 2 000

10

15

20

30

30

35

*

*

› 10 000

Legenda:*- potrebno proračunati protok za svaki pojedini objekt

Tablica 1.3::III Potrebna količina vode za gašenje požara vanjskom hidrantskom mrežom

34

Za propisani minimalni protok i trajanje, najmanji tlak na izlazu iz bilo kojeg nadzemnog ili podzemnog hidranta ne smije biti manji od 2.5 [bara]. Pri navedenom tlaku i trajanju, za zaštitu naseljenih mjesta vanjskom hidrantskom mrežom za gašenje požara, potrebno je osigurati protok od najmanje 10 [l s-1]. (b) Unutarnja hidrantska mreža za gašenje požara izvodi se u objektu koji se štiti, a završava (b1) bubnjem s namotanim cijevima stalnog presjeka i mlaznicom ili (b2) vatrogasnom cijevi sa spojnicama i mlaznicom. Na najnepovoljnijem mjestu svakog požarnog sektora unutarnja hidrantska mreža za gašenje požara mora imati najmanje protok, ovisno o specifičnom požarnom opterećenju, prema tablici 1.3::IV, a u trajanju od minimum 1 [h]. Specifično požarno opterećenje [MJ m-2]

≤ 300

≤ 400

≤ 500

≤ 600

≤ 700

≤ 800

≤ 1 000

≤ 2 000

Najmanji protok mlaznicom [l min-1]

25

30

40

50

60

100

150

300

> 2 000

450

Tablica 1.3::IV Potrebne količine vode za gašenje požara unutarnjom hidrantskom mrežom Najmanji tlak na mlaznici kod propisanog minimalnog protoka i trajanja, također kao i kod vanjske hidrantske mreže, ne smije biti manji od 2.5 [bara].

35

1.3.3 – 2. Potrošnja vode za vlastite potrebe vodovoda Ova se potrošnja odnosi na količinu vode koje svaki vodoopskrbni sustav troši na pranje (ispiranje) i izvedbu (rekonstrukciju) vodovodnih objekata. U praksi ne postoje normativi koji propisuju ove količine, već se one određuju sukladno primijenjenoj tehnologiji kondicioniranja vode i osobinama vodoopskrbnih sustava ili se koriste iskustva sa sličnih sustava. Orijentacijski, ova potrošnja iznosi 5 do 10 [%] srednje dnevne potrošnje, Qsr.

36

1.3.4. PROJEKTNE KOLIČINE VODE

Prilikom hidrauličkog dimenzioniranja vodoopskrbnih objekata razmatraju se sljedeće količine vode: (1) najveća dnevna potrošnja, Qmax, za hidrauličko dimenzioniranje: (a) vodozahvata, (b) crpnih stanica (za sve vodoopskrbne sustave osim potisnih), (c) uređaja za kondicioniranje vode, (d) vodosprema, (e) glavnih dovodnih cjevovoda koji povezuju ove objekte. (2) najveća satna potrošnja, qmax, za hidrauličko dimenzioniranje: (a) crpnih stanica (kod potisnih sustava), (b) glavnih opskrbnih cjevovoda, (c) glavnih dovodno – opskrbnih cjevovoda, (d) razdjelnih mreža. 37

1.4. IZVORIŠTA Izvorište je lokacijski definiran dio prostora s kojega se mogu dobiti određene količine vode namijenjene vodoopskrbi.

U načelu, izbor izvorišta je jedan od najsloženijih i najodgovornijih zadataka kod rješavanja vodoopskrbe, budući da on u velikoj mjeri određuje karakter vodoopskrbnog sustava, a time i njegove investicijske i pogonske troškove. Svako izvorište treba osigurati: (a) potrebne količine kvalitetne vode, uzimajući u obzir porast broja stanovnika, odnosno porast potrošnje vode, (b) neprekidnost vodoopskrbe, (c) sanitarno – higijensku sigurnost kvalitete vode, (d) što manje investicijske i pogonske troškove dobave vode, (e) uklapanje u vodno gospodarenje šireg područja. Osnovni pokazatelji vrijednosti izvorišta su kvaliteta i količina vode.

38

Po prirodi porijekla vode, uobičajena je podjela izvorišta na: (1) atmosferska izvorišta, (2) površinska izvorišta, (3) podzemna izvorišta.

(1) Porijeklo vode atmosferskih izvorišta je od oborina, u prvom redu kiše, a u nekim slučajevima i snijega. U načelu, atmosferska se izvorišta koriste u nedostatku drugih izvorišta, uglavnom za manja naselja. (2) U površinska izvorišta ubrajamo: (a) rijeke, (b) jezera (prirodne akumulacije), umjetne akumulacije i kanale, (c) mora (oceane).

39

U osnovi, prve dvije skupine ove vrste izvorišta (rijeke, jezera, umjetne akumulacije i kanale) karakteriziraju izražene oscilacije kvalitete vode koja izravno ovisi o jačini oborina (kiše i snijega), površinskom onečišćenju koje oborine slijevanjem ponesu sa sobom te količini otpadnih voda naselja i industrijskih pogona koje se mogu upuštati u pojedino površinsko izvorište. Uz ove opće osobine površinskih izvorišta postoje i neke posebne. Tako je karakteristično svojstvo riječne vode njena relativno visoka mutnoća (naročito u vrijeme velikih voda), veliki sadržaj organskih tvari i bakterija, a često je prisutna i obojenost. Vode jezera, umjetnih akumulacija i kanala imaju u pravilu nizak sadržaj lebdećih čestica, dakle nisku mutnoću, izuzev priobalnih zona gdje se u određenim meteorološkim prilikama (vjetar) mutnoća pojavljuje kao posljedica valovanja. Jezera mogu biti vrlo kvalitetna izvorišta, naročito ako su planinskog porijekla. Morska voda se zbog sadržaja znatnih količina mineralnih soli može u nekondicioniranom obliku jedino koristiti u tehnološkim procesima (npr. za hlađenje), za rekreacijske potrebe ili za gašenje požara. U slučaju korištenja morske vode za opskrbu stanovništva potrebno ju je podvrći vrlo skupim procesima kondicioniranja (desalinizaciji). 40

Prema tome, očito je da vodu dobivenu iz površinskih izvorišta treba (u pravilu) prije njezine distribucije potrošačima podvrći kondicioniranju, tako da su pored investicijskih prisutni i relativno visoki pogonski troškovi. (3) U podzemna izvorišta ubrajamo: (a) podzemne vode sa slobodnim vodnim licem, (b) podzemne vode pod tlakom (arteške i subarteške vode), (c) izvorske vode. Podzemna izvorišta se općenito za vodoopskrbu smatraju najprikladnijim, tako da ih je zbog sljedećih razloga potrebno preferirati: (i)

vodonosi su slojevi najčešće površinski zaštićeni debljim slojem od izravnih onečišćenja,

(ii) (načelno) izdašne količine podzemnih voda su vrlo često prirodno filtrirane (bezbojne i bez mutnoće), tj. kvaliteta vode (fizikalno – kemijska i mikrobiološka svojstva) je daleko bolja u odnosu na površinske vode, tako da obično ne zahtijevaju višestruke i skupe faze kondicioniranja, (iii) podzemne vode često izbijaju na površinu, zbog čega zahvatne građevine nisu skupe, (iv) lokacija nalazišta podzemnih voda je najčešće povoljna (visinski i po udaljenosti) spram potrošača, tako da se voda uglavnom transportira bez većih pogonskih troškova.

41

Jedino su u pogledu kvalitete problematične podzemne vode kraških izvora u slučaju kada one predstavljaju izlaz ponornica, koje su u stvari površinska (lažna podzemna) voda. Neovisno o kojoj se vrsti izvorišta radi, potrebno je kod njegovog konačnog odabira u svrhu vodoopskrbe prikupiti opsežne geološke, hidrogeološke i geomehaničke podloge, kako bi se raspolagalo s bitnim podacima o iskoristivosti i uvjetima izgradnje vodozahvatnog objekta određenog izvorišta. Kod analize izvorišta svakako treba spomenuti i problem koji je danas, zbog stalnog povećanja onečišćenja, sve prisutniji, a to je problem zaštite izvorišta. Zaštita izvorišta ostvaruje se organiziranjem zona zdravstvene zaštite izvorišta na slivnim područjima. Te zone predstavljaju posebno izdvojene prostore koji obuhvaćaju izvorište i dio slivnog područja koje ga napaja. Na takvom je prostoru propisan zdravstveni režim koji garantira zaštitu izvorišta od onečišćenja (zagađenja) i održavanje potrebne kvalitete vode. Zato svaka projektna dokumentacija koja se odnosi na izvorište mora u skladu sa zakonskom regulativom kao sastavni dio sadržavati i projekt zaštite izvorišta – Elaborat zona sanitarne zaštite, čija je izrada propisana Pravilnikom o uvjetima za utvrđivanje zona sanitarne zaštite izvorišta (NN 66/11 i 47/13).

42

1.5. VODOZAHVATI

Vodozahvati su građevine kojima se zahvaća vode iz izvorišta i odvodi prema potrošačima. Vrsta vodozahvata ovisi o karakteru izvorišta, tako da razlikujemo: (1) vodozahvate atmosferskih izvorišta, (2) vodozahvate površinskih izvorišta, (3) vodozahvate podzemnih izvorišta.

1.5.1. VODOZAHVATI ATMOSFERSKIH IZVORIŠTA Primjena ovih vodozahvata je najčešća na krškim terenima i primjerena za manja naselja. Osnovu vodozahvata atmosferskih izvorišta čini zahvatna građevina čija je površina obrađena da prihvati i usmjeri pale oborine prema jednoj točki, slika 1.5::01.

43

Slika 1.5::01 Vodozahvat atmosferskih izvorišta (a) zahvatna građevina; (b) cisterna 1 – sabirna površina; 2 – odvod sakupljene vode; 3 – muljni ispust; 4 – ograda; 5 – obodni kanal; 6 – sabirna komora (vodosprema); 7 – dovod sakupljene vode; 8 – zahvatna komora; 9 – pješčani filtar

44

Izraz čatrnja ili gustirna upotrebljava se kao sinonim za vodozahvat koji se sastoji od zahvatne građevine (sabirne površine) i cisterne za vodu. Cisternom se rješava varijacija u potrošnji vode u odnosu na prispjelu količinu palih oborina. Funkcionalne dimenzije ovih građevina načelno se određuju pomoću računa vjerojatnosti za najdužu sušu i najmanje godišnje oborine u projektnom razdoblju (15 do 30 [godina]). No, u praksi se pristup pojednostavljuje pretpostavljajući da najdulja suša traje m [d] (obično m = 90 [d]), a podatak o najmanjoj godišnjoj visini oborina, Hg,min [mm], za usvojeno projektno razdoblje dobije se obradom podataka s najbliže kišomjerne stanice. Ako je Nk [stanovnik] broj stanovnika na kraju projektnog razdoblja, qsp [l stanovnik-1 d-1] specifična potrošnja vode i c [1] koeficijent otjecanja sa sabirne površine, onda je njezina minimalno potrebna veličina, Ap [m2], definirana izrazom: (1.5-01)

Volumen cisterne, Vc [m3], treba biti dostatan za cjelokupnu potrošnju u vrijeme suše, tj. m [d], tako da je definiran izrazom: (1.5-02)

45

Sabirne površine i cisterne izvode se od vodonepropusnog betona. Također je potrebno sabirnu površinu zaštiti ogradom visine barem 1.5 [m], a cisternu zatvoriti (iz zdravstvenih razloga) i ugraditi pješčani filtar ispred zahvatne komore (radi dobivanja filtrirane vode). Kod cisterne se izvodi i termička izolacija koja se uglavnom postiže nasipavanjem sloja zemlje debljine cca 0.5 [m].

1.5.2. VODOZAHVATI POVRŠINSKIH IZVORIŠTA Vodozahvate površinskih izvorišta možemo klasificirati na: (1) vodozahvate na rijekama (u prirodnom ili u reguliranom stanju), (2) vodozahvate na (2a) jezerima (prirodnim akumulacijama), (2b) umjetnim akumulacijama i (2c) kanalima, (3) vodozahvate na morima. Pored ovih postoje i vodozahvati površinskih izvorišta koji se u samoj tehnici zahvaćanja vode vrlo malo razlikuju od navedenih, ali sadrže određene specifičnosti, kao npr.: (i)

vodozahvati na planinskim potocima, koji su kao izvorišta u pravilu nezagađeni i predstavljaju idealna rješenja za opskrbu vodom. Nedostatak im je što su često vrlo udaljeni od potrošača,

(ii) vodozahvati na plitkim riječnim tokovima.

46

1.5.2 – 1. Vodozahvati na rijekama Kod projektiranja riječnih vodozahvata potrebno je da uz prethodno navedene opće značajke: (i)

položaj vodozahvata osigurava ravnomjerno optjecanje vode oko samog objekta,

(ii) suženje korita rijeke uvjetovano prisustvom vodozahvata bude minimalno, kako ne bi dolazilo do deformacija riječnog korita, (iii) vodozahvat bude smješten uzvodno od mjesta upuštanja otpadnih voda u vodotok, (iv) vodozahvat bude izveden na mjestu u riječnom koritu na kojemu se ne primjećuje intenzivno taloženje riječnog nanosa i ne dešava rušenje obale (kao rezultat odronjavanja ili klizanja), (v) vodozahvat ne bude lociran na mjestu gdje se formira ili nagomilava led, (vi) vodozahvat na plovnim rijekama bude smješten izvan plovnog puta. Prema tome, pravilan izbor riječnog vodozahvata moguć je jedino na osnovi detaljne analize spomenutih značajki i njihovom kompleksnom sagledavanju. Danas ne postoji sasvim određena i opće prihvaćena klasifikacija vodozahvata na rijekama. Razlog tome leži u činjenici što postoje značajne specifičnosti projektiranih i izvedenih riječnih vodozahvata. Međutim, generalno se ipak mogu nazrijeti četiri osnovne vrste riječnih vodozahvata:

47

(1) fiksni priobalni vodozahvati, (2) vodozahvati u riječnom koritu, (3) plovni vodozahvati, (4) pokretni priobalni vodozahvati. U praksi su najčešći slučajevi prve dvije vrste vodozahvata. (1) Fiksni piobalni vodozahvati, slika 1.5::02, lociraju se na obalnom pokosu i zahvaćaju vodu neposredno iz riječnog korita. Crpke, pomoću kojih se voda transportira do uređaja za kondicioniranje vode, mogu biti smještene u posebnoj zgradi crpne stanice, kao što je prikazano na slici 1.5::02(a), ili u samom vodozahvatu, slika 1.5::02(b), (c), i (d).

48

Slika 1.5::02 Sheme fiksnih priobalnih vodozahvata (a) sa crpkama u posebnoj zgradi; (b), (c) i (d) sa crpkama u vodozahvatu 1 – zahvatna komora; 2 – ulazni otvori s rešetkama; 3 – mreža; 4 – pregrada; 5 – usisna cijev; 6 – crpni spremnik; 7 – crpka; 8 – zgrada crpne stanice; 9 – potisni cjevovod; NV – niski vodostaj; VV – visoki vodostaj; Hst,us – usisna statička visina dizanja

Osnovni dio ove vrste vodozahvata je zahvatna komora, obično armiranobetnoska, čiji prednji zid zalazi neposredno u riječno korito. U zahvatnu komoru voda ulazi kroz otvore s rešetkama, smještenim u prednjem zidu, i zahvaća crpljenjem kroz usisnu cijev. Rešetke se ugrađuju radi sprečavanja ulaska u zahvatnu komoru relativno krupnijih predmeta koje pronosi rijeka. 49

Time se istovremeno obavlja i prethodno grubo mehaničko čišćenje vode. Također, radi zadržavanja nečistoća koja se nalazi u vodi (npr. planktoni, vodno bilje), odnosno zbog zaštite usisnih cijevi i crpnih agregata, u pregradi koja dijeli zahvatnu komoru od crpnog spremnika (crpnog bazena) dodatno se ugrađuju mreže. Fiksni priobalni vodozahvati s crpkama u samom vodozahvatu, slika 1.5::02 (b), (c), i (d), primjenjuju se u slučaju povoljnih geomehaničkih prilika. Zgrada crpne stanice može biti prislonjena uz vodozahvat, slika 1.5::02(b), ili s njima konstrukcijski činiti cjelinu, slika 1.5::02(c) i (d). Da bi se osigurala neprekidna opskrba vodom potrebne su barem dvije zahvatne komore s po dva crpna bazena sa crpkama. Kod rješenja vodozahvata prikazanih na slici 1.5::02(c) i (d) potrebno je za smještaj crpki izvesti vodonepropusne komore. Primjena vertikalnih (centrifigalnih) crpki, slika 1.5::02(d), omogućuje znatno smanjenje volumena objekta. (2) Vodozahvati u riječnom koritu, slika 1.5::03, karakterizirani su lociranjem zahvatne građevine (vodozahvatne glave) u riječnom koritu. Ova vrsta vodozahvata najčešće se primjenjuje kod relativno blago nagnutih obala, gdje se potrebne dubine za zahvaćanje vode nalaze na većoj udaljenosti od obale.

50

Slika 1.5::03 Shema vodozahvata u riječnom koritu (a) vodozahvat; (b) detalj vodozahvatne betonske glave 1 – vodozahvatna glava; 2 – gravitacijski tlačni cjevovod; 3 – sabirna komora; 4 – usisna cijev; 5 – crpni spremnik; 6 – crpna stanica; 7 – potisni cjevovod; 8 – rešetka; 9 – ulazni difuzor (difuzor = ulazni, prorupčani ili rešetkom opremljeni dio cjevovoda)

U koritu rijeke, na odabranom mjestu zahvaćanja vode, izvodi se vodozahvatna glava na koju se (do sabirne komore) nastavlja gravitacijski tlačni cjevovod. Cjelokupna konstrukcija i oprema vodozahvata ove vrste je u biti istovjetna fiksnom priobalnom vodozahvatu sa slike 1.5::02, s razlikom što voda ne ulazi kroz otvore nego gravitacijskim cjevovodom. Radi neprekidnosti vodoopskrbe potrebna su barem dva gravitacijska cjevovoda s po dvije crpke.

51

U određenim uvjetima (obalni profil, amplitude vodnih razina) moguće je kod visokih vodostaja vodu zahvaćati i kroz otvore predviđene u prednjem zidu sabirne komore, slika 1.5::04, dakle, kao i kod fiksnog priobalnog vodozahvata.

Slika 1.5::04 Shema kombiniranog vodozahvata u riječnom koritu (a) vodozahvat; (b) detalj armiranobetonske vodozahvatne glave 1 – vodozahvatna glava; 2 – gravitacijski tlačni cjevovod; 3 – sabirna komora; 4 – usisna cijev; 5 – crpni spremnik; 6 – ulazni otvor s rešetkom; 7 – rešetka; 8 – ulazni difuzor

(3) Plovni vodozahvati, slika 1.5::05, su zapravo plovne crpne stanice koje se sastoje od crpki postavljenih na baržu ili ponton, tako da se visinski položaj crpki mijenja s oscilacijama vodostaja, pri čemu usisna visina ostaje stalna, dok se potisna visina mijenja promjenom vodostaja (niži vodostaj – veća potisna visina, i obrnuto). Ove vodozahvate treba uz načelu smjestiti u riječnim zaljevima gdje su eliminirana moguća oštećenja vodozahvata prouzrokovana udarom leda ili balvana koje pronosi voda. 52

Slika 1.5::05 Shema plovnog vodozahvata 1 – usisna cijev; 2 – crpna stanica; 3 – barža ili ponton; 4 – elastični potisni cjevovod

Radi zadržavanja plovne crpne stanice na jednom mjestu potrebno je njeno osiguranje sidrima. (4) Pokretni priobalni vodozahvati su u biti crpne stanice tipa uspinjače, slika 1.5::06. Crpke su smještene na kolicima ili vagonu koji se u granicama promjene vodostaja kreću po kolosijeku položenom okomito na riječni tok. Voda se zahvaća crpkama iz rijeke kroz krajeve usisnih cijevi zaštićenih sitima. Uzduž kolosijeka se polaže fiksni potisni cjevovod s vertikalnim odvojcima na koje se priključuje elastični potisni cjevovod. Pri potiskivanju vode u jedan od odvojaka, ostali su zatvoreni. 53

Slika 1.5::06 Shema pokretnog priobalnog vodozahvata 1 – pokretna crpna stanica; 2 – vitlo; 3 – usisna cijev; 4 – fiksni potisni cjevovod; 5 – vertikalni odvojci; 6 – elastični potisni cjevovod; 7 – kolosijek

Vrijeme zadržavanja vagona ili kolica na jednom mjestu vertikalne pozicije istovjetno je trajanju pripadnog vodostaja. 1.5.2 – 2. Vodozahvati na jezerima, umjetnim akumulacijama i kanalima Kod zahvaćanja vode iz jezera, umjetnih akumulacija i kanala (voda stajaćica) mogu se u načelu koristiti vodozahvati većine vrsta opisanih prethodno. Određene posebnosti su uvjetovane spoznajama da kod ovih vodozahvata treba izbjegavati njihovo lociranje na mjestima (zonama):

54

(i)

naglih promjena obalnih pokosa,

(ii) nepovoljnih geomehaničkih uvjeta, (iii) intenzivnog taloženja nanosa, (iv) pojave leda, (v) skupljanja naplavina i akvatičnog bilja, (vi) izraženijih temperaturnih oscilacija vode, (vii) onečišćenja (zagađenja) vodnog bazena otpadnim vodama, u kom slučaju treba pažljivo analizirati strujanja vodnih masa koja nastaju u bazenima i izazivaju nepovoljno premještanje onečišćenja koje dospijeva u vodu. Dakle, vodozahvat se nastoji smjestiti tamo gdje je moguće dobiti najčistiju (najkvalitetniju) vodu. Općenito, voda u jezerima, umjetnim akumulacijama i kanalima je u odnosu na riječnu vodu karakterizirana manjom mutnoćom, ali zato često puta izraženijom bojom i mirisom (kao posljedica biljnog i životinjskog svijeta). (1) Vodozahvati na jezerima se u odnosu na riječne vodozahvate uglavnom razlikuju po rješenju zahvatne građevine. Za zahvaćanje manjih vodoopskrbnih količina je na slici 1.5::07(a) prikazana vodozahvatna glava izvedena od čeličnih ili plastičnih cijevi, zaštićena rešetkom i izdignuta od dna 5 do 6 [m].

55

Kod zahvaćanja većih količina vode moguće je kao zahvatnu građevinu koristiti vodozahvatni toranj, slika 1.5::07(b), gdje su ulazni otvori za vodu postavljeni na nekoliko visina kako bi se u svako doba godine mogla zahvaćati najkvalitetnija voda. Ovakva vrsta zahvatne građevine koristi se i kod akumulacija. (2) Vodozahvati na akumulacijama također mogu biti zasnovani na nekoliko načela zahvaćanja vode, od kojih su najčešći prikazani na slici 1.5::07(b) i (c). Ovaj potonji princip zahvaćanja vode odnosi se na slučaj kada je zahvatna građevina izvedena u sklopu betonske pregrade (brane). (3) Vodozahvati na kanalima su po konstrukcijskim osobinama većinom analogni s riječnim vodozahvatima. Zahvatne građevine su najčešće obalnog tipa, slika 1.5::07(d1), ili smještene na dnu kanala, slika 1.5::07(d2).

56

Slika 1.5::07 Shema zahvatnih građevina (a) na jezeru; (b) na jezeru i akumulaciji; (c) na akumulaciji; (d) na kanalu 1 – gravitacijski tlačni ili usisni cjevovod; 2 – ulazni otvori s rešetkama; 3 – rešetka; 4 – ulazni difuzor NV – niski vodostaj; SV – srednji vodostaj; VV – visoki vodostaj 57

1.5.2 – 3. Vodozahvati na morima Prilikom izbora načina zahvaćanja morske vode neophodno je sagledati specifičnosti morskog priobalja: (i)

utjecaj djelovanja morskih valova, morskih struja i promjena morskih razina,

(ii) geološke i geomehaničke prilike priobalnog pojasa i eventualni donos nanosa, (iii) prisustvo akvatične flore i faune u morskoj vodi (obraštanje), (iv) korozivno djelovanje morske vode. Zahvat morske vode može biti smješten na: (a) otvorenoj obali, (b) prirodno zaštićenom zaljevu, (c) unutar (lučkog) akvatorija zaštićenog građevinom tipa lukobran ili valobran. U pogledu sigurnosti konstrukcije vodozahvata (dinamičko djelovanje morskih valova i struja), najveće pogodnosti pruža smještaj morskih vodozahvata u akvatoriju. Međutim, ako se radi o lučkom akvatoriju, to su u pravilu i zone najveće koncentracije zagađenja, što može biti eliminatornim u smislu korištenja takve lokacije za vodoopskrbu. Bez obzira koja se vrsta i mjesto morskog vodozahvata odabire, dobro poznavanje tehnologije izvođenja pomorskih radova i ponašanja objekta u uvjetima eksploatacije (s obzirom na specifični karakter morske sredine), ostaju temeljni parametri uspješnog zahvaćanja morske vode.

58

1.5.3. VODOZAHVATI PODZEMNIH IZVORIŠTA

Vrsta građevine za zahvaćanje podzemne vode prvenstveno ovisi o dubini njenog rasprostiranja, dubini toka podzemne vode i njegovoj izdašnosti. Sukladno ovim pokazateljima, vodozahvati podzemnih izvorišta se mogu svrstati u tri skupine: (1) horizontalni vodozahvati, (2) vertikalni vodozahvati: (2a) kopani, (2b) bušeni i (2c) zabijeni zdenci, (3) građevine za kaptažu izvora.

1.5.3 – 1. Horizontalni vodozahvati Ova vrsta vodozahvata, slika 1.5::08, se koriste kada je podzemna voda sa slobodnim vodnim licem relativno plitko (5 do 7 [m] ispod površine terena ) i s manjom dubinom toka.

59

Slika 1.5::08 Definicijska shema horizontalnog vodozahvata 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – horizontalni vodozahvat; 6 – sabirni zdenac; 7 – razina vode u sabirnom zdencu; 8 – usisna cijev; 9 – crpka; 10 – potisni cjevovod; 11 – smjer strujanja podzemne vode

Horizonatlni vodozahvati se prvenstveno izvode kao drenažne cijevi i vodozahvatne galerije, položene u donjoj zoni vodonosnog sloja (obično neposredno na podinu) i najčešće okomito na smjer strujanja podzemne vode. U cijevi i galerije voda dotječe gravitacijski i otječe sa slobodnim vodnim licem u sabirni zdenac, odakle se dalje potiskuje crpkama. Oko drenažnih cijevi i vodozahvatnih galerija ugrađuje se pješčano – šljunčani filtar. Njegova je zadaća da spriječi unošenje (u cijevi i galerije) čvrstih čestica iz vodonosnog sloja.

60

Konstrukcije horizontalnih vodozahvata možemo klasificirati na: (1) rovovske vodozahvate, (2) cijevne vodozahvate, (3) vodozahvatne galerije ili galerijske vodozahvate. (1) Rovovski vodozahvati, slika 1.5::09(a), su horizontalni vodozahvati s kamenom (tucaničkom) ispunom, filtarskim pješčano – šljunčanim zasipom i nepropusnim glinenim slojem (ekranom), koji ima funkciju zaštite vodozahvata od onečišćenja s površine terena. (2) Cijevni vodozahvati, slika 1.5::09(b), se najčešće izvode od keramičkih, betonskih, armiranobetonskih ili plastičnih cijevi, prorupčanih na gornjoj polovini. Cijevi su kružnog ili jajolikog profila, s filtarskim pješčano – šljunčanim zasipom i glinenim ekranom. (3) Vodozahvatne galerije se obično izvode od betona i armiranog betona. Služe za zahvaćanje relativno većih količina vode. Uglavnom su prohodne, kružnog ili jajolikog profila. Stoga su minimalne dimenzije jajolikih profila, B/H = 700/1 600 [mm], a kružnih, D = 1 000 [mm]. Na slici 1.5::09 (c) prikazan je poprečni presjek prohodne, jajolike, armiranobetonske galerije s bočnim otvorima u stjenkama. U visini otvora je izveden filtarsko – šljunčani zasip, a po po potrebi se ugrađuje i nepropusni glineni ekran.

61

Slika 1.5::09 Sheme horizontalnog vodozahvata (a) rovovski vodozahvat; (b) cijevni vodozahvat; (c) vodozahvatna galerija 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – kamena (tucanička) ispuna; 5 – prorupčana cijev; 6 – galerija; 7 – bočni otvori; 8 – šljunčani zasip; 9 – pješčani zasip; 10 – nepropusni glineni sloj; 11 – materijal od iskopa

Proračun dotoka u horizontalne vodozahvate (galerije) položene na vodoravnom vodonepropusnom sloju, odnosno u donjoj zoni toka podzemne vode sa slobodnim vodnim licem, slika 1.5::10, zasniva se na Dupuitovoj postavci i analizi ustaljenog strujanja kada je količina crpljenja u ravnoteži s dotokom.

62

Slika 1.5::10 Strujanje podzemne vode prema galeriji 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – depresijska ploha (dinamička razina podzemne vode)

Tada je dotok, Q [m3 s-1], u horizontalnu galeriju pravokutnog poprečnog profila za slučaj njenog dvoranskog prihranjivanja dan izrazom:

(1.5-03) a za slučaj jednostranog prihranjivanja izrazom:

(1.5-04)

63

gdje su: k - koeficijent procjeđivanja, [m s-1], Lg - duljina galerije, [m], Ho - dubina (toka) podzemne vode, [m], ho - dubina vode u galerijskom vodozahvatu, [m], Bo - širina utjecaja galerije, [m]. 1.5.3 – 2. Vertikalni vodozahvati Ovi se vodozahvati izvode kao: (1) kopani zdenci, (2) bušeni zdenci, (3) zabijeni zdenci. Za javne je vodovode najraširenija primjena bušenih zdenaca, a u nekim slučajevima i kopanih zdenaca. Zato će se ovdje analizirati ove dvije skupine zdenaca. Zabijeni zdenci su primjereni za individualnu vodoopskrbu.

64

(1) Kopani zdenci se obično koriste radi dobivanja podzemne vode sa slobodnim vodnim licem koja se nalazi na dubinama do 20 (iznimno do 40) [m]. Samo u rijetkim slučajevima ovi se zdenci koriste za dobivanje arteških i subarteških voda pod manjim tlakom. Kopani zdenci se pretežno izvode kao nepotpuni, tako da je dotok kroz dno i kroz otvore u stjenkama zdenca, slika 1.5::11.

Slika 1.5::11 Shema nepotpunog kopanog zdenca 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – dinamička razina podzemne vode; 6 – nož; 7 – pješčano–šljunčani filtar; 8 – popločenje; 9 – glinena brtva; 10 - otvori 65

Unutarnji promjer zdenca, D [m], uglavnom ne prelazi 3 do 4 [m], dok dubina vode u zdencu, ho [m], treba (radi njenog zahvaćanja) iznositi najmanje 1 (bolje 2) [m]. Kod manjih dubina toka podzemne vode izvode se i potpuni zdenci. Ako izdašnost jednog zdenca ne zadovoljava, umjesto povećanja njegovoga promjera povećava se broj zdenaca, dakle, izvodi se grupa zdenaca. Tada se zdenci obično raspoređuju uzduž linije okomito na smjer strujanja podzemne vode, slika 4.5::11, i međusobno spajaju: (i)

sifonskim cjevovodom (ako je do razine vode u zdencu najviše 7 [m]),

(ii) gravitacijskim tlačnim cjevovodom (za slučaj arteških i subarteških voda), (iii) potisnim cjevovodom (posredstvom podvodnih crpki, ako je do razine vode u zdencu više nego što je usisna visina sifonskog cjevovoda). Promjer dovodnog cjevovoda se idući prema sabirnom zdencu sukcesivno povećava. Radi samočišćenja profila, sifonski se cjevovodi polažu s neznatnim usponom prema sabirnom zdencu, a gravitacijski i potisni s neznatnim padom. Zahvaćanje prispjele vode ostvaruje se u pravilu iz sabirnog zdenca, koji se često koristi i kao objekt u kojemu su smještene crpke za daljnje potiskivanje vode, slika 1.5::12. Pri tome položaj sabirnog zdenca i crpne stanice može biti rubno (na kraju grupe zdenaca), slika 1.5::12(A) ili centralno, slika 1.5::12(B).

66

Slika 1.5::12 Situacijska shema spojenih kopanih zdenaca (A) rubni položaj sabirnog zdenca i crpne stanice; (B) središnji položaj sabirnog zdenca i crpne stanice (a) spajanje zdenaca pomoću sifonskih ili gravitacijskih tlačnih cjevovoda (b) spajanje zdenaca pomoću potisnih cjevovoda (posredstvom podvodnih crpki) (a1), (b1) sa crpkom u sabirnom zdencu; (a2), (b2) sa zasebnom crpnom stanicom 1 – kopani zdenac; 2 – kopani zdenac s podvodnom crpkom; 3 – sabirni zdenac; 4 – sabirni zdenac sa crpkom; 5 – zasebna crpna stanica; 6 – sifonski ili gravitacijski tlačni cjevovod; 7 – dovodni potisni cjevovod; 8 – usisna cijev; 9 – odvodni potisni cjevovod 67

Kopani zdenci se mogu izvoditi: (a) na licu mjesta, (b) montažno. (a) Izvedba kopanih zdenaca na licu mjesta je primjerena ako podzemna voda nije duboko, ako kod iskopa nema obrušavanja materijala i u slučaju većih promjera zdenaca. Nakon iskopa zidanje se vrši mjesnim materijalom (lomljenim kamenom ili opekom), u gornjem dijelu u mortu, a u donjem dijelu, koji prima vodu, u suho, slika 1.5::13(a). Kopani zdenci se na licu mjesta mogu izvoditi i od kalupnog betona i armiranog betona. (b) Izvedba kopanih zdenaca montažno predstavlja suvremeni način gradnje ovih zdenaca. Sastoji se u spuštanju gotovih (montažnih) betonskih ili armiranobetonskih prstenova, najčešće postupkom potkopavanja,

Slika 1.5::13 Izvedba kopanih zdenaca (a) na licu mjesta; (b) montažno 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – zidanje u suho; 5 – zidanje u mortu; 6 – betonski prsten; 7 – nož 68

Ovaj se postupak sastoji u tome da se na mjestu izvedbe zdenca postavi prvi (najdonji) prsten, koji na donjem obodu ima izveden lijevanoželjezni, čelični ili armiranobetonski nož, čija je funkcija lakše prodiranje prstenova u tlo. Zatim se zdenac po cijelom unutarnjem obodu lagano i ravnomjerno potkopava tako da postavljeni prsten polagano tone uslijed vlastite težine. Kada prvi prsten bude potpuno utisnut u tlo, nad njim se postavlja sljedeći i postupak se ponavlja sve dok se ne postigne projektirana dubina. Ako prilikom izvedbe kopanog zdenca sile trenja nadvladaju opterećenje vlastitom težinom prstenova, postavlja se dodatno opterećenje (npr. vrećama cementa, čeličnim profilima i sl.) U prstenovima koji su u zoni toka podzemne vode izvode se otvori za ulazak vode u zdenac. Duljina prstenova je obično 1 [m]. Razlozi postavljanja filtra i glinene brtve istovjetni su onima kod horizontalnih vodozahvata. (2) Bušeni zdenci se primjenjuju za dobivanje podzemne vode na većim dubinama rasprostiranja njezinog toka, od desetak do nekoliko stotina metara, i njegove veće dubine (debljine). Ova se vrsta zdenaca može koristiti za dobivanje podzemnih voda sa slobodnim vodnim licem i pod tlakom (arteških i subarteških voda). U oba slučaja zdenci mogu biti izvedeni kao potpuni i nepotpuni.

69

Prednosti bušenih zdenaca pred ostalim zahvatima podzemnih voda su između ostalog: (i)

(praktički) neograničena dubina zahvaćanja vode,

(ii) neovisnost o geološkom sastavu tla, (iii) dobivanje relativno većih količina vode uz maksimalnu pogonsku sigurnost, (iv) besprijekornost u sanitarnom pogledu zbog vrlo male mogućnosti vanjskog onečišćenja vode, (v) ekonomičnost. Bušeni zdenci se izvode bušenjem u tlu vertikalnih cilindričnih bušotina zaštićenih (najčešće) čeličnim cijevima koje automatski formiraju zdenac. Promjer bušenih zdenaca je reda veličine 0.3 do 1.0 [m]. Osnovni dijelovi bušenog zdenca, slika 1.5::14, jesu: (a) glava zdenca, (b) tijelo zdenca, (c) filtar.

70

Slika 1.5::14 Osnovni dijelovi bušenog zdenca 1 – glava; 2 – tijelo; 3 – filtar 71

(a) Glava zdenca u konstrukcijskom pogledu predstavlja vezu ušća bušotine s tijelom zdenca pri izlazu na površinu tla. Njena je temeljna zadaća zaštita zdenca od prodiranja površinskih onečišćenja u zdenac. U širem smislu pod glavom zdenca podrazumijevamo i ostale elemente koji služe za mjerenje i kontrolu (razine vode, tlaka, temperature, uzimanje uzoraka) te za odvod vode (potisne cijevi, fasonski komadi, crpni agregati). (b) Tijelo zdenca se sastoji od jednog ili više koncentričnih nizova cijevi, čija je glavna zadaća da omoguće dovod vode na površinu terena. Dodatno, tijelo zdenca pruža efikasnu zaštitu protiv obrušavanja stijenki bušotine, štiti usisnu cijev i kućište podvodne crpke te sprječava gubitak vode u druge (suhe) slojeve na njenom putu do površine. (c) Filtar je dio zdenca koji ima zadaću da prihvati podzemnu vodu iz vodonosnog sloja i istovremeno onemogući unošenje čvrstih čestica tla u zdenac. To je najvažniji i najosjetljiviji dio zdenca o kojemu bitno ovisi izdašnost (kapacitet) i pogonska trajnost zdenca. U konstrukcijskom pogledu filtre možemo podijeliti na: ▪ mrežaste filtre, koji se sastoje od prorupčane cijevi omotane specijalnim mesinganim, bakrenim, (nehrđajućim) čeličnim ili plastičnim mrežama. Perforacije su kružne, ovalne ili četvrtaste, a gustoća mreže je u funkciji dominantnog promjera čvrstih čestica vodonosnog sloja, ▪ prorupčane filtre, koji se sastoje od prorupčanih čeličnih cijevi. Ovisno o konstrukciji prorupčanja postoji više vrsta ovih filtara, ▪ šljunčane filtre, koji se sastoje od prorupčane cijevi oko koje je postavljen šljunčani omotač odgovarajuće granulacije, izveden u jednom ili više slojeva. Odnos srednjeg promjera zrna šljunka i materijala vodonosnog sloja treba iznositi 5 do 10. Ovaj se odnos primjenjuje i za susjedne slojeve šljunčanog omotača, čija debljina ne smije biti manja od 50 [mm].

72

Prilikom odabira konstrukcije filtra treba voditi računa da hidraulički otpor filtra bude što manji. Načini izvedbe bušenih zdenaca, slika 1.5::15, ponajviše ovise o dubini rasprostiranja podzemne vode, karakteru geoloških slojeva kroz koje prolazi bušotina i od potrebne dubine zdenca.

Slika 1.5::15 Shema izvedbe bušenih zdenaca (a) s jednom zaštitnom cijevi; (b) s nizom zaštitnih cijevi (a1) nakon spuštanja zaštitne i radne cijevi; (a2) nakon ugradnje filtra i izvlačenja radne cijevi (b1) nakon spuštanja niza zaštitnih cijevi; (b2) nakon ugradnje filtra i odsijecanja zaštitnih cijevi 1 – površina terena; 2 – statička razina podzemne vode; 3 – zaštitna cijev; 4 – radna cijev; 5 – filtar; 6 – brtva; 7 – vodonepropusni sloj 73

U slučaju manjih dubina (40 do 50 [m]), koriste se relativno jednostavne konstrukcije poput one na slici 1.5::15(a), gdje se cilindrična bušotina učvršćuje čeličnom zaštitnom cijevi. Ta se cijev približno spušta do gornje granice toka podzemne vode. Nakon toga se u bušotinu spušta radna cijev manjeg promjera, koja seže do donje granice vodonosnog sloja i donekle se utiskuje u vodonepropusni sloj. Zatim se spušta jedan od tipova filtra, manjeg promjera od radne cijevi. Poslije ugradnje filtra uklanja se iz bušotine radna cijev, a prstenasti prostor između filtra i zaštitne cijevi brtvi se s pomoću ugrađenih brtvi. Pri većim dubinama rasprostiranja podzemne vode, uslijed povećanja otpora pobijanju zaštitnih cijevi, koristi se niz zaštitnih cijevi s postupno sve manjim promjerom, slika 1.5::15(b). Nakon što se s cijevi promjera D1 [mm] dosegne najveća moguća dubina h1 [m], spušta se u bušotinu cijev najbližeg manjeg promjera D2 na dubinu h2, koja trpi otpor zemljišta samo na visini h2 - h1. Ako potrebna dubina nije dosegnuta drugom cijevi, nastavlja se trećom cijevi još manjeg promjera D3, itd. Na kraju, na donjem dijelu posljednje cijevi postavlja se filtar, a cijev se povlači prema gore na visinu koja odgovara visini filtra. Preostale zaštitne cijevi, izuzev vanjske, odsijecaju se iznutra sjekačem cijevi, a prstenasti prostor između susjednih cijevi se brtvi. Pojedinačna visina zaštitnih cijevi ovisi o načinu bušenja i sastavu tla, tako da pri udarnom bušenju iznosi 20 do 25 [m], a pri rotacijskom bušenju i do 500 [m]. Prilikom zahvaćanje većih količina vode izvodi se grupa zdenaca i objedinjuje u jedinstveni sustav vodozahvatnih objekata, međusobnog rasporeda kao što je za slučaj kopanih zdenaca prikazano na slici 1.5::12. Naravno, raspored zdenaca se može razlikovati od prikazanog. Načini spajanja bušenih zdenaca su također istovjetni načinima spajanja kopanih zdenaca.

74

Proračun dotoka u pojedinačne vertikalne vodozahvate (zdence) ovisi o osnovnim slučajevima strujanja podzemne vode prema zdencima, a koji se razlikuju prema: (I) vrsti strujanja: (Ia) zdenci u strujanju sa slobodnim vodnim licem (obični zdenci), (Ib) zdenci u strujanju pod tlakom (arteški ili subarteški zdenci). (II) dubini prorupčanog dijela zdenca: (IIa) potpuni zdenci, (IIb) nepotpuni zdenci. ▪ Dotok prema običnom zdencu promatra se kao dotok prema (a) potpunom običnom zdencu i prema

(b) nepotpunom običnom zdencu, slika 1.5::16.

75

Slika 1.5::16 Strujanje podzemne vode prema običnom zdencu (a) potpuni zdenac; (b) nepotpuni zdenac 1 – površina terena; 2 – vodonosni sloj; 3 – vodonepropusni sloj; 4 – statička razina podzemne vode; 5 – depresijska ploha

(a) Dotok, Qpo [m3 s-1], prema potpunom običnom zdencu, slika 1.5::16(a), dobiven je pod analognim pretpostavkama (Dupuit) kao i dotok u galeriju. Dan je izrazom:

(1.5-05) gdje su: Ro – radijus utjecaja zdenca, [m], ro – unutarnji radijus zdenca, [m]. 76

(b) Dotok, Qno [m3 s-1], prema nepotpunom običnom zdencu, slika 1.5::16(b), ne može biti dobiven na temelju Dupuitove postavke, jer postoji strujanje i s izrazitim vertikalnim komponentama brzine, koje nije zanemarivo. Radi toga je izvod formula za dotok prema ovome tipu zdenca vrlo složen (može se npr. upotrijebiti teorija potencijalnog strujanja), tako da se za praktične potrebe koristi gotovim formulama kao npr. formulom Girinskog: (1.5-06)

gdje je so [m] sniženje razine podzemne vode u zdencu. Formula vrijedi ako je ho < Ho/3. također se promatra kao dotok prema (a) potpunom arteškom ili subarteškom zdencu i prema (b) nepotpunom arteškom ili subarteškom zdencu, slike 1.5::17.

▪ Dotok

vode

prema

arteškom

ili

subarteškom

zdencu

77

Slika 1.5::17 Strujanje podzemne vode prema arteškom ili subarteškom zdencu (a) potpuni zdenci; (b) nepotpuni zdenac (a1) i (b1) arteški zdenac; (a2) i (b2) subarteški zdenac 1 – površina terena; 2 – vodonepropusni krovinski sloj; 3 – vodonosni sloj; 4 – vodonepropusni sloj; 5 – statička razina podzemne vode; 6 – depresijska ploha 78

Naime, sa slike 1.5::17 je očito da je za hidraulički proračun arteškog ili subarteškog zdenca sasvim nevažno da li je razina podzemne vode u zdencu iznad površine terena (arteški zdenac) ili unutar visine krovinskog vodonepropusnog sloja (subarteški zdneac). Zato će se naredne analize odnositi na oba ova tipa zdenaca. (a) Dotok, Qpas [m3 s-1], prema potpunom arteškom, slika 1.5::17(a1), ili potpunom subarteškom zdencu, slika 1.5::17(a2), analogno kao i kod potpunog običnog zdenca, dan je izrazom: (1.5-07)

gdje je M [m] debljina sloja podzemne vode pod tlakom, a Ho [m] označava visinu koja odgovara tlaku podzemne vode u vodonosnom sloju. (b) Dotok, Qnas [m3 s-1], prema nepotpunom arteškom, slika 1.5::17(b1), ili nepotpunom subarteškom zdencu, slika 1.5::17(b2), također ne može biti dobiven na temelju Dupuitove postavke, tako da se za proračun takovog zdenca može koristiti npr. formula Babuškina:

(1.5-08) gdje je a [m] dubina uronjenja prorupčanog dijela zdenca u vodonosnom sloju. Formula vrijedi ako je a < M/3.

79

▪▪▪ Naglasimo da svi prethodni izrazi vrijede za proračun dotoka samo prema jednom zdencu, pri čemu je kod zdenaca pod tlakom sniženje razine podzemne vode linearno proporcionalno s dotokom, dok je kod zdenaca u strujanju sa slobodnim vodnim licem ta veza nelinearna. Ova je činjenica bitna za proračun dotoka prema grupi zdenaca, jer se u slučaju linearne ovisnosti dotoka i sniženja može primijeniti načelo superpozicije na kojemu se onda dalje izvode formule za dotok prema zdencima. Međutim, kod nelinearne ovisnosti proračun dotoka prema grupi zdenaca je osjetno složeniji.

80

1.5.3 – 3. Građevine za kaptažu izvora Izvori predstavljaju prirodno izlaženje podzemnih voda na površinu terena. Zbog (u pravilu) visoke zdravstvene kvalitete izvorske vode, kao i relativno jednostavnog načina njenog zahvaćanja, nastoji se uvijek za vodoopskrbu, ako je ikako moguće, koristiti izvorsku vodu. Najopćenitije, postoje dvije vrste izvora: (1) uzlazni izvori, (2) silazni izvori. (1) Uzlazni izvori se formiraju probijanjem u površinske slojeve tla podzemnih voda pod tlakom, a kao rezultat narušavanja čvrstoće vodonepropusnih krovinskih slojeva. (2) Silazni izvori nastaju kao rezultat isklinjavanja na površinu tla vodonosnih slojeva koji leže na vodonepropusnoj podlozi i sadrže vodu bez tlaka. Građevine za zahvaćanje izvorske vode nazivaju se kaptaže, a proces sakupljanja izvorske vode naziva se kaptiranje izvora.

81

Ove građevine se različito izvode, ovisno o vrsti izvora. (a) Kaptiranje uzlaznih izvora, slika 1.5::18(a), se provodi kaptažnom građevinom u vidu vodne komore (vodospreme) koja se izvodi nad mjestom najjačeg izviranja vode. Ako voda izvire kroz ispucali stjenski površinski sloj, tada taj sloj treba očistiti i u slučaju iznošenja čvrstih čestica ugraditi filtar. Filtar treba izvesti i ako voda izvire kroz površinski pjeskovito–šljunčani sloj.

Slika 1.5::18 Sheme kaptiranja (a) uzlaznog izvora; (b) silaznog izvora 1 – vodna komora; 2 – zasunska komora; 3 – filtar; 4 – kosa krila; 5 – ventilacijska cijev; 6 – normalna (radna) razina vode; 7 – najviša dozvoljena razina vode; 8 – odvodni cjevovod; 9 – preljevna cijev; 10 – ispusno–preljevna cijev; 11 - otvori; 12 – površina terena; 13 – nepropusni glineni sloj 82

(b) Kaptiranje silaznih izvora također se ostvaruje posredstvom vodne komore smještene na mjestu najjačeg izviranja vode. U većini slučajeva, radi što potpunijeg zahvaćanja vode, izvode se građevine u obliku brana ili uspornih zidova, okomito na osnovni smjer strujanja podzemne vode. Na slici 1.5::18(b) prikazan je primjer kaptažne građevine za zahvaćanje vode silaznih izvora. Voda ulazi u vodnu komoru kroz otvore u prednjem zidu, zasute s vanjske strane (šljunčanim) filtrom. Prema vodnoj komori se obostrano priključuju kosa krila koja pregrađuju vodni tok. Radi odvođenja vode potrošačima, mogućnosti njenog prelijevanja i pražnjenja vodne komore, predviđena je kod obje kaptažne građevine izvedba zasunske komore, opremljena cijevima i vodovodnim armaturama. Mogućnost prelijevanja vode iz vodne komore je potrebno osigurati da bi se isključilo eventualno formiranje uspora vode, jer bi to moglo izazvati smanjenje izdašnosti izvora, a u nepovoljnijem slučaju čak i pojavu da izvor nađe drugi izlaz na površinu, zaobilazeći kaptažnu građevinu. ▪▪▪ Konstrukcije kaptažnih građevina mogu imati, u odnosu na prethodno opisane, i brojne posebnosti, pošto lokalni geološki, hidrogeološki i topografski uvjeti u svojim kombinacijama nalažu u pojedinačnim slučajevima posebne mjere kod njihove izvedbe.

83

1.6. CRPNE STANICE

Crpne stanice su građevine s pripadnom elektrostrojarskom opremom, kojom se voda crpi i podiže (potiskuje) na tlačnu visinu potrebnu za osiguranje zahtijevane raspodjele vode potrošačima.

Crpne se stanice koriste ako izvorište nema energijskog potencijala u odnosu na vodoopskrbno područje, ili je raspoloživi nedovoljan, pa ga treba postići (osigurati) na umjetni način. Sukladno slikama 1.2::03 do 1.2::05, položaj crpnih stanica i njihova izvedba su, između ostaloga, diktirani položajem i kapacitetom vodozahvata, položajem vodoopskrbnog područja i vodospreme (vodotornja), mogućnostima proširenja vodoopskrbnog sustava te imovinsko - pravnim odnosima. Osnovne dijelove crpne stanice, slika 1.6::01, čine: (1) crpke (crpni agregati), (2) crpni spremnik, (3) strojarnica, (4) komandna prostorija. Crpne stanice u pravilu sadrže i opremu za ublažavanje vodnog udara.

84

1.6.1. CRPKE Crpke su osnovni element crpne stanice, kojima je podređena njena cjelokupna konfiguracija i konstrukcija. Crpka, odgovarajućeg kapaciteta i visine dizanja, s pogonskim strojem (u pravilu elektromotorom) određene snage i postoljem, zajedno čine crpni agregat. U vodoopskrbi se uglavnom koriste centrifugalne crpke, koje rade na principu transmisije centrifugalne sile na masu vode u energiju njenog strujanja (dizanja) kroz cjevovod. Kapaciteti centrifugalnih crpki su od nekoliko do više stotina litara u sekundi, s visinom dizanja također do nekoliko stotina metara. Podjela centrifugalnih crpki moguća je po različitim kriterijima, kao npr. prema: (i) broju okretnih kola: jednostupanjske i višestupanjske, (ii) priključku usisne cijevi: radijalne, aksijalne i mješovite, (iii) položaju elektromotora: u suhom (suhe izvedbe) i u mokrom (mokre izvedbe, potopljene, uronjene ili podvodne), (iv) položaju osi crpke: horizontalne i vertikalne, (v) visini dizanja vode, H [m]: niskotlačne, H < 80 [m], srednjetlačne, 80 < H < 200 [m] i visokoltlačne, H > 200 [m].

85

Neke od spomenutih vrsta i načina ugradnje centrifugalnih crpki prikazani su na slici 1.6::01.

Slika 1.6::01 Dijelovi crpne stanice s vrstama centrifugalnih crpki i načinima ugradnje (a) vertikalna crpka suhe izvedbe; (b) vertikalna crpka mokre izvedbe; (c) horizontalna radijalna crpka suhe izvedbe; (d) horizontalna aksijalna crpka suhe izvedbe 1 – crpka; 2 – crpni spremnik; 3 – strojarnica; 4 – komandna prostorija

U biti, proračun crpke (ili crpki) svodi se na definiranje snage elektromotora, kojime se masa vode s jedne točke (npr. izvorišta) crpi i potiskuje na drugu (npr. vodospremu). Izraz za snagu, P [kW], na os crpke proizlazi iz energije potrebne za obavljanje određenoga rada u jedinici vremena i savladavanje unutarnjih otpora crpke. Ako se radi o vodi (ρ = 1000 [kg m-3]), tada izraz za snagu poprima oblik:

86

(1.6-01)

gdje su: Q

- protok (količina crpljenja), [m3 s-1],

Hman - manometarska visina dizanja (vode), [m], η

- koeficijent korisnog djelovanja crpke, [1].

Gornji izraz daje teoretsku snagu crpke. Za savladavanje tromosti sistema (polazni otpori) potrebno je još oko 15 [%] rezervne snage. Iznos rezerve ovisi, kako o veličini sistema, tako i od uvjeta rada. Snaga crpke koja uključuje i rezervnu snagu, naziva se instalirana snaga crpke, Pi. (1) Protok, odnosno količina crpljenja, Q, ovisi s jedne strane o potrebnim količinama vode, a s druge strane o režimu rada crpki, odnosno trajanju crpljenja. Iz dosadašnjih se analiza vodoopskrbnih sustava, slike 1.2::03 do 1.2::04, uočavaju dva osnovna položaja crpnih stanica prema ostalim građevinama u vodoopskrbnom sustavu. (a) crpne stanice s izravnim potiskivanjem vode (glavnim dovodnim cjevovodom) od vodozahvata do vodospreme, slika 1.2::04(d) do (f), ili s potiskivanjem vode (glavnim dovodno – opskrbnim cjevovodom) u razdjelnu mrežu i/ili vodospremu, slika 1.2::04(a) do (c). (b) crpne stanice s izravnim potiskivanjem vode u glavni opskrbni cjevovod i razdjelnu mrežu, slika 1.2::03. 87

Ako u vodoopskrbnom sustavu postoji i uređaj za kondicioniranje vode, tada se u prvom slučaju voda najprije potiskuje do uređaja, a zatim (ako je s obzirom na lokalne visinske odnose potrebno) od uređaja do vodospreme, ili od uređaja u glavni dovodno – opskrbni cjevovod, a posredstvom njega i u vodospremu. U drugom slučaju voda se također najprije potiskuje do uređaja za kondicioniranje vode, a potom u glavni opskrbni cjevovod i razdjelnu mrežu. Prema tome, u prvom će slučaju količina crpljenja iznositi: (1.6-02) a u drugom, u satu najveće potrošnje: (1.6-03) gdje su: Qmax - najveća dnevna potrošnja vode, [m3 d-1], qmax - najveća satna potrošnja vode, [m3 s-1], tp

- vrijeme crpljenja [s d-1].

Vrijeme crpljenja je kod proračuna crpnih stanica vrlo značajan ekonomski faktor, za koji treba nastojati da ne prijeđe ukupno 16 [h] dnevno, a samo iznimno 20 [h] dnevno.

88

(2) Manometarska visina dizanja, Hman, je visina koju crpka treba savladati da bi se voda mogla prepumpavati, slika 1.6::02.

Slika 1.6::02 Definicijska shema manometarske visine dizanja

89

Definirana je izrazom: (1.6-04) gdje su: Hst

- statička visina dizanja, [m ],

∆H

- ukupni hidraulički gubici zbog tečenja vode kroz usisnu cijev i tlačni cjevovod, [m],

Hst,us

- usisna statička visina dizanja, [m], jednaka geodetskoj visinskoj razlici između najniže razine vode u crpnom bazenu (vodozahvatu) i osi crpke,

Hst,tl

- tlačna statička visina dizanja, [m], jednaka geodetskoj visinskoj razlici između osi crpke i najviše razine vode u vodospremi,

∆Hus

- hidraulički gubici (linijski i lokalni) zbog tečenja vode kroz usisnu cijev, [m],

∆Htl

- hidraulički gubici (linijski i lokalni) zbog tečenja vode kroz tlačni cjevovod, [m].

Dakle, statička visina dizanja, Hst, i ukupni hidraulički gubici , ∆H, prikazani su kao: (1.6-05) (1.6-06) Hidraulički gubici, ∆Hus, definirani su izrazom: (1.6-07)

90

a hidraulički gubici, ∆Htl, izrazom: (1.6-08) gdje je m [1] broj mjesta lokalnih gubitaka na usisnoj cijevi i tlačnom cjevovodu. Uz ove, pojedine oznake sa slike 1.6::02 imaju slijedeće značenje: vus - brzina vode u usisnoj cijevi, [m s-1], Lst - duljina usisne cijevi, [m], Ltl - duljina tlačnog cjevovoda, [m], Dst - unutarnji promjer usisne cijevi, [mm], Dtl - unutarnji promjer tlačnog cjevovoda, [mm]. Pošto je najčešće: (1.6-09) gdje je vtl brzina vode u tlačnom cjevovodu, [m s-1]. U praktičnim se problemima obično izostavljaju lokalni gubici u tlačnom cjevovodu, zbog njihovog neznatnog doprinosa manometarskoj visini dizanja.

91

Isto tako, ne treba smetnuti s uma da je zbog eliminacije diskontinuiteta toka u usisnoj cijevi i pojave kavitacije praktički potrebno osigurati: (1.6-10) U prethodnim je analizama potisni cjevovod od crpne stanice do mjesta prepumpavanja (npr. rezervoara) nazvan tlačnim. To je učinjeno stoga što se u inženjerskoj praksi potisni cjevovodi češće nazivaju tlačnima, dakle, prema načinu a ne prema uzroku tečenja, jer je (za razliku od gravitacijskih) kod potisnih sustava tečenje uvijek pod tlakom. Radi toga se i ovdje priklonilo za praksu uobičajenijem,načinu imenovanja i označavanja Kod veće duljine, naročito tlačnog cjevovoda, njegov unutarnji promjer je bitna ekonomska kategorija, koji proizlazi na bazi analize troškova izgradnje i održavanja (pogona) crpnog sistema. Za praktične potrebe može se kod preliminarnih analiza uzeti da je ekonomičan promjer, D [mm]: (1.6-11) gdje je Kp [1] koeficijent ovisan o trajanju crpljenja, tp, a Q količina crpljenja u [m3 s-1]. Orijentacijski se obično uzima Kp = 1.50.

92

(3) Koeficijent korisnog djelovanja, η, je promjenljiva veličina za pojedine odnose Q i Hman crpnih agregata, slika 1.6::03, i bitno ovisi o njihovoj konstrukciji. Naime, svaki agregat ima svoje unutarnje gubitke uslijed trenja, tako da se uvijek unijeta energija ne iskoristi 100 [%], već reducirano na koeficijent korisnog djelovanja, η. Najsvrsishodnije je koristiti crpne agregate kod ηmax.

Slika 1.6::03 Odnos Q – H, Q – P i Q – η Krivulje Q – H, Q – P i Q – η sa slike 1.6::03 su tri osnovne krivulje karakteristika crpke.

93

Osim ovih krivulja, kod analize rada crpki često je od interesa i krivulja crpnog sustava. Ova se krivulja dobije računanjem manometarske visine dizanja za različite protoke, slika 1.6::04. Njeno je ishodište u statičkoj visini dizanja, Hst, za protok Q = 0. Ako se na isti graf nacrta i Q – H krivulja crpke, dobije se sjecište ovih dviju krivulja. Točka sjecišta je radna točka crpnog sustava koja pokazuje ostvareni kapacitet i visinu njegovog dizanja.

Slika 1.6::04 Krivulja crpnog sustava i radna točka

94

Kod projektiranja crpnih stanica izbor crpki provodi se iz proizvodnih kataloga na temelju karakteristika crpki, tj. Q – H, Q – P i Q – η krivulja, budući da su svi crpni agregati tipizirani. Jedan takav dijagram karakteristika podvodnih crpki, primjerenih za crpljenje vode iz bušenih zdenaca, prikazan je na slici 1.6::05. S ovoga dijagrama možemo očitati da je npr. za količinu crpljenja Q = 30 [l s-1] i manometarsku visinu dizanja Hman = 50 [m] potrebna crpka tipa PC 125 – 2 ili dvije crpke (svaka za Q = 15 [l s-1]) tipa PC 100 – 5, spojene u paralelnom radu.

Slika 1.6::05 Dijagram karakteristika podvodnih crpki 95

Kod izbora veličine i broja crpki treba respektirati činjenicu da je u pogonskom pogledu sigurnije, iako skuplje, odabrati više crpki manjeg kapaciteta, nego samo jednu potrebne veličine. Ovakav je pristup naročito opravdan za slučaj fazne izgradnje vodoopskrbnog sustava, kada početne potrebe za vodom, u odnosu na konačne, iznose samo dio. I kod najmanjih pogona uvijek predviđamo barem dvije crpke istih karakteristika, od kojih je jedna radna a jedna rezervna.

1.6.2. CRPNI SPREMNIK, STROJARNICA I KOMANDNA PROSTORIJA (1) Crpni spremnik je prostor koji služi za sakupljanje i zadržavanje (retenciju) vode koja se prepumpava, slike 1.5::02 i 1.6::01. Veličina mu bitno ovisi o režimu rada crpki i dotoka, pa se stoga on posebno dimenzionira. Kod većih crpnih stanica izvodi se više crpnih spremnika međusobno odvojenih, kako bi se omogućila revizija i popravci bez prekida rada crpki. Voda u crpni spremnik ulazi kroz jedan ili više otvora (dovoda), direktno ili kroz rešetke i mreže. Na otvorima treba također postaviti zasune kako bi se crpni spremnik mogao povremeno prazniti. Kod crpnih stanica s uronjenim crpkama, slika 1.6::01(b), prostor crpnog spremnika treba prilagoditi i gabaritima crpki. U slučaju crpki suhe izvedbe, u crpnom spremniku se postavlja početak usisne cijevi opskrbljene usisnom košarom, slika 1.6::01(a), (c) i (d). Crpni spremnik mora imati otvor i elemente za komunikaciju (reviziju), ventilacijski otvor i preljev koji se aktivira kod visine punjenja koja prelazi dopuštenu. Također, dno crpnog spremnika se izvodi u padu do najniže kote (točke) gdje se (radi pražnjenja spremnika) izvodi muljni ispust.

96

(2) Strojarnica služi za smještaj crpnih agregata, kontrolnih instrumenata, krajeva usisnih cijevi i početaka potisnih cjevovoda s pripadajućim fasonskim komadima i vodovodnim armaturama (radi spajanja crpnih agregata u jedinstveni tlačni sustav) te druge opreme. Strojarnica mora biti izvedena s odgovarajućim otvorima za komunikaciju, održavanje, montažu i demontažu opreme. U slučaju teške opreme postavlja se i dizalica. I unutar ovog prostora treba osigurati ventilaciju, a po potrebi i grijanje. Kod manjih crpnih stanica s uronjenim crpkama, slika 1.6::01(b), zasebne strojarnice uopće nema. (3) Komandna prostorija je prostor koji sadrži potrebnu elektronsku opremu za automatsko upravljanje crpnim agregatima, odnosno radom crpne stanice. Automatski rad se sastoji u ukapčanju i iskapčanju crpki sukladno njihovom režimu rada. Pored ovoga, automatika obuhvaća i jednoliko radno opterećenje svih crpki, uključujući i rezervne. ▪▪▪ U objektu crpne stanice je potrebno realizirati i energetski priključak, u skladu sa zahtjevima elektrodistribucijskog poduzeća, pa se često uz crpnu stanicu (naročito za crpne stanice velikog instaliranog kapaciteta) izvodi i transformatorska stanica.

97

▪▪▪ Zbog startanja i mogućnosti (kontroliranog ili nekontroliranog) zaustavljanja pogona jednog ili svih crpnih agregata, promjene opterećenja, te brzog zatvaranja cjevovoda, kod crpnih se stanica može javiti vodni udar. Zato crpne stanice najčešće sadrže i opremu za zaštitu od vodnog udara. U načelu, proračun vodnog udara radi se za slučajeve kada je duljina tlačnog cjevovoda veća od 50 [m], a visina dizanja od 20 [m]. Ako se ukaže potrebnim, zaštita od vodnog udara se obično provodi ugradnjom: (1) povratnog ventila koji se sporije zatvara, tako da dio povratne vode propušta kroz crpku nazad, u crpni spremnik, (2) obilaznog cjevovoda s kontrolnom zapornicom koja se otvara kad tlak poraste iznad dopuštenog, također propuštajući vodu natrag, u crpni spremnik, (3) zračnog kotla koji ima zadatak (a) da kompenzira smanjenje tlaka u cjevovodu, odnosno da sprečava prekidanje vodnog stupca kada se udarni val rasprostire od crpke i (b) da amortizira udarni val kada se on rasprostire prema crpki, (4) vodne komore koja nadomješta vodu izgubljenu u gibanju i amortizira povratni udarni val. Primjena vodne komore dolazi u obzir ako za njen smještaj postoje povoljni visinski odnosi u okolini crpne stanice.

98

1.7. KONDICIONIRANJE VODE Kondicioniranje vode je proces za postizanje zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju.

Dakle, kondicioniranje vode je uvijek neophodno ako se utvrdi da izvorišna voda ne odgovara propisanim standardima kvalitete. Stoga je uvijek najprije potrebno mjerenjem odrediti vrijednosti traženih parametara kvalitete vode prirodnog izvorišta, kako bi se mogla ustanoviti neophodnost i karakter njenog kondicioniranja.

1.7.1. ZAHTJEVI KVALITETE VODE Zbog izuzetnog značaja zdravstvene ispravnosti vode namijenjene za ljudsku potrošnju, svaka zemlja zakonski propisuje zahtjeve u pogledu njene kvalitete. U našoj zemlji je ovo regulirano Zakonom o vodi za ljudsku potrošnju (NN 56/13), koji propisuje donošenje pravilnika, naredbi i naputaka za provedbu pravno obvezujućih akata Europske unije donesenih na temelju direktive Vijeća 1998/83/EZ.

99

Prema ovom Zakonu, voda namijenjena za ljudsku potrošnju je: (a) sva voda koja je u svom izvornom stanju ili nakon kondicioniranja namijenjena za piće, kuhanje, pripremu hrane ili druge potrebe kućanstava, neovisno o njezinom porijeklu te neovisno o tome potječe li iz sustava javne vodoopskrbe, iz cisterni ili iz boca odnosno posuda za vodu, (b) sva voda koja se rabi u industrijama za proizvodnju hrane u svrhu proizvodnje, obrade, očuvanja ili stavljanje na tržište proizvoda ili tvari namijenjenih za ljudsku potrošnju, osim ako nadležno tijelo ne utvrdi da kakvoća vode ne može utjecati na zdravstvenu ispravnost hrane u njezinom konačnom obliku. Također, temeljem narečenog Zakona donijet je Pravilnik o parametrima sukladnosti i metodama analize vode za ljudsku potrošnju (NN 125/13 i 141/13). Ovime se Pravilnikom propisuju: (I) (II) (III) (IV)

(a) parametri zdravstvene ispravnosti i (b) indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju, učestalost uzimanja uzoraka vode za ljudsku potrošnju, parametri, vrste i opseg analiza uzoraka vode za ljudsku potrošnju, metode laboratorijskog ispitivanja zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju.

100

Sva izvorišta vode namijenjene ljudskoj uporabi i vodoopskrbni objekti moraju biti zaštićeni od slučajnog ili namjernog onečišćenja i drugih utjecaja koji mogu ugroziti zdravstvenu ispravnost vode za ljudsku potrošnju. Sve pravne osobe koje obavljaju djelatnost javne vodoopskrbe, moraju isporučiti zdravstveno ispravnu vodu sukladno odredbama ovoga Pravilnika. Zdravstveno ispravnom vodom za ljudsku potrošnju smatra se voda koja: ▪ ne sadrži mikroorganizme, parazite i njihove razvojne oblike u broju koji predstavlja opasnost po zdravlje ljudi, ▪ ne sadrži tvari u koncentracijama koje same ili zajedno s drugim tvarima predstavljaju opasnost po zdravlje ljudi, ▪ ne prelazi vrijednosti parametara zdravstvene ispravnosti vode, odnosno njihove maksimalno dopuštene koncentracije (MDK) propisane Pravilnikom.

101

(I) (a) Parametri zdravstvene ispravnosti i (b) indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju (Ia) Parametri zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju odnose se na (1) mikrobiološke parametre i (2) kemijske parametre. (Ia.1) mikrobiološki parametri: escherichia coli, enterokoki, clostridium perfringens, pseudomonas aeruginosa i enterovirusi; (Ia.2) kemijski parametri: akrilamid, antimon, arsen, bakar, benzen, benzo(a)pyrene, bor, bromati, cijanidi, epiklorhidrin, fluoridi, kadmij, krom, klorit, klorat, nikal, nitrati, nitriti, olovo, otopljeni ozon, policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), pesticidi, pesticidi ukupni, selen, trihalometan - ukupni (THM),1.2-dikloretan, suma tetrakloretan i trikloretan, vinil klorid i živa; (Ib) Indikatorski parametri vode za ljudsku potrošnju odnose se na (1) mikrobiološke parametre i (2) kemijske parametre te (3) na radioaktivnost. (Ib.1) mikrobiološki parametri: broj kolonija na 22 [°C] i na 27 [°C] te ukupni koliformi; (Ib.2) kemijski parametri: aluminij, amonij, barij, berilij, boja, cink, deterdženti – anionski i neionski, fenoli, fosfati, kalcij, kalij, kloridi, kobalt, koncentracija vodikovih iona (pH), magnezij, mangan, ugljikovodici, miris, mutnoća, natrij, okus, silikati, slobodni klor, srebro, sulfati, temperatura, ukupni organski ugljik (TOC), ukupna tvrdoća, ukupne suspenzije, utrošak kalijevog permanganata, KMnO4, vanadij, vodikov sulfid, vodljivost i željezo; (Ib.3) radioaktivnost: tricij i ukupna primljena doza. U nastavku se iznose vrijednosti nekih parametara zdravstvene ispravnosti i indikatorskih parametara vode za ljudsku potrošnju, odnosno njihove MDK, prema prethodno navedenim skupinama (mikrobiološki, kemijski i radioaktivnost).

102

(1) mikrobiološki parametri: voda za ljudsku potrošnju ne smije sadržavati ni jednu od prethodno navedenih bakterija, parazita i virusa, dok broj kolonija na 22 [°C] može iznositi 100/1 [ml] te na 37 [°C] do 20/1 [ml]; (2) kemijski parametri: pitka voda može npr. sadržavati najviše 3 000 [μg l-1] cinka, 2 000 [μg l-1] bakra, do 1 500 [μg l-1] fluorida, dok cijanida, kroma, otopljenog ozona i mangana može biti najviše 50 [μg l-1]. MDK željeza i deterdženata iznosi 200 [μg l-1]. Arsena, bromata, olova, selena, srebra te suma tetrakloretana i trikloretana smije biti do10 [μg l-1], benzena i žive do 1.0 [μg l-1], a akrilamida, epiklorhidrina, policikličkih aromatskih ugljikovodika i (pojedinačnih) pesticida najviše 0.10 [μg l-1]. Dodatno, voda za piće mora biti bez mirisa (zbog prisustva otopljenih plinova, mineralnih ulja, organskih tvari i mikroorganizama), bez okusa (zbog prisustva u vodi tvari koje uzrokuju i miris vode) i bez vodikovog sulfida. Boja vode (zbog prisustva u vodi pretežno humusnih tvari) može iznositi najviše 20 [mg l-1], mjerena platinskokobaltnom skalom (PtCo), mutnoća (zbog prisustva u vodi lebdećih tvari – čestica pijeska, gline, muljevitih čestica organskog porijekla i sl.) do 4 [°NTU] (stupnja nefelometrijske turbidimetrijske jedinice), a koncentracija vodikovih iona, 6.5 < pH < 9.5. Klorida i sulfata smije biti do 250 [mg l-1], natrija do 200 [mg l-1] te amonija i slobodnog (rezidualnog) klora do 0.5 [mg l-1]. Ukupne suspenzije mogu iznositi najviše 10 [mg l-1]. Temperatura vode treba biti do 25 [°C]; (3) radioaktivost: u vodi za ljudsku potrošnju smije biti tricija do 100 [Bq l-1], dok ukupna primljena doza iznosi najviše 0.10 [mSv godina-1]. U slučaju elementarne nepogode, iznenadnog onečišćenja vodoopskrbnog sustava ili bilo kojeg drugog uzroka odstupanja od sukladnosti prema Pravilniku, koji se postojećim postupcima kondicioniranja vode ne može ukloniti, a ne postoji rezervno izvorište, niti mogućnost opskrbe vodom za ljudsku potrošnju na drugi način, za daljnji rad pravna osoba koja obavlja djelatnost javne vodoopskrbe obavezna je podnijeti zahtjev nadležnom Ministarstvu za odobrenje odstupanja od MDK vrijednosti.

103

Provjeru sukladnosti vode namijenjenoj za ljudsku potrošnju, odnosno poštivanje MDK vrijednosti iz Pravilnika, nadzire Hrvatski zavod za javno zdravstvo stalnim praćenjem (monitoringom). Izvršitelji monitoringa su zavodi za javno zdravstvo u županijama, odnosno Gradu Zagrebu, čiji laboratoriji obavljaju ispitivanja sukladno odredbama norme HRN EN ISO/IEC 17025. (II) Učestalost uzimanja uzoraka (uzorkovanje) vode za ljudsku potrošnju (broj uzoraka godišnje) za ispitivanje njene zdravstvene ispravnosti u okviru redovitog i revizijskog praćenja (monitoringa) iz vodoopskrbne mreže, cisterni i objekata u kojima se proizvodi hrana ovisi o količini isporučene vode unutar opskrbne zone u [m3 d-1]. Umjesto količine vode za ljudsku potrošnju, za dobivanje minimalne učestalosti, može se upotrijebiti broj stanovnika, uz pretpostavku da (specifična) potrošnja iznosi 200 [l stanovnik-1 d-1]. (III) Parametri, vrste i opseg analiza uzoraka vode za ljudsku potrošnju za provedbu redovnog i revizijskog monitoringa definirani su sa ciljem dobivanja osnovnih (kod redovitog monitoringa) ili svih parametara (kod revizijskog monitoringa) provjere sukladnosti vode za ljudsku potrošnju. (IV) Metode laboratorijskog ispitivanja zdravstvene ispravnosti vode za ljudsku potrošnju bazirane su na korištenju važećih HRN EN ISO normi. Prema tome, svaka izvorišna voda namijenjena za ljudsku potrošnju, koja posjeduje svojstva i sadrži tvari opasne po zdravlje ljudi iznad dopuštenih vrijednosti, mora se prije upotrebe, odnosno distribucije potrošačima, podvrći odgovarajućem procesu kondicioniranja.

104

1.7.2. FAZE KONDICIONIRANJA VODE Raznovrsni zadaci koji se u praksi najčešće rješavaju postupkom kondicioniranja vode uglavnom se svode na: (i)

uklanjanje iz vode raspršenih (suspendiranih) tvari, tj. smanjenje mutnoće,

(ii) uklanjanje iz vode tvari koje uzrokuju njenu obojenost, (iii) uklanjanje iz vode otopljenih plinova (degazacija) i ukupnih soli (desalinizacija), (iv) uklanjanje organske tvari, (v) promjene tvrdoće vode, (vi) uništavane u vodi patogenih mikroorganizama (dezinfekcija). U određenim slučajevima proces kondicioniranja vode može biti dopunjen i usložnjen specijalnim fazama, npr. uklanjanjem soli željeza (deferizacija) ili uklanjanjem masti i ulja (isplivavanje (flotacija)).

105

Poboljšanje kvalitete vode provodi se na objektima s pripadajućom elektrostrojarskom opremom, koje zajednički nazivamo uređaji za kondiconiranje vode. Na slici 1.7::01 prikazana je osnovna konfiguracija, odnosno jednostavnija tehnološka shema međusobnog rasporeda pojedinih objekata uređaja za kondicioniranje vode. Predočenana shema pretpostavlja gravitacijsko kretanje vode prilikom njenog uzastopnog prolaženja kroz pojedine objekte uređaja za kondicioniranje vode. Također, ova shema, sukladno parametrima kvalitete vode prirodnog izvorišta, može biti proširena i dodanim, prethodno navedenim, tehnološkim fazama kondicioniranja vode.

106

Slika 1.7::01 Osnovna tehnološka shema uređaja za kondicioniranje vode 1 – otapanje i doziranje koagulanta, zgrušavanje; 2 – miješanje; 3 – pahuljičenje; 4 – taloženje; 5 – procjeđivanje; 6 - dezinfekcija

U ovome slučaju postupak kondicioniranja vode predviđa sljedeće faze temeljene na (i) fizikalnim, (ii) kemijskim i (iii) biološkim djelovanjima: (1) otapanje i doziranje koagulanta u sirovu vodu, zgrušavanje (koagulaciju), (2) miješanje (koagulanata i sirove vode), (3) pahuljičenje (flokulaciju), (4) taloženje (sedimentaciju), (5) procjeđivanje (filtraciju), (6) dezinfekciju. 107

1.7.2. – 1. Otapanje i doziranje koagulanta. Zgrušavanje Glavnina problema kod smanjenja mutnoće, kao čestog nedostatka vode, vezana je uz prisustvo vrlo sitnih (raspršenih) čestica – koloida, dimenzija od 1 [nm] do 1 [μm]. Zbog istoimenih (negativnih) elektrostatičkih naboja koloidi se međusobno odbijaju i ostaju raspršeni u vodi. Zato je vrijeme potrebno za izdvajanje koloida iz vode, prvenstveno procesom taloženja, uslijed njihove tzv. agregatne stabilnosti, praktički beskonačno. To je u tehnici kondicioniranja vode rezultiralo traženjem procesa remećenja stabilnosti koloida i mogućnosti njihovog kasnijeg međusobnog spajanja u veće čestice koje će se u vodi lakše taložiti. Takav proces remećenja stabilnosti (destabilizacija) koloida u sirovoj vodi naziva se zgrušavanje. Destabilizacija koloida se postiže dodavanjem vodi određenih kemijskih reagensa – koagulanata.

108

U praktične svrhe, kao neorganski koagulanti najčešće se koriste soli aluminija i željeza, tj aluminijev sulfat, Al2(SO4)3·18 H2O, poznatiji pod komercijalnim nazivom alaun, i željezni sulfat, FeSO4·7H2O, tj. zelena galica. Još se relativno često koriste i kalcijev oksid, CaO (živo vapno), kalcijev hidroksid, Ca(OH)2 (gašeno vapno) i natrijev karbonat, Na2CO3 (soda). U suvremenoj tehnici kondicionirana vode sve se više koriste organski koagulanti, tzv. polielektroliti, kao makromolekule dugačkog niza dobivene spajanjem prostih monomera. Na proces koagulacije u znatnoj mjeri utječu kvaliteta sirove (prirodne) vode, količina i karakter suspendiranih koloida, potrošnja kisika, količina soli, pH vrijednost i temperatura vode. Stoga se vrsta i optimalna doza koagulanta određuje ispitivanjem izvorišne vode. Radi orijentacije, prosječna doza alauna za vodu mutnoće 40 [°NTU] iznosi 25 do 35 [mg l-1], dok za mutnoću od 400 [°NTU] prosječna doza alauna iznosi 60 do 90 [mg l-1]. Koagulant se u vodu dodaje u obliku otopine. Zato postoje posebni uređaji za pripremu otopine i njeno doziranje – dozatori, koji otopinu koagulanta doziraju u funkciji mutnoće vode (čije vrijednosti mogu u relativno kratkom vremenu znatno oscilirati). Danas je postupak doziranja potpuno automatiziran, tako da se vodi automatski, ovisno o mutnoći i protoku, dodaje prethodno definirana optimalna doza koagulanta.

109

1.7.2. – 2. Miješanje Da bi zgrušavanje bilo što efikasnije, potrebno je odmah nakon dodavanja koagulanta osigurati njegovo intenzivno (turbulentno) miješanje sa sirovom vodom. To se postiže u posebnim objektima (bazenima) – mješačima, u kojima se voda zadržava do 5 [min]. Obično se primjenjuju sljedeće dvije vrste mješača: (1) gravitacijski mješači (mješači s gravitacijskim miješanjem), (2) mehanički mješači (mješači s mehaničkim miješanjem). (1) Gravitacijski mješači, slika 1.7::02, mogu biti izvedeni kao: (a) horizontalni mješači (mješači s horizontalnim tokom), (b) vertikalni mješači (mješači s vertikalnim tokom).

110

Slika 1.7::02 Gravitacijski mješači (a) horizontalni mješač; (b) vertikalni mješač 1 – dovod sirove vode; 2 – doziranje koagulanta; 3 – pravokutni preljev; 4 – vertikalne pregrade; 5 – ispust; 6 – kružni preljev

Na slici 1.7::02(a) prikazan je horizontalni mješač. Izveden je kao pravokutni bazen u kojemu je ugrađeno više uzastopnih vertikalnih pregrada s otvorima postavljenim tako da stvaraju neprestanu promjenu brzine i smjera tečenja vode. 111

Brzina vode u mješaču obično se uzima 0.6 [m s-1], a u otvorima oko 1 [m s-1]. Razmak pregrada je najčešće dvije širine bazena, Bb [m], a dubina vode iza posljednje pregrade je do 0.5 [m]. Pri tim je uvjetima sniženje razine vode između susjednih pregrada oko 0.15 [m]. Rad vertikalnog mješača, slika 1.7::02(b), temeljen je na načelu turbulentnog tečenja prouzrokovanog znatnom promjenom protjecajnog presjeka. Brzina u uskom dijelu konusa je oko 1 [m s-1], a u cilindričnom oko 25 [mm s-1]. (2) Mehanički mješači se zasnivaju na mehaničkom miješanju vode i koagulanta pomoću propelerne miješalice.

Slika 1.7::03 Mehanički mješač 1 – dovod sirove vode; 2 – odvod koagulirane vode; 3 – doziranje koagulanta; 4 – ispust; 5 – vertikalna pregrada; 6 - pogonski motor; 7 – propelerna miješalica 112

Ponekad se miješanje postiže i izravnim doziranjem koagulanta u usisnu cijev crpke ili u cjevovod kojime se voda transportira do uređaja za kondicioniranje vode. Kod toga treba voditi računa da duljina cjevovoda, s obzirom na brzinu vode, osigura potrebno vrijeme miješanja. 1.7.2. – 3. Pahuljičenje Pahuljičenje je proces stvaranja pahuljica (flokula) spajanjem koloida, prethodno destabiliziranih procesom zgrušavanja. Stvaranje pahuljica se odvija u posebnim objektima (bazenima) – flokulatorima. Njihova je zadaća da osiguraju stvaranje pahuljica, koje počinje odmah nakon miješanja vode i koagulanta. Ovaj proces se odvija relativno sporo i da bi se dobile dovoljno krupne flokule (veličine 0.5 do 0.6 [mm]) potrebno je 10 do 30 [min]. Dodatno povećanje pahuljica može se postići dodavanjem sredstava za pahuljičenje – flokulanata. Količina i vrsta flokulanta utvrđuje se ispitivanjem vode. Procesu stvaranja pahuljica potpomaže lagano i ravnomjerno miješanje vode, što ujedno sprječava i njihovo taloženje u flokulatoru. Granična vrijednost brzine vode determinirana je s mogućnošću razbijanja već slijepljenih pahuljica i iznosi 0.2 do 0.3 [m s-1].

113

U praksi se najčešće koriste, analogno kao i mješači: (1) gravitacijski flokulatori, (2) mehanički flokulatori. (1) Gravitacijski flokulatori, slika 1.7::04, mogu biti izvedeni kao: (a) horizontalni flokulatori, (b) vertikalni flokulatori.

Slika 1.7::04 Gravitacijski flokulatori (a) horizontalni flokulator; (b) vertikalni flokulator 1 – dovod koagulirane vode; 2 – odvod vode nakon pahuljičenja 114

Na slici 1.7::04(a) prikazan je horizontalni flokulator. Izveden je kao bazen pregrađen nizom koridora kojima teče voda. Broj zaokreta toka obično se uzima 8 do 10. Duljina koridora je u funkciji brzine vode i vremena zadržavanja vode u flokulatoru. Rad vertikalnog flokulatora, slika 1.7::04(b) temeljen je na istom principu kao i rad vertikalnog mješača. Voda se dovodi u donji dio konusa s uzlaznom brzinom oko 0.7 [m s-1], da bi po dolasku u gornji dio opala na svega 4 do 5 [mm s-1]. Iz gornjeg cilindričnog dijela flokulatora voda se obično odvodi prorupčanim cijevima. (2) Mehanički flokulatori se zasnivaju na mehaničkom miješanju koagulirane vode pomoću miješalica, slika 1.7::05. Na slici 1.7::05(a) prikazan je flokulator s vertikalnom osi okretanja lopatica, a na slici 1.7::05(b) s horizontalnom osi.

115

Slika 1.7::05 Mehanički flokulatori (a) s vertikalnom osi okretanja lopatica; (b) s horizontalnom osi okretanja lopatica 1 – dovod koagulirane vode; 2 – pogonski motor; 3 – miješalica; 4 – odvod vode nakon pahuljičenja

1.7.2. – 4. Taloženje Taloženje je proces gravitacijskog uklanjanja zrnatih i pahuljičastih čestica iz vode kojima je gustoća veća od gustoće vode. U teoriji taloženja se polazi od (a) pojedinačne (diskretne), (b) okrugle čestice, pretpostavljajući (c) mirnu vodu i (d) zanemarujući sve utjecaje koji ometaju ovaj proces.

116

Kada se diskretna okrugla čestica pusti padati u mirnoj vodi nultom početnom brzinom, ona ubrzava kretanje dok joj brzina, nakon određenog vremena (koje je gotovo uvijek beznačajno u odnosu na trajanje procesa taloženja), ne postane konstantna. S obzirom na karakter i kvalitetu vode u procesu kondicioniranja, te na veličinu i masu čestica, vertikalna brzina taloženja čestice, vt [m s-1], nalazi se u području važenja Stokesovog zakona (1851), koji glasi:

(1.7-01)

gdje su: g - ubrzanje polja sile teže, [m s-2], d - promjer čestice, [m], v

- kinematički koeficijent viskoznosti vode, [m2 s-1],

ρp - gustoća mase čestice, [kg m-3]. Npr. za pijesak, ρp = 2 650 [kg m-3], a za mulj koaguliran alaunom, ρp = 1 180 [kg m-3], ρ - gustoća mase vode, [kg m-3]. Međutim, pošto se kod taloženja, kako prirodne tako i koagulirane suspenzije, obično susrećemo s polidisperznom suspenzijom, brzine taloženja takove suspenzije najbolje je odrediti ispitivanjima. 117

Isto tako, budući da u praksi nikada nisu ispunjeni uvjeti savršenog (idealnog) taloženja, mora se računati na umanjenje efekta taloženja. Ovome doprinose dva odlučujuća činioca: (i) strujanje u zoni taloženja izazvano raznim utjecajima (puhanjem vjetra po nepokrivenim taložnicima, konvektivnim strujanjem zbog temperaturnih promjena, strujanje zbog razlike u gustoći) i (ii) međudjelovanje čestica. Proces taloženja odvija se u posebnim objektima (bazenima) – taložnicima. Danas se u praksi kondicioniranja vode primjenjuju dvije osnovne vrste taložnika, ovisno od smjera toka u njima: (1) horizontalni taložnici, (2) vertikalni taložnici. Ovo su tzv. konvencionalni taložnici. Radi intenzifikacije procesa taloženja grade se i specijalni taložnici koji će se analizirati naknadno.

118

(1) Taloženje u horizontalnim taložnicima se može odvijati u: (a) pravokutnim taložnicima, (b) okruglim taložnicima. (a) Shema taloženja čestica u (savršenom) pravokutnom taložniku prikazana je na slici 1.7::06.

Slika 1.7::06 Taloženje čestica u horizontalnom pravokutnom taložniku

Voda u taložnik dotječe ulaznom zonom kroz jedan od vertikalnih zidova taložnika, prolazi njegovom duljinom zonom taloženja do suprotnog vertikalnog zida i izlaznom zonom otječe iz taložnika. Ispod zone taloženja je zona mulja. 119

Na gornjoj slici, v0 [m s-1], označava horizontalnu brzinu vode u zoni taloženja, definiranu izrazom: (1.7-02)

gdje su: Q - protok zonom taloženja, [m3 s-1], Bs - širina zone taloženja (širina taložnika), [m], Hs - dubina zone taloženja (dubina taložnika), [m]. Vrijednost horizontalne brzine trebala bi se nalaziti u granicama 2.5 < vo < 35 (50) [mm s-1]. Kritična brzina taloženja, vtcr [m s-1], koja mora postojati da bi se čestice istaložile bar u krajnjoj donjoj točki zone taloženja prema zoni izlaza, određena je odnosom: (1.7-03) odnosno: (1.7-04)

gdje je Ls [m] duljina zone taloženja (duljina taložnika).

120

Sve čestice s brzinom taloženja vt ≥ vtcr bit će 100 [%] uklonjene, jer će se kretati putanjama paralelnim s “p” ili strmijim. Isto tako, sve čestice s brzinom taloženja vt < vtcr koje u zonu taloženja uđu unutar visine h [m], imat će putanje paralele s “p‘ ” i bit će također uklonjene, dok će sve čestice s brzinom taloženja vt < vtcr koje u zonu taloženja uđu iznad visine h, biti iznijete iz zone taloženja. Uvrštavajući izraz 1.7-02 u izraz 1.7-04, dobije se izraz za površinsko (hidrauličko) opterećenje, PO [m s-1], taložnika: (1.7-05)

gdje je As [m2] površina zone taloženja (površina taložnika). Vrijeme zadržavanja vode u taložniku, Ts [s], definirano je izrazom: (1.7-06)

i kreće se od 2 do 6 (7) [h].

121

Prethodne analize taloženja u pravokutnim horizontalnim taložnicima temeljene su, između ostaloga, i na pretpostavci da režim tečenja ne utječe na proces taloženja. Naravno, ova pretpostavka vrijedi samo za slučaj laminarnog tečenja u taložniku. Da li će se tečenje u taložniku odvijati u laminarnom ili turbulentnom režimu ovisi, dakako, o vrijednosti Reynoldsovog broja, Re [1], koji se u ovom slučaju može izraziti: (1.7-07)

Za laminarno tečenje u pravokutnim taložnicima treba biti ispunjen uvjet, Re < 2000. Dakle, za manje vrijednosti Reynoldsovog broja, Re, potrebni su relativno široki i duboki taložnici. S druge strane, potreba eliminacije kratkospojnog tečenja, kada se dotok jednoliko ne distribuira preko čitavog poprečnog presjeka taložnika (prema izrazu 1.7-02), zahtijeva što veći odnos sila tromosti prema silama gravitacije, što se izražava Froudeovim brojem: (1.7-08)

čija bi vrijednost trebala iznositi Fr >10-5. U ovome izrazu R [m] označava hidraulički radijus. Zadovoljenje gornjeg kriterija zahtijeva duge, uske i plitke taložnike s većim brzinama toka, što je u suprotnosti s prethodno izraženim zahtjevom s obzirom na tražene vrijednosti Reynoldsovog broja.

122

Stoga su konstrukcijska rješenja konvencionalnih pravokutnih taložnika s horizontalnim tokom vode rezultat kompromisa između međusobno suprotnih hidrauličkih zahtjeva (niske vrijednosti Reynoldsovog broja i visoke vrijednosti Froudeovog broja) i ekonomskih kriterija koji zahtijevaju ograničen odnos dubine, širine i duljine spremnika. Vrijednost Reynoldsonog broja postaje relativno niska, a Froudeovog broja relativno visoka, ako je:

(1.7-09) Dubina taložnika odabire se 2 do 3 [m]. Isto tako, ne preporučuju se taložnici sa širinom preko 5 [m] i duljinom preko 50 [m].

123

Na slici 1.7::07 prikazan je uzdužni presjek horizontalnog pravokutnog taložnika. U taložniku je radi zgrtanja istaloženog mulja ugrađen zgrtač mulja. Brzina zgrtača je oko 1 [cm s-1].

Slika 1.7::07 Horizontalni pravokutni taložnik 1 – dovod; 2 – zgrtač mulja; 3 – muljna komora; 4 – muljni ispust; 5 – odvod

Moguće je i rješenje s pokretnim mostom koji također ima zgrtač i premošćuje taložnik po širini, krećući se od jednog prema drugom kraju taložnika. Zgrtanja mulja se obavlja suprotno od smjera toka. Postupci zgrtanja mulja obično su automatizirani. Radi što lakšeg zgrtanja mulja u muljnu komoru, odakle se zatim ispušta, dno taložnika se izvodi s uzdužnim padom 1 do 2 [%], također suprotno toku. 124

Obično se grade dva taložnika, radni i rezervni, kako bi se nesmetano obavljalo čišćenja. Horizontalni pravokutni taložnici pokazali su se ekonomski opravdanim ako im je kapacitet veći od 3 000 [m3 d-1]. Iz prethodnih je analiza vidljivo da su mješači, flokulatori i taložnici u funkcionalnom pogledu različiti objekti. No, u konstrukcijskom pogledu oni mogu biti povezani u cjelinu, kao što prikazuje slika 1.7::08.

Slika 1.7::08 Primjer konstrukcijske povezanosti mješača, flokulatora i taložnika 1 – mješač; 2 – flokulator; 3 – taložnik

125

(b) U okrugli taložnik, slika 1.7::09, voda se dovodi u komoru, smještenu u sredini taložnika, i radijalno kreće (zbog čega se ovi taložnici ponekad nazivaju radijalni taložnici) prema rubnom sabirnom žlijebu, iz kojega se dalje odvodi. Bitna osobina okruglih taložnika je promjena brzine vode u zoni taloženja od najveće vrijednosti u sredini, do najmanje na rubovima taložnika.

Slika 1.7::09 Okrugli taložnik 1 – dovod; 2 – sabirni žlijeb; 3 – zgrtač mulja; 4 – pokretni most; 5 – muljna komora; 6 – muljni ispust; 7 – odvod

Sustav za zgrtanje mulja najčešće je riješen rotacijskom rešetkastom (mosnom) konstrukcijom. Okrugli taložnici se grade promjera Ds = 5 do 60 [m]. Dubina taložnika (vode), Hs, na rubu uzima se 1.5 do 2.5 (3.5) [m] (Ds/Hs > 3.5), a nagib dna 4 do 10 [%].

126

Okrugli taložnik može u sredini imati smješten flokulator, slika 1.7::10.

Slika 1.7::10 Okrugli taložnik s flokulatorom 1 – dovod; 2 – flokulator; 3 – zona taloženja; 4 – muljna komora; 5 – zgrtač mulja; 6 – pokretni most; 7 – miješalice; 8 – sabirni žlijeb; 9 – muljni ispust; 10 – odvod

(2) Taloženje u vertikalnim taložnicima se može odvijati u: (a) okruglim taložnicima, (b) kvadratnim taložnicima. Češća je primjena okruglih taložnika. 127

Vertikalne taložnike, slika 1.7::11, karakterizira uzlazno kretanje vode. Ovakav taložnik je u stvari okrugli ili kvadratni bazen s konusnim, odnosno piramidalnim donjim dijelom. U sredini taložnika je najčešće ugrađen flokulator.

Slika 1.7::11 Vertikalni taložnik 1 – zona taloženja; 2 – flokulator; 3 – zona mulja; 4 – dovod; 5 – mlaznice; 6 – sabirni žlijeb; 7 – muljni ispust; 8 – odvod

Koagulirana voda se dovodi u flokulator i sustavom mlaznica jednoliko distribuira. U flokulatoru voda struji silazno i ulazi u donji dio zone taloženja. Odavde nastavlja uzlazno strujanje prema sabirnom žlijebu, odakle se dalje odvodi. Mulj se skuplja na dnu konusnog dijela i povremeno ispušta. Radi osiguranja gravitacijskog klizanja mulja prema muljnom ispustu, preporuča se izvođenje konusnog dijela pod kutom 50 do 55 [º].

128

Srednja (uzlazna) brzina vode u taložniku, vu [m s-1], obično iznosi 5 do 6·10-4 [m s-1]. Ova brzina osigurava taloženje svih čestica s brzinom taloženja vt > vu. Površina zone taloženja As definirana je izrazom:

(1.7-10) Visina zone taloženja, Hs, pretežno se uzima 4 do 5 [m], a odnos promjera taložnika, Ds, i visine zone taloženja, Hs, Ds/Hs ≥ 1.5. Vertikalni taložnici se uglavnom primjenjuju kod uređaja kapaciteta do 30 000 [m3 d-1].

129

(3) Taloženje u posebnim (specijalnim) taložnicima odnosi se na taloženje u: (a) cijevnim i pločastim (lameliranim) taložnicima, (b) taložnicima s lebdećim muljem. (a) Cijevni i pločasti taložnici su nastali kao rezultat nastojanja da se učinak taloženja približi teoretski očekivanome, te da se vrijeme zadržavanja vode u taložniku, koje je inače prilično dugo u odnosu na druge faze kondicioniranja vode, što više skrati, uz postizanje željenog stupnja taloženja. Ovi se taložnici grade kao bazeni, slika 1.7::12, u koje se u vidu snopa, pod određenim kutom prema horizontali, ugrađuje sustav cijevi različitog oblika profila (okruglog, četverokutnog, šesterokutnog), ili sustav paralelnih ploča (lamela). Karakteristična dimenzija profila cijevi, odnosno međusobnog razmaka lamela, iznosi reda veličine 5 do 7 [cm]. Kroz ugrađene cijevi ili ploče uzlazno protječe voda opterećena lebdećim česticama i na tom se putu oslobađa znatnog dijela suspenzije za osjetno kraće vrijeme u odnosu na konvencionalne taložnike. Također se postiže i optimalnost hidrauličkih parametara. Reynoldsov broj poprima vrijednosti koje bez daljnjega osiguravaju slojevito tečenje, a Froudeov broj se kreće u granicama kod kojih je u potpunosti osigurana stabilnost tečenja.

130

Slika 1.7::12 Cijevni ili pločasti taložnik 1 – dovod; 2 – sustav cijevi ili ploča; 3 – zgrtač mulja; 4 – muljna komora; 5 – muljni ispust; 6 – odvod

Analize i ispitivanja vezani za probleme uklanjanja mulja rezultirali su utvrđivanjem optimalnog kuta nagiba protočnih elemenata u granicama od 45 do 60 [º]. Time je osigurano neprekidno gravitacijsko klizanje mulja. Duljina protočnih elemenata je približno jednaka dvadeseterostrukoj vrijednosti karakteristične dimenzije protočnog elementa, što u konačnosti rezultira smanjenjem potrebne dubine vode u taložniku ( za oko 30 [%] u odnosu na konvencionalne taložnike).

131

Površinsko opterećenje, PO, odnosno kritična vertikalna brzina taloženja čestica, vtcr, definirani su izrazom: (1.7-11)

gdje je Ks [1] koeficijent čija vrijednost ovisi o nagibu i duljini protočnih elemenata. Vrijednost koeficijenta Ks je osjetno manja od jedan. Prema tome, kod cijevnih i pločastih taložnika se postiže višestruko smanjenje kritične brzine taloženja, ili drugim riječima, zadržavanjem iste kritične brzine taloženja moguće je višestruko povećati dotok, odnosno višestruko smanjiti površinu zone taloženja u odnosu na konvencionalne taložnike. Prednosti cijevnih i pločastih taložnika sadržane su u visokom učinku koji se postiže za osjetno kraće vrijeme, manjem volumenu objekta, pa prema tome i manjim investicijskim troškovima. (b) Taložnici s lebdećim muljem se danas naširoko koriste u tehnici kondicioniranja vode. S obzirom na određene posebnosti, ovi se taložnici izvode najčešće pod nazivima (i) akceleratori, (ii) precipitatori i (iii) pulzatori. Njihov rad, slika 1.7:.13, je zasnovan na propuštanju koagulirane vode kroz sloj lebdećeg mulja.

132

Slika 1.7::13 Načelo rada taložnika s lebdećim muljem 1 – taložnik; 2 – zgušnjivač mulja; 3 – dovod; 4 – ispust zgusnutog mulja; 5 – odvod

Koagulirana voda se dovodi u donji dio taložnika i struji uzlazno. Čestice (pahuljice) koagulanta i s njima povučene čestice suspenzije podižu se uzlaznim tokom do trenutka kada njihova brzina taloženja postane jednaka uzlaznoj brzini toka. Pretpostavimo da će se to dogoditi na visini ho iznad dovoda vode. Iznad te razine će se formirati sloj lebdećeg mulja kroz koji će prolaziti i na određeni se način filtrirati voda. Visina sloja mulja, h1, treba osigurati potreban stupanj taloženja. Ta je visina ograničena i položajem uređaja za oduzimanje mulja koji se uklanja u zgušnjivač mulja. 133

Voda koja je prošla kroz zonu lebdećeg mulja nastavlja uzlazno strujanje do razine odvoda vode. Visina vode iznad lebdećeg mulja, h2, treba osigurati zadržavanje čestica mutnoće koje su se provukle kroz sloj mulja i zaštiti površinu lebdećeg mulja od usisavanja suspenzije uređajima za odvod vode. U sloju mulja odvija se proces sljepljivanja čestica suspenzije s pahuljicama koagulanta, tj. proces dodirnog zgrušavanja (kontaktne koagulacije). Ako brzina uzlaznog strujanja premaši brzinu taloženja pri danoj koncentraciji suspenzije, tada će se ta koncentracija smanjiti, tako da može biti poremećen bilans pridolaženja suspenzije u taložnik i uklanjanja njenog viška u zgušnjivač taloga. Tada dolazi do podizanja suspendiranog mulja i iznošenja suspenzije iz taložnika. Stoga se kod definiranja tehnologije rada ovih taložnika osnovni problem svodi na pravilno određivanje visine sloja lebdećeg mulja, h1, i uzlazne brzine vode, vu. Ove veličine za zadani stupanj taloženja ovise o kvaliteti sirove vode i postupcima njene kemijske obrade. 1.7.2. – 5. Procjeđivanje Procjeđivanje je proces propuštanja vode kroz poroznu sredinu – filtarski materijal. Primjenjuje se za uklanjanje koloidnih čestica i mikroorganizama (prvenstveno bakterija) koji su nakon procesa taloženja zaostali u vodi, naročito najsitniji koloidi koji se nisu uspjeli slijepiti u flokule, već su proslijedili tokom vode dalje. Kod procjeđivanja će i te čestice zaostati u kontaktu s filtarskim materijalom. U vodovodnoj se praksi kao osnovni filtarski materijal primjenjuje kvarcni pijesak.

134

Ova vrsta pijeska sadrži silicijev dioksid, SiO2, koji vrlo povoljno neutralizira preostale potencijalne sile koloida zaostalih u vodi nakon procesa taloženja. Na procjeđivanje se dovodi vodu s mutnoćom do 8 (iznimno 16) [°NTU], jer bi veća mutnoća izazvala prebrzo onečišćenje filtarskog materijala, odnosno potrebu njegovog vrlo čestog pranja (čišćenja). Procjeđivanje je složen proces koji objedinjuje: (a) mehaničko djelovanje, koje se sastoji u odstranjivanju čestica većih od pora filtarskog materijala, (b) adhezijsko djelovanje, koje se ogleda u prianjanju čestica na površini filtarskog materijala, (c) adsorpcijsko djelovanje, koje se očituje u pripijanju (na površini filtarskog materijala) čestica koje s vodom prodiru u poroznu sredinu, (d) taložno djelovanje, koje se sastoji u gravitacijskom izdvajanju čestica koje s vodom prodiru u unutrašnjost filtarskog materijala, (e) kemijsko djelovanje, koje se očituje u rastavljanju (disociranju) muteži na sitnije dijelove ili u njenom pretvaranju u netopivu masu koja se potom uklanja iz vode, (f) biološko djelovanje, koje se ogleda u stvaranju biološke opne ili prevlake (filma, membrane) od mikroorganizama. Proces procjeđivanja se odvija u posebnim objektima – procjeđivačima (filtrima).

135

Ovisno o načinu kretanja vode kroz filtarski materijal, procjeđivači se dijele na: (I)

gravitacijske procjeđivače,

(II)

tlačne procjeđivače,

(III)

vakuumske procjeđivače.

(I) Gravitacijski procjeđivači su otvoreni spremnici u kojima se iznad filtarskog sloja nalazi voda sa slobodnim vodnim licem, slika 1.7::14. Procjeđivanje nastaje zbog djelovanja sile teže pri visinskoj razlici dovoda i odvoda vode na filtru.

Slika 1.7::14 Shema gravitacijskog procjeđivača 1 – dovod vode nakon taloženja; 2 – filtarski sloj; 3 – drenaža; 4 – odvod filtrirane vode

136

(II) Tlačni procjeđivači su zatvoreni (čelični) cilindrični spremnici u koje se voda dovodi pod tlakom. Procjeđivanje nastaje zbog razlike tlaka na dovodu i odvodu vode. (III) Vakuumski procjeđivači su vrsta procjeđivača kod kojih na odvodu vlada potlak. Kod kondicioniranja vode, naročito ako se radi o uređajima većih kapaciteta, najčešće se primjenjuju gravitacijski procjeđivači. Ovi procjeđivači će se jedino i opisivati u nastavku. ▪▪▪ Gravitacijsko procjeđivanje se odvija u filtrima koji se grade kao otvoreni armiranobetonski spremnici u čijem je donjem dijelu smješten drenažni sustav (drenaža) za odvod filtrirane vode, slika 1.7:.14. Na drenažni se sustav polaže sloj filtarskog materijala. Voda koja je prošla proces taloženja dovodi se na filtarski materijal i silaznim tokom procjeđuje. Osnovni parametri koji se određuju prilikom proračuna procjeđivanja, odnosno kod projektiranja procjeđivača, jesu: (a) brzina procjeđivanja, (b) dopušteni hidraulički gubici na procjeđivaču, (c) optimalno vrijeme rada procjeđivača između dva pranja, odnosno čišćenja.

137

(a) Brzina procjeđivanja, vf [m h-1], definirana je izrazom: (1.7-12) gdje su: Q - dotok na procjeđivač, [m3 h-1], Af - površina procjeđivača, [m2]. Dakle, pod brzinom procjeđivanja se ne podrazumijeva stvarna brzina vode u porama filtarskog materijala, nego vertikalna brzina stupca vode koja prolazi filtrom. (b) Dopušteni hidraulički gubici na procjeđivaču, ∆Hf [m], ograničeni su razlikom razine vode u procjeđivaču i u spremniku čiste vode. Ovi gubici, osim gubitaka zbog procjeđivanja vode, ∆Hfp [m], uključuju linijske i lokalne gubitke zbog tečenja vode kroz vodovodne cijevi i armature kojima se filtrirana voda odvodi do spremnika čiste vode. Hidraulički gubici, ∆Hfp, slika 1.7::15, prvenstveno ovise o osobinama filtarskog materijala (debljini sloja, poroznosti, dimenzijama i postotku udjela pojedinih frakcija), zatim o brzini procjeđivanja, viskoznosti vode i gravitacijskom djelovanju.

138

Slika 1.7::15 Prikaz tlačnih gubitaka kod gravitacijskog procjeđivanja Osobine filtarskog materijala kvantificiraju se sa sljedeća dva parametra: (i)

efektivnim promjerom,

(ii) koeficijentom jednolikosti (koeficijentom uniformnosti). (i) Efektivni promjer, de [mm] definiran je izrazom: (1.7-13) (ii) Koeficijent jednolikosti, Ku [1] definiran je odnosom: (1.7-14) gdje su: d10 - promjer zrna filtarskog materijala koji odgovara 10 [%] frakciji, [mm], d60 - promjer zrna filtarskog materijala koji odgovara 60 [%] frakciji, [mm]. 139

Ove se veličine očitavaju s granulometrijske krivulje filtarskog materijala. Proračun spomenutih hidrauličkih gubitaka je relativno opsežan i složen, tako da se ovdje neće iznositi. (c) Optimalno vrijeme rada procjeđivača određuje se iz dva uvjeta. (i) Prvi uvjet se odnosi na onečišćenje filtarskog materijala, zbog čega u procesu procjeđivanja postupno dolazi do smanjenja poroznosti filtarske ispune, odnosno do začepljenja pora, a time i do do povećanja hidrauličkih gubitaka, slika 1.7::16(a), što nazivamo kolmatacijom. Ti se gubici povećavaju kroz razdoblje, Tn [h], tokom kojega njihova vrijednost dosegne vrijednost raspoloživog tlaka. (ii) Drugi uvjet se odnosi na činjenicu da porastom onečišćenja filtarskog materijala dolazi do povećanja brzine vode u porama, što dovodi do djelomičnog iznošenja čestica suspenzije koje su se prethodno zadržale u porama. Kao rezultat toga počinje se pogoršavati kvaliteta filtrirane vode.

140

Slika 1.7::16 Određivanje optimalnog vremena rada procjeđivača (a) prema kriteriju dopuštenih hidrauličkih gubitaka; (b) prema kriteriju tražene kvalitete filtrirane vode 1 – promjena hidrauličkih gubitaka; 2 – promjena mutnoće (∆Hf)max – najviše dopušteni hidraulički gubici

Dakle, prema drugom kriteriju trajanja rada filtra između dva pranja je razdoblje, Tz [h], tokom kojega se garantira tražena kvaliteta filtrirane vode, slika 1.7:16(b). Obje vrijednosti, Tn i Tz, ovise o brzini procjeđivanja, kvaliteti vode i osobinama suspenzije i filtarskog materijala. U slučaju najekonomičnije projektiranog filtra vrijedi jednakost:: (1.7-15)

141

Međutim, radi osiguranja zdravstvene ispravnosti filtrirane vode poželjno je da Tz bude nešto veće od Tn , odnosno preporuča se uzeti: (1.7-16) Time su definirani temeljni parametri procesa procjeđivanja. Po karakteru mehanizma zadržavanja suspendiranih čestica moguće je razlikovati: (1) sporo procjeđivanje, (2) brzo procjeđivanje. (1) Sporo procjeđivanje nastaje procjeđivanjem kroz biološku opnu koju obrazuju mikroorganizmi na površini filtarskog sloja. Zato se ono naziva i površinsko procjeđivanje. Proces sporog procjeđivanja se odvija na sporim procjeđivačima, koji se primjenjuju za filtriranje nekoagulirane vode koja sadrži nisku mutnoću (rijetko preko 8 [°NTU]). Rade pri malim brzinama procjeđivanja, obično 0.1 do 0.3 (najčešće 0.2) [m h-1] i kapaciteta do 1 000 [m3 d-1]. Zato im je potrebna velika površina, što uvjetuje relativno visoke investicijske troškove. Odlika im je vrlo visoko smanjenje mutnoće i veliki postotak zadržavanja bakterija (98 do 99 [%]).

142

Nedostaci sporih procjeđivača su, uz visoke troškove izgradnje, vrlo složen, skup i sa sanitarnog aspekta nesavršen način čišćenja. Kao što je istaknuto, rad sporih procjeđivača zasniva se na filtriranju nekoagulirane vode kroz biološku membranu, na kojoj se zadržavaju samo one čestice čije su dimenzije veće od pora opne, dok pješčani filtarski sloj služi kao oslonac za sakupljanje koloida i mikroorganizama na njegovoj površini. Učinak pročišćavanja se povećava proporcionalno formiranju biološke opne nad filtarskim slojem. Sakupljanje filtrirane vode provodi se pomoću žlijeba ugrađenog na dnu procjeđivača. Kod većih filtarskih površina izvodi se drenažni sustav, najčešće od perforiranih cijevi. Preporučljive vrijednosti temeljnih parametra sporih procjeđivača jesu: (a) efektivni promjer, de = 0.25 do 0.35 [mm], (b) koeficijent jednolikosti, Ku ≤ 2.75, (c) početna debljina potpornog (filtarskog) sloja, hf ≈ 1.5 [m], (d) dubina vode iznad filtarskog sloja, hv ≈ 1.2 [m].

143

Mala brzina procjeđivanja i male dimenzije čestica suspenzije uzrokuju relativno sporo sazrijevanje biološke opne (1 do 2 dana), dok normalno vrijeme rada sporih procjeđivača (od završetka sazrijevanja opne do čišćenja) iznosi obično 2 (4) mjeseca. Prilikom čišćenja filtra skida se onečišćeni površinski sloj pijeska debljine 1 do 2 [cm], sve dok se debljina filtarskog sloja ne smanji na 0.75 [m]. Tada se sav prethodno odstranjen pijesak opere i vrati na filtar. Zbog relativno velike površine sporih procjeđivača, njihovo čišćenje je složen i skup postupak koji može potrajati i dan – dva. Stoga se uvijek grade barem dvije filtarske jedinice koje se, radi kontinuiteta vodoopskrbe, čiste odvojeno. (2) Brzo procjeđivanje nastaje procjeđivanjem kroz cijeli filtarski sloj. Zato se ono naziva i dubinsko procjeđivanje. Proces brzog procjeđivanja se odvija na brzim procjeđivačima koji se primjenjuju za filtriranje vode koja je prošla proces taloženja i ima mutnoću najviše 8 [°NTU]. Rade pri relativno velikim brzinama procjeđivanja, obično 5 do 7 (iznimno 15) [m h-1], ovisno o granulometrijskim osobinama filtarskog sloja i vrsti procjeđivača. Zbog velike brzine filtriranja, potrebna površina ovih procjeđivača je višestruko manja u odnosu na spore. Međutim, s druge strane, kod brzih je filtara prisutno znatno brže onečišćenje, a time i potreba njihovog češćeg pranja (u prosjeku 1 do 2 puta dnevno). Na slici 1.7::17 dana je načelna shema rada brzih procjeđivača.

144

Slika 1.7::17 Shema rada brzih procjeđivača (a) faza procjeđivanja; (b) faza pranja 1 – dovodni žlijeb vode namijenjene procjeđivanju; 2 – filtarski sloj; 3 – sapnice; 4 – sabirni kanal filtrirane vode i dovodni kanal vode za pranje; 5 – odvodni žlijeb vode od pranja

Posredstvom žlijeba, slika 1.7::17(a), voda namijenjena procjeđivanju ravnomjerno se raspoređuje iznad filtarskog sloja i filtrirajući prolazi tim slojem. Filtarski je sloj položen na nosivu konstrukciju, najčešće montažne armiranobetonske ploče, u koje je ugrađen sistem sapnica, obično 64 sapnice po [m2]. Kroz sapnice se voda procjeđuje u donji dio bazena. Filtrirana voda se zatim sakuplja u sabirnom kanalu i odvodi glavnim kanalom (cjevovodom) prema spremniku čiste vode.

145

Preporučljive vrijednosti temeljnih parametara brzih procjeđivača jesu: (a) efektivni promjer, de = 0.45 do 0.55 [mm], (b) koeficijent jednolikosti, Ku = 1.5 do 1.7, (c) debljina filtarskog sloja, hf ≈ 0.7 do 0.8 [m], (d) dubina vode iznad filtarskog sloja, hv ≈ 0.7 do 1.0 [m]. Kada dođe do onečišćenja filtra, odnosno maksimalno dopuštenog gubitka tlaka (reda veličine 1.5 [m] vodnog stupca), pristupa se njegovom isključenju iz rada i pranju, slika 1.7::17(b). Pranje se može provesti pomoću vode ili u kombinaciji vode i zraka. Drugi način pranja je češći. Pranje filtra pomoću vode i zraka zasniva se na naizmjeničnom dovođenju čiste vode i zajedno vode i zraka pod određenim tlakom u donji dio bazena, zbog čega nastaje uzlazno strujanje kroz sustav sapnica i filtarski sloj. Radi što ravnomjernije raspodjele vode i zraka, sapnice imaju najznačajniju ulogu upravo kod pranja filtra, slika 1.7::18.

146

Slika 1.7::18 Sapnica (a) izgled; (b) načelo rada za vrijeme pranja 1 – glava; 2 – drška; 3 – navoj; 4 – prorezi

Izvode se kao plastične (najčešće) i metalne, a sastoje se od drške i glave. Na dršci je navoj, radi ugradnje sapnice u armiranobetonsko dno, i otvor na gornjem dijelu, te prorez na donjem. Glava se izvodi sa sistemom proreza čije dimenzije (obično 0.35 do 0.70 [mm]) moraju onemogućiti iznošenje filtarskog materijala u fazi rada filtra. Kroz te se proreze procjeđuje voda u procesu rada procjeđivača, a upušta voda i zrak u fazi njegovog pranja.

147

Pranje obično traje 5 do 7 [min]. Najprije se pusti voda u trajanju 2 [min], zatim zajedno voda i zrak u trajanju 2 do 3 [min], i na kraju, radi ispiranja, voda u trajanju 1 do 2 [min]. Orijentacijske vrijednosti potrebnih količina zraka i vode za pranje brzog filtra jesu: - zraka, 1.0 [m3 h-1 sapnici-1], - vode, 0.3 [m3 h-1 sapnici-1]. Voda od pranja odvodi se sabirnim žlijebom i ispušta u kanalizaciju. Preljevni rub žlijeba mora biti smješten na takvoj visini iznad površine filtarskog sloja da se pijesak prilikom pranja ne može vodom za ispiranje iznijeti u žlijeb. Radi neprekidnosti rada uređaja za kondicioniranje vode, uvijek se izvodi više filtarskih jedinica koje se peru odvojeno. Zrak za pranje osigurava se kompresorom, čiji kapacitet ovisi o broju sapnica na filtarskim jedinicama pri njihovom istovremenom pranju, dok je potreban tlak zraka cca 0.5 [bar], mjereno od površine filtarskog sloja. Čista voda za pranje procjeđivača osigurava se u posebnoj vodospremi, odakle se pod tlakom od cca 0.5 [bar] (u odnosu na površinu filtarskog sloja) dovodi zasebnim cjevovodom do filtarskog bazena.

148

Volumen vodospreme namijenjene za pranje procjeđivača ovisi o broju filtarskih jedinica koje se dnevno peru. Prema tome, u procesu procjeđivanja dolazi do određenog gubitka vode, koji nastaje kao posljedica pranja filtarskog sloja čistom (filtriranom) vodom. Ovaj gubitak vode kod optimalno projektiranih procjeđivača obično iznosi 3 do 5 [%] filtrirane količine. To je potrebno imati na umu kod hidrauličkog dimenzioniranja procjeđivača, odnosno prilikom određivanja njihovog kapaciteta. Cjelokupan pogon brzih procjeđivača odvija se posredstvom automatskih regulatora i registratora rada njihovih pogonskih elemenata.

149

▪▪▪ Nastavak prethodno opisanog procesa gravitacijskog procjeđivanja predstavljaju procesi membranskog procjeđivanja (membranske filtracije) u kojima se koristi svojstvo polupropusnih sredina (membrana). Princip funkcioniranja membrana je takav da se voda namijenjena filtriranju, Q , dovodi u nosivi element (membransko kućište) u kojemu se nalaze membrane. Na membranama se razdvaja filtrirana voda – filtrat (permeat), Qf , koja je prošla kroz membrane, i izdvojene otpadne tvari (retenat), Qo, koje se zaustavljaju na membrani i odstranjuju, slika 1.7::19.

Q = Qf + Qo Qf ˂ Q

Slika 1.7::19 Princip (poprečno – protočne) membranske filtracije

150

Područje djelovanja procesa membranske filtracije prvenstveno ovisi o veličini čestica (tvari) koje treba izdvojiti iz vode, slika 1.7::20.

Slika 1.7::20 Klasifikacija čestica u odnosu na veličinu i postupak odvajanja (separacije)

151

Prema slici razlikuju se četiri postupka odvajanja membranama: (1) mikroprocjeđivanje (mikrofiltracija), MP (MF), s membranama veličine pora (otvora) 0.1 do 10 [μm]; (2) ultraprocjeđivanje (ultrafiltracija), UP (UF), s membranama veličine pora 0.001 [μm] = 1.0 [nm] do 0.1 [μm]; (3) nanoprocjeđivanje (nanofiltracija), NP (NF), s membranama veličine otvora 0.4 [nm] do 5.0 [nm]; (4) reverzna osmoza, RO, s membranama veličine pora 0.1 [nm] do 1.0 [nm]. Dakle, podjela je učinjena u funkciji veličine čestica (tvari) raspršenih (suspendiranih) i otopljenih u vodi koje mogu biti uklonjene posredstvom membrana. RO i NP se pretežno primjenjuju za izdvajanje otopljenih mineralnih i organskih tvari, a UP i MP za uklanjanje suspendiranih čestica i mikroorganizama. Postupci separacije tvari iz vode bazirani su na razlici tlaka pri prolasu vode kroz membranu. Kod MP i UP tipične vrijednosti tlakova su 1.0 do 2.5 [bara], kod NP se koriste tlakovi 6 do 14 [bara], dok kod RO uobičajeno vrijednosti tlakova iznose 7 do 20 (80) [bara]. Kao materijali za izradu membrana danas se najčešće koriste: (i)

polimeri (npr. polipropilen, PP; polietersulfon, PES; polisulfon, PS; poliviniliden, PVDF),

(ii)

metali (npr. aluminij, cirkonij, titanij, nikal),

(iii) keramika.

152

Membrane se proizvode u obliku poroznih (šupljih) cjevčica – vlakana i višeslojnih folija, ugrađenih u kućište s kojim oblikuju modul procjeđivanja (modul filtracije). Moduli filtracije se najčešće proizvode kao, slika 1.7::21: (a) cijevni moduli, s membranama postavljenim unutar više perforiranih cijevi ugrađenih u tlačno kućište, (b) moduli spiralno namotanih membrana, sa spiralno namotanim membranama oko središnje cijevi, (c) moduli sa šupljim vlaknima, s membranama od više stotina tisuća šupljih vlakana ugrađenih u tlačnu cijev (kućište). (a)

(b)

(c)

Slika 1.7::21 Moduli filtracije (a) cijevni modul; (b) modul spiralno namotanih membrana; (c) modul sa šupljim vlaknima

153

1.7.2. – 6. Dezinfekcija Procesima taloženja i filtracije znatno se smanjuje količina mikroorganizama u vodi, ali to još ne znači da su oni potpuno uklonjeni. Za njihovo se uklanjanje primjenjuje dezinfekcija. Njome se ne postiže potpuno uništenje svih živih mikroorganizama u vodi kao npr. sterilizacijom, već je svrha dezinfekcije da vodu u bakteriološkom pogledu učini zdravstveno ispravnom (sigurnom). Stoga je zadaća dezinfekcije uništenje infektivnih mikroorganizama, u prvom redu intestinalnih i fekalnih vrsta bakterija. Dezinfekcija je obično posljednji proces prilikom kondicioniranja vode, a ponekad i jedini, ali obavezan. Od postupaka dezinfekcije pitkih voda danas su najrasprostranjeniji: (1) dezinfekcija klorom i njegovim derivatima, (2) dezinfekcija ozonom, (3) dezinfekcija ultraljubičastim zrakama.

154

(1) Dezinfekcija klorom i njegovim derivatima ogleda se prvenstveno u pobijanju bakterija, zatim određenih vrsta virusa i parazita, oksidaciji organske i anorganske tvari, te suzbijanju okusa i stranih mirisa vode. U suvremenoj praksi kondicioniranja pitkih voda ovaj se postupak najčešće primjenjuje. Baktericidno svojstvo klora zasniva se na razaranju enzima koji pretvaraju škrob u šećer i koji su prijeko potrebni za život mikroorganizama. Najčešće se koristi plinoviti klor ili hipoklorit natrija, te hipoklorit kalcija. Klor je pogodan kao dezinfekcijsko sredstvo zbog učinka koji postiže u relativno kratkom vremenu i uz prihvatljive troškove. Međutim, klor može uzrokovati neugodan miris vode. Potrebna doza klora ovisi o ukupnoj organskoj i anorganskoj tvari u vodi koja oksidira. Pokazatelj klorne doze je količina neutrošenog, tzv. slobodnog (rezidualnog) klora koji ostaje u vodi nakon izvršene oksidacije organske i anorganske tvari. Prema tome, u procesu dezinfekcije se doza klora neprekidno povećava dok se u kloriranoj vodi ne pojavi rezidualni klor (najviše 0.5 [mg l-1]). Orijentacijska doza klora kod pitkih voda iznosi 0.5 do 1.0 [mg l-1] uz vrijeme kontakta oko 30 [min].

155

(2) Dezinfekcija ozonom zasniva se na propuštanju kroz vodu ozona, tj. zraka u kojemu je kisik uslijed električnog pražnjenja proveden u triatomni oblik – O3. Ozon se dobiva tako da se struja čistog i suhog zraka propušta između dviju elektroda s razlikom potencijala od 10 000 do 20 000 [V]. Zbog nepostojanosti toga oblika, ozon brzo prelazi u kisik – O2, a atom kisika koji se pri tome oslobađa djeluje kao jaki oksidant na protoplazmu mikroorganizama koji se nalaze u vodi i ubija ih. Ozon je vrlo pogodan za dezinfekciju pitkih voda jer nema neugodnog mirisa ni otrovnog djelovanja, ali su troškovi poslovanja uređaja s ozonom danas još uvijek relativno vrlo visoki. Potrebna doza ozona za dezinfekciju čiste vode je oko 1 [mg l-1], a vrijeme kontakta ozona s vodom iznosi oko 5 [min].

156

(3) Dezinfekcija ultraljubičastim zrakama sastoji se u uništenju bakterija u vodi izloženoj zračenju ultraljubičastim zrakama. Njihovo baktericidno djelovanje je kod valnih duljina od 200 do 300 [nm], a maksimalno kod 250 [nm]. Proizvode se u žaruljama sa živinim parama pod malim tlakom. Snaga žarulje je do 200 [W], a vijek trajanja 2 000 do 4 000 [h]. Voda podvrgnuta postupku dezinfekcije ultraljubičastim zrakama mora biti savršeno čista i kružiti oko žarulje u tankom sloju. Prednost ovog postupka dezinfekcije je relativno jednostavan pogon i nepromijenjen okus vode, a nedostatak je sadržan u potrebi visokog prethodnog stupnja kondicioniranja vode.

157

1.8. VODOSPREME Vodospreme su građevine čije su funkcije (a) osiguranje operativne rezerve vode radi izravnavanja oscilacija u potrošnji vode za kućanske i industrijske potrebe, (b) osiguranje požarne rezerve vode, (c) osiguranje sigurnosne rezerve vode za vrijeme prekida dotoka u vodospremu i (d) osiguranje zahtijevane razdiobe tlakova u vodovodnoj mreži, definiranjem visinskog položaja vodospreme (razine vode u vodnim komorama) spram potrošača.

1.8.1. VRSTE VODOSPREMA Podjela vodosprema je moguća po nekoliko kriterija. U pogonskom ih pogledu razvrstavamo u: (I)

visinske vodospreme,

(II)

niske vodospreme.

(I) Visinske vodospreme imaju razinu vode iznad potrošača, tako da voda prema potrošačima otječe gravitacijski. Objedinjuju sve četiri prethodno nabrojene funkcije vodosprema. Dijele se na:

158

(1) ukopane vodospreme, koje su pretežnim dijelom ukopane u teren. Izvode se na mjestima s najpovoljnijim visinskim i horizontalnim odnosima u odnosu na potrošače, slike 1.2::02 i 1.2::04. (2) vodotornjeve, koji se u cijelosti nalaze iznad terena radi postizanja potrebne tlačne visine (opskrbnog tlaka) u vodovodnoj mreži. Primjenjuju se na lokacijama gdje nema topografskih uvjeta za izvedbu ukopanih vodosprema (ravničarski teren), slika 1.2::04(a). (3) tunelske vodospreme, koje se izvode u brdskim masivima (čvrstoj stijeni). (4) hidrofore, koji nemaju funkciju spremanja vode, radi čega ih uvjetno svrstavamo u ovu skupinu, nego se koriste za lokalno povećanje opskrbnog tlaka, npr. kod visokih stambenih zgrada. (II) Niske vodospreme su u visinskom pogledu smještene (ukopane) na nedovoljnoj visini za osiguranje potrebnog opskrbnog tlaka u vodovodnoj mreži. Voda se iz njih distribuira potrošačima pomoću crpki, tako da su to zapravo usisni spremnici crpnih stanica. Objedinjuju prve tri prethodno navedene funkcije vodosprema. U praksi su najčešći visinski ukopani rezervoari i vodotornjevi, tako da će se oni analizirati u nastavku.

159

1.8.2. OSNOVNI ELEMENTI VODOSPREMA Glavne elemente vodosprema čine: (1) funkcionalni elementi, (2) konstrukcijski elementi.

1.8.2. – 1. Funkcionalni elementi vodosprema Osnovni funkcionalni elementi vodosprema jesu: (a) vodna ili rezervoarska komora, (b) zasunska ili manipulativna komora. (a) Vodna komora služi za spremanje rezervnih vodnih količina. Uobičajena dubina vode u vodnoj komori je 3 do 4 [m], rijetko do 6 [m]. Kod ukopanih rezervoara, vodna komora ima okrugli, pravokutni ili (rjeđe) spiralni tlocrt, slika 1.8::01. Vodotornjevi se u pravilu izvode okruglog tlocrta.

160

Na spomenutoj slici vidimo da se vodna komora može izvoditi kao jedno ili višekomorna. Radi osiguranja neprekidnosti vodoopskrbe obično se izvode višekomorni rezervoari. Vodna se komora najčešće oslanja na zasunsku komoru, slika 1.8::01(a1), (b), i (c), a samo je u izuzetnim slučajevima odvojena, slika 1.8::01(a2).

Slika 1.8::01 Tlocrtni oblici jedno i višekomornih ukopanih vodosprema (a) okrugli; (b) pravokutni; (c) spiralni (a1.1), (a1.2), (b1), (b2) i (c) jednokomorne vodospreme; (a1.3), (a1.4), (a2.1) i (b3) dvokomrone vodospreme; (a.2.2) trokomorna vodosprema (a1), (b) i (c) vodna komora naslonjena na zasunsku komoru; (a2) vodna komora odvojena od zasunske komore 1 – vodna komora; 2 – zasunska komora; 3 – dovod; 4 – odvod 161

(b) Zasunska komora služi za smještaj vodovodnih (manipulativnih) armatura, kraja dovodnog i početka odvodnog cjevovoda, ispusta, preljeva i indikatora razine vode. Vodovodne armature služe za upravljanje vodnim rezervama, ispustom se osigurava kompletno pražnjenje komore (npr. radi čišćenja), dok preljev osigurava najvišu dopuštenu razinu vode u vodnoj komori, kako ne bi došlo do prelijevanja preko pregradnih zidova i potapanja zasunske komore.

1.8.2. – 2. Konstrukcijski elementi vodosprema Osnovni konstrukcijski elementi vodosprema jesu: (1) dno, (2) vertikalni zidovi i stupovi, (3) grede i (ravna ili zasvođena) pokrovna ploča, (4) nosiva konstrukcija (kod vodotornjeva). S ovim se elementima vodospreme izvode na licu mjesta (monolitne), kao montažne ili kombinirane konstrukcije.

162

Kao montažni elementi obično se izvode stupovi, grede, ploče i paneli za formiranje vertikalnih zidova. Prema materijalu izvedbe danas su najčešći rezervoari od armiranog betona, potom od prednapetog betona i čelika, a ranije od opeke i lomljenog kamena. Relativno visoki troškovi antikorozivne zaštite i toplinske izolacije glavna su prepreka široj primjeni čeličnih vodosprema. Konstrukcijsko oblikovanje vodosprema je vrlo raznoliko.

163

Na slici 1.8::02 prikazana je tipska konstrukcija ukopane, jednokomorne (volumena 2 000 [m3]), okrugle vodospreme, izvedene pretežno od montažnih armiranobetonskih elemenata. Armirano betonsko ravno dno izvedeno je na licu mjesta. Vertikalni su zidovi izvedeni montažno od rebrastih panela koji se spajaju zavarivanjem čeličnih limova ispuštenih iz panela. Pokrovna ploča je montirana od ravnih radijalnih i trapeznih ploča koje se oslanjanju na vertikalni zid vodospreme, te na središnji i sistem koncentrično raspoređenih stupova.

Slika 1.8::02 Primjer ukopane, jednokomorne, okrugle armiranobetonske vodospreme

164

Slika 1.8::03 također prikazuje ukopane, dvokomorne, pravokutne vodospreme, izvedene od armiranog betona na licu mjesta. Na slici 1.8::03(a) je ukopana vodosprema sa zidovima, a na slici 1.8::03(b) sa stupovima unutar vodnih komora.

Slika 1.8::03 Primjeri ukopanih, dvokomornih, pravokutnih armiranobetonskih vodosprema (a) sa zidovima; (b) sa stupovima

Izvedba vodotornjeva je, budući da sadrže nosivu konstrukciju, znatno složenija od izvedbe ukopanih rezervoara, tako da su i troškovi njihove izvedbe (za isti volumen rezervoarskog prostora) višestruko veći, najmanje četverostruko. Visina nosive konstrukcije obično iznosi 25 do 30 [m], a samo rijetko prelazi 40 [m]. Zato je potrebno posvetiti maksimalnu pažnju pronalaženju minimalno potrebnog volumena vodotornja. U praksi se nastoji da on ne bude veći od 20 do 30 [%] najveće dnevne potrošnje. Kod vodotornjeva se zasunska komora, za razliku od ukopanih vodosprema, obično izvodi odvojeno od rezervoarskog prostora, pretežno u podzemnom dijelu objekta. 165

Na slici 1.8::04 prikazani su primjeri vodotornjeva prema materijalu izvedbe. Rezervoarski prostor je pretežno izveden cilindričnog oblika s ravnim ili sfernim dnom.

Slika 1.8::04 Primjeri vodotornjeva prema materijalu izvedbe (a) armiranobetonski; (b) čelični; (c) od prednapetog betona

166

Neovisno o konstrukcijskom rješenju, kod svake vodospreme je potrebno osigurati: (a) vodonepropusnost, koja se kod betonskih (armiranih i prednapetih) vodosprema postiže žbukanjem unutarnjih stijenki vodnih komora vodonepropusnom cementnom žbukom ili plastičnim vodootpornim žbukama, (b) cirkulaciju vode unutar vodne komore, što se postiže izvedbom pregradnih zidova, (c) prozračivanje, što se postiže izvedbom ventilacijskih otvora, (d) pad dna u iznosu 0.5 do 1.0 [%] prema ispustu, a radi mogućnosti čišćenja, odnosno pranja vodospreme, (e) vanjsku izolaciju, koja se postiže izvedbom hidro i toplinske izolacije na vanjskim plohama, te njenom zaštitom. Kod ukopanih vodosprema je težište na hidroizolaciji, a kod vodotornjeva na toplinskoj izolaciji.

1.8.3. VOLUMEN REZERVOARSKOG PROSTORA Osnova funkcionalnog proračuna vodosprema sastoji se u određivanju volumena rezervoarskog prostora (vodne komore). Ova veličina ovisi o režimu potrošnje i dotoka, a odnosi se na maksimalnu dnevnu potrošnju, Qmax [m3 d-1], na kraju projektnog razdoblja. Zato je za svaku konkretnu vodoopskrbnu zonu (naselje), koja će se opskrbljivati vodom iz pripadnog rezervoara, potrebno odrediti:

167

(a) satni režim potrošnje vode tokom dana (24 [h], u danu maksimalne potrošnje), (b) režim dotoka u vodospremu, bilo izravno s izvorišta (vodozahvata) ili s uređaja za kondicioniranje vode. Pri tome, dakako, dotok u vodospremu može biti gravitacijski, pri čemu se obično pretpostavlja stalnim kroz 24 [h], ili potisni, tj. posredstvom crpki, kada je režim dotoka ovisan o režimu rada crpki. Ukupan volumen rezervoarskog prostora, VRU [m3], sastoji se od: (1) operativne rezerve, VRO [m3], (2) požarne rezerve, VRP [m3], (3) sigurnosne rezerve, VRS [m3]. Ako se iz vodospreme podmiruje i potreba za čistom vodom uređaja za kondicioniranje vode (prvenstveno pranja brzih procjeđivača), tada je i tu količinu vode potrebno uzeti u obzir.

168

1.8.3. – 1. Operativna rezerva Određivanje operativne rezerve, VRO, odnosi se na proračun dijela rezervoarskog prostora kojim se osigurava izravnanje oscilacija u potrošnji vode za kućanske i industrijske potrebe. Najčešće se provodi pod pretpostavkom dnevnog izravnanja, dakle, za slučaj kada je dnevni dotok jednak dnevnoj potrošnji. 1.8.3. – 2. Požarna rezerva Iznos požarne rezerve, VRP, reguliran je propisima o požarnoj zaštiti prema objašnjenju iz točke 1.3.3., tablica 1.3::III. 1.8.3. – 3. Sigurnosna rezerva Sigurnosna rezerva, VRS, se predviđa za slučaj prekida dotoka u vodospremu, za vrijeme dok se ne otkloni uzrok prekida (kvar ili oštećenje). Obično se preporuča da ova rezerva iznosi 25 [%] zbroja operativne i požarne rezerve, dakle: (1.8-01) 1.8.3. – 4. Ukupan volumen rezervoarskog prostora Ukupan volumen rezervoara, VRU, određuje se prema izrazu: (1.8-02) 169

1.9. VODOOPSKRBNE MREŽE

Vodoopskrbnu mrežu čini ukupnost glavnih i razdjelnih cjevovoda s pripadnim oblikovnim komadima i vodovodnim armaturama, međusobno spojenih u funkcionalnu cjelinu, neposredno ili posredno preko pojedinih objekata vodoopskrbnog sustava, radi dovođenja i distribuiranja vode potrošačima.

Dakle, vodovodnu mrežu čine: (I)

cjevovodi, kojima se voda dovodi i distribuira unutar vodoopskrbnog područja,

(II)

oblikovni (fasonski) komadi, koji služe za usmjeravanje toka vode, promjenu protjecajnih površina cjevovoda i izvedbu različite vrste spojeva,

(III)

vodovodne armature, koje služe za ispravno funkcioniranje, upravljanje i održavanje vodovodne mreže.

170

Osnovni zahtjevi kod vodoopskrbne mreže sadržani su u osiguranju: (i)

dostatne čvrstoće (mehaničke otpornosti prema vanjskim i unutarnjim opterećenjima),

(ii) vodonepropusnosti, (iii) glatkoće unutarnjih stijenki (radi postizanja što manjih hidrauličkih gubitaka), (iv) dugotrajnosti (s obzirom na agresivno djelovanje sredine), (v) jednostavne, brze i sigurne ugradnje (montaže), (vi) najveće ekonomičnosti. Podjela kompletnih vodoopskrbnih mreža ili njihovih dijelova moguća je po nekoliko kriterija, od kojih su najčešći prema: (1) materijalu izvedbe: lijevano željezne, čelične, azbest cementne, armiranobetonske i plastične, uz napomenu da se glavni dovodni cjevovodi u uvjetima tečenja sa slobodnim vodnim licem (dakle, u režimu tečenja bez tlaka) mogu izvoditi i od betonskih cijevi, čije su karakteristike opisane u točki 2.4.3 – 1. Betonski kanali. (2) funkciji: glavne (dovodne, opskrbne, dovodno – opskrbne) i razdjelne, (3) pogonskom režimu: gravitacijske, potisne i kombinirane, (4) načinu tečenja: pod tlakom i kombinirane (pod tlakom i sa slobodnim vodnim licem), (5) shemi: granate i prstenaste.

171

U nastavku će se najprije zasebno opisati cjevovodi vodoopskrbnih mreža prema materijalu izvedbe, dok će se analize funkcije, pogonskog režima i načina tečenja, te sheme mreža zasebno obraditi u jednoj točki, koja će se odnositi na njihov hidraulički proračun. Na kraju će se ukratko osvrnuti na oblikovne komade i vodovodne armature, ugradnju, ispitivanje i dezinfekciju cjevovoda, te prikazivanje vodoopskrbne mreže u projektu.

1.9.1. VODOOPSKRBNE MREŽE PREMA MATERIJALU IZVEDBE Radi postizanja prethodno nabrojenih zahtjeva kod vodoopskrbnih mreža, u hidrotehničkoj je praksi naširoko rasprostranjena primjena više materijala za njihovu izvedbu, ne samo kao posljedica povijesnog razvoja proizvodnje vodovodnih cijevi, već i zbog postojanja različitih uvjeta eksploatacije. Da bi se s obzirom na konkretne uvjete mogao provesti pravilan izbor vrste cijevi, prikazat će se njihove osnovne osobine prema najčešćim materijalima izvedbe.

172

Pri tome treba imati na umu da svaki proizvođač cijevi raspolaže s prospektima proizvodnog asortimana, odakle se mogu dobiti detaljniji podaci o osobinama cijevi, bitnim kod projektiranja vodovodnih mreža: strukturi, kemijskoj postojanosti, proizvodnom postupku, standardima koje cijevi zadovoljavaju, klasama cijevi s obzirom na tlak (nominalni, radni, probni), dimenzijama profila, duljini, masi, načinu ugradnje, međusobnom spajanju i osiguranju cijevi, hidrauličkim parametrima, proračunu opterećenja i kontroli deformacija, te provedbi tlačne probe i načinu isporuke, rukovanja i skladištenja cijevi. 1.9.1. – 1. Lijevano željezne cijevi Ove su cijevi najrasprostranjenije kod izvedbe vodovodnih mreža i svoj primat drže posljednjih 200 godina. Vijek trajanja im se procjenjuje na preko 100 godina, što im omogućuje i tvornički izvedena antikorozivna zaštita. U praksi postoje dvije vrste lijevano željeznih cijevi: (I) cijevi od sivog lijeva, SL (njem. GG – Grauguss), (II) cijevi od nodularnog (žilavog) lijeva, NL (njem. GGG – globularer Grauguss). Razvoj tehnologije dobivanja nodularnog lijeva (u Europi se proizvodi od 1951. godine) potaknula je sve izrazitija potražnja za cijevima veće otpornosti prema vanjskim (udarcima, koroziji) i unutarnjim utjecajima (tlaku) te nastojanja da cijevi što duže traju.

173

Kemijski sastav nodularnog lijeva razlikuje se od sivog lijeva po tome što sadrži veći postotak ugljika, silicija i magnezija te znatno manje sumpora. Sivi lijev sadrži grafit u obliku listića ili pahuljica koji u određenim uvjetima mogu izazvati napukline i puknuće cijevi, dok se kod nodularnog lijeva grafit pojavljuje u obliku malih kuglica (nodula), što doprinosi njegovoj kovkosti i povećanju otpornosti na vlačne sile, pa lijev postaje kovak – duktilan, radi čega se cijevi od ove vrsta lijeva u praksi zovu i duktilne cijevi. Nodularni lijev ima znatno veću vlačnu čvrstoću (do 700 [N mm-2]) od sivog lijeva (do 300 [N mm-2]), tako da su cijevi od nodularnog lijeva u potpunosti potisnule cijevi od sivog lijeva koje se danas više ni ne proizvode, ali su jedan od najzastupljenijih cijevnih materijala u postojećim vodoopskrbnim mrežama. Cijevi od sivog lijeva postoje za tlakove 10,15 i 20 [bara], unutarnjeg promjera, D = 50 do 600 (700) [mm], i duljine (ovisno o promjeru), L = 3 do 4 [m]. Cijevi od nodularnog lijeva proizvode se za tlakove 30 do 40 [bara], unutarnjeg promjera, D = 60 (80) do 2000 [mm] i uobičajene duljine, L = 6 [m]. Ove lijevano željezne cijevi zaštićuju se od korozivnih tala i agresivne vode vanjskom i unutarnjom zaštitom. Vanjska zaštita se provodi galvanizacijom (metalizirani cink) i dodatno zaštićuje bitumenskim premazom (za lako korozivna tla), polietilenskom ili poliuretanskom oblogom ( za vrlo korozivna tla).

174

Obje vrste lijevano željeznih cijevi, slika 1.9::01, mogu završavati: (a) s naglavkom (kolčakom), odnosno s proširenjem na jednom kraju, dok je drugi kraj ravan, slika 1.9::01(a), (b) s prirubnicom (flanšom ili pelešom) na jednom, slika 1.9::01(b1), ili oba kraja, slika 1.9::01(b2).

Slika 1.9::01 Lijevano željezne cijevi (a) s naglavkom; (b) s prirubnicom (b1) s prirubnicom na jednom kraju; (b2) s prirubnicom na oba kraja

Prema vrsti završetka cijevi kombiniraju se i međusobni spojevi, slika 1.9::02. (a) Spoj s naglavkom se može izvesti na dva načina. Prvi se način, slika 1.9::02(a1), sastoji u tome da se ravni kraj jedne cijevi uvlači u naglavak druge cijevi, a prostor između cijevi i naglavka se popunjava brtvenim materijalom. Nedostatak ovog spoja je njegova krutost, a otuda i mogućnost laganog popuštanja pri eventualnim deformacijama. 175

Ovaj je problem izbjegnut kod drugog načina spajanja, koristeći naglavak s navojem i (gumeni) brtveni prsten, slika 1.9::02(a2). (b) Spoj s prirubnicama, slika 1.9::02(b), najviše se koristi kod ugradnje (lijevano željeznih) oblikovnih komada i vodovodnih armatura. Brtvljenje se najčešće provodi gumenim prstenom između prirubnica, međusobno pritegnutih vijcima s maticama.

Slika 1.9::02 Spajanje lijevano željeznih cijevi (a) spoj s naglavkomi; (b) spoj s prirubnicama 1 – ravni kraj cijevi; 2 – naglavak; 3 – konopljeno uže natopljeno lanenim uljem; 4 – nabijeno olovo ili olovna guma; 5 - naglavak s navojem; 6 – tlačni prsten s navojem; 7 – (gumeni) brtveni prsten; 8 – prirubnica; 9 – vijek s maticom

176

Spajanje duktilnih cijevi se, uz već spomenute vrste spojeva na naglavak i prirubnicu, dodatno provodi i posebno razvijenom vrstom spojeva na naglavak, tzv. titon spojevi, slika 1.9::03.

Slika 1.9::03 Spajanje duktilnih cijevi s posebnim vrstama spojeva na naglavak (titon spojevi) 1 – ravni kraj cijevi; 2 – naglavak; 3 – tvrdi dio brtve; 4 – mekani dio brtve

177

1.9.1. – 2. Čelične cijevi Ove cijevi imaju značajne prednosti u odnosu na lijevano željezne, sadržane prvenstveno u daleko većoj čvrstoći (otpornosti na lom) i elastičnosti. Zato je njihova primjena izraženija kod vodovodnih mreža s većim tlakovima i u uvjetima koji zahtijevaju izraženiji otpor dinamičkim utjecajima i savijanjima. Debljine stijenki čeličnih cijevi su upola manje od lijevano željeznih, tako da su relativno lakše, a tržišne duljine 2 do 3 puta veće, što osjetno smanjuje troškove transporta i ugradnje. Nasuprot navedenim prednostima čeličnih cijevi spram lijevano željeznih, glavni im je nedostatak u maloj otpornosti protiv kemijskih i elektrolitičkih utjecaja (korozije). Zato se kod ovih cijevi u fazi ugradnje izvode zaštitni premazi (na bitumenskoj, cementnoj ili plastičnoj osnovi) i katodna zaštita. Vijek trajanja čeličnih cijevi procjenjuje se 25 do 50 godina. Prema procesu proizvodnje razlikujemo dvije vrste čeličnih cijevi: (1) bešavne cijevi, koje se proizvode od valjanog čelika, (2) šavne cijevi, koje se proizvode uzdužnim ili spiralnim varenjem čeličnih limova.

178

Čelične cijevi se proizvode za tlakove 10, 15, 25, 40, 64, 80 i 100 [bara], unutarnjeg promjera, D = 50 do 600 [mm] (bešavne cijevi), odnosno, D = 50 do 1600 [mm] (šavne cijevi), i duljina (ovisno o promjeru i transportnim mogućnostima), L = 4 do 12 (i više) [m]. Spajanje čeličnih cijevi, slika 1.9::04, moguće je na tri osnovna načina. (a) Spojevi s naglavkom su prikazani na slici 1.9::04(a). Relativno najčešći spoj je SIGUR, slika 1.9::04(a1), koji se primjenjuje za spajanje čeličnih cijevi unutarnjeg promjera, D = 50 do 800 [mm]. Kao brtva sliži gumeni prsten, koji se navlači na ravni kraj cijevi, tako da je pri navlačenju u naglavak druge cijevi i pri uzdužnim pomacima osigurano brtvljenje. Na ravnom kraju cijevi zavaruje se zaštitni prsten koji sprječava istiskivanje gumenog prstena. Preostali dio naglavka ispunjava se nabijenim impregniranim užetom. Čest je i spoj s naglavkom na navoj, slika 1.9::04(a2). Dijelovi s navojem su od lijevanog željeza, a brtveni prsten od gume. (b) Spoj s prirubnicima, slika 1.9::04(b), se u pravilu primjenjuje kod cjevovoda položenih na površinu terena. Brtvljenje se postiže gumenim ili metalnim prstenom postavljenim između prirubnica koje se pritežu vijcima s maticama.

179

Završetak čeličnih cijevi s prirubnicima također je obavezan kod prelaska na korištenje lijevano željeznih fasonskih komada i vodovodnih armatura, budući da oni završavaju s prirubnicama. (c) Spoj zavarivanjem, slika 1.9::4(c), je gotovo pravilo ako je unutarnji promjer čeličnih cijevi, D > 500 [mm]. Zavareni spoj može biti čeoni, slika 1.9::04(c1), sa zavarenim naglavkom, slika 1.9::04(c2) ili s kuglastim zavarenim naglavkom, slika 1.9::04(c3).

Slika 1.9::04 Spajanje čeličnih cijevi (a) spoj s naglavkom; (b) spoj s prirubnicama; (c) spoj zavarivanjem 1 – ravni kraj cijevi; 2 – naglavak; 3 – brtveni prsten; 4 – zavareni zaštitni prsten; 5 – nabijeno impregnirano uže; 6 – čep s navojem; 7 – tlačni prsten s navojem; 8 – prirubnica; 9 – vijek s maticom; 10 – var; 11 – kuglasti naglavak 180

1.9.1. – 3. Azbest cementne cijevi Ove se cijevi proizvode tvorničkim postupkom od smjese koje se (maseno) sastoji od 75 do 80 [%] visoko kvalitetnog portland cementa i 20 do 25 [%] azbestnih vlakana. U odnosu na lijevano željezne i čelične cijevi, azbest cementne cijevi imaju sljedeće prednosti: (i)

slabiju toplinsku provodljivost,

(ii) postojanost na koroziju, (iii) električnu neprovodljivost (dielektričnost), (iv) relativno malu gustoću materijala (što znatno olakšava transport i ugradnju cijevi), (v) dobra hidraulička svojstva (glatkoću), (vi) postojanost na niske i visoke temperature, (vii) laganu montažu (obradu, rezanje i spajanje). Mane azbest cementnih cijevi jesu: (i)

slaba otpornost na udarce i dinamička opterećenja,

(ii) relativno skupi spojevi (za veće profile), (iii) kod ugradnje fasonskih komada i vodovodnih armatura potrebni su (za prijelaz na čelik i lijevano željezo) posebni prijelazni komadi od lijevanog željeza. 181

Vijek trajanja azbest cementnih cijevi smatra se preko 75 godina. Proizvode se u šest klasa, A do F, za tlakove 2.5, 5, 10, 15, 20 i 25 [bara], unutarnjeg promjera, D = 50 do 1300 [mm], i duljine, L = 3 do 5 [m]. Promjer cijevi je u funkciji deklariranog tlaka, tako da se npr. klase A i B (za tlakove 2.5 i 5 [bara]) proizvode najvećeg promjera, dok se klasa E (za tlak 20 [bara]) proizvodi samo do unutarnjeg promjera D = 350 [mm]. Spajanje azbest cementnih cijevi se najčešće odvija pomoću azbest cementnih i lijevano željeznih specijalnih prstenastih spojnica, slika 1.9::05.

182

Slika 1.9::05 Spajanje azbest cementnih cijevi (a) spoj DALMA REKA; (b) spoj VITLAK; (c) spoj GIBAULT 1 – ravni kraj cijevi; 2 – prstenasta spojnica; 3 – profilirani gumeni prsten; 4 – srednji gumeni prsten za razmak; 5 – brtveni prsten kružnog profila; 6 – lijevano željezna ogrlica; 7 – prirubnica; 8 – vijek s maticom

Na slici 1.9::05(a) prikazan je patentirani spoj DALMA REKA, koji se izvodi u dvije varijante. Prva varijanta spoja, slika 1.9::05 (a1), izvodi se bez srednjeg gumenog prstena, a druga varijanta, slika 1.9::05(a2), sa srednjim gumenim prstenom. Na slici 1.9::05(b) prikazan je spoj VITLAK, a na slici 1.9::05(c) spoj GIBAULT. 183

Ovi spojevi osiguravaju njihovu potrebnu elastičnost, što je prilično važno za relativno krhke azbest cementne cijevi. Za prijelaz na cijevi iz drugih materijala i za spajanja različitih promjera izrađuju se posebni naglavci. Napomenimo da je danas primjena azbest cementnih cijevi gotovo u potpunosti napuštena zbog njihovog dokazanog štetnog utjecaja na ljudsko zdravlje. 1.9.1. – 4. Armiranobetonske cijevi Slično kao azbest cementne, tako i armiranobetonske cijevi imaju niz prednosti u odnosu na lijevano željezne i čelične cijevi: (i)

postojanost na koroziju,

(ii) malu električku provodljivost, (iii) dobra hidraulička svojstva (glatkoću). Armiranobetonske cijevi se proizvode: (1) s prednapetom uzdužnom i spiralnom armaturom, (2) s unutarnjim čeličnim cilindrom (radi vodonepropusnosti) i prednapetom spiralnom armaturom, (3) s prednapetom armaturom i postupkom specijalnog vibriranja pod tlakom u procesu proizvodnje.

184

Najrasprostranjenija je upotreba druge vrste cijevi. Dimenzije armiranobetonskih cijevi nisu normirane. Tvornički se obično izrađuju cijevi za tlakove do 10 [bara], unutarnjeg promjera, D = 300 do 3000 [mm] (preporučljivo D > 600 [mm]), dok su tržišne duljine, L = 4 do 6 [m]. Cijevi se proizvode s naglavkom i ravnim krajem, tako da se prema tipu cijevi kombiniraju i spojevi, slika 1.9::06.

Slika 1.9::06 Spajanje armiranobetonskih cijevi (a) spoj s ravnim krajem; (b) spoj s naglavkom 1 – uzdužna armatura; 2 – spiralna armatura; 3 – cilindar od čeličnog lima; 4 – prsten ravnog kraja cijevi; 5 – gumeni prsten; 6 – prsten naglavka; 7 – naglavak; 8 – ravni kraj cijevi

185

(a) Spoj s ravnim krajem (spoj s utorom i perom) prikazan je na slici 1.9::06(a), a (b) spoj s naglavkom na slici 1.9::06(b). Općenito, primjena armiranobetonskih cijevi svrsishodna je kod glavnih cjevovoda s manjim brojem oblikovnih komada i vodovodnih armatura, za čiju se ugradnju upotrebljavaju čelični i lijevano željezni oblikovni komadi s prirubnicama. 1.9.1 – 5. Plastične cijevi Plastične se cijevi proizvode od: (1) polietilena, PE: niske (engl. LDPE ili PELD – low density PE), srednje (engl. MDPE – medium density PE) i visoke gustoće (engl. HDPE ili PEHD – high density PE), (2) tvrdog polivinil klorida, PVC, (3) poliesterskih materijala, GRP (engl. glass reinforced plastic), (4) polipropilena, PP (primarno za kućne vodovode). Primjena ovih cijevi je novijeg datuma, unazad 50–ak godina, tako da još nema konačnih podataka i njihovom vijeku trajanja.

186

Dobre strane plastičnih cijevi sadržane su u: (i)

velikoj otpornosti prema koroziji,

(ii) maloj masi (što olakšava transport i ugradnju), (iii) otpornosti na mrazu, (iv) dielektričnosti, (v) maloj toplinskoj provodljivosti, (vi) dobrim hidrauličkim osobinama (glatkoći), (vii) laganoj montaži (obradi, rezanju i spajanju). Loše strane su: (i)

znatno istezanje na visokim temperaturama,

(ii) zapaljivost, (iii) opadanje čvrstoće kod temperature, T > 20 [˚C], (iv) krutost PVC cijevi na temperaturi, T < 0 [˚C], (v) za ugradnju oblikovnih komada i vodovodnih armatura potreban je prijelaz na čelične ili lijevano željezne oblikovne komade s prirubnicama.

187

(1) Polietilenske cijevi se proizvode polimerizacijom etilena. U praksi se najčešće koriste PELD i PEHD cijevi. PELD cijevi se dobiju beztlačnom polimerizacijom etilena kod niskih temperatura, a PEHD cijevi polimerizacijom etilena kod visokog tlaka i visoke temperature. PELD cijevi se izrađuju za tlakove 2.5, 6 i 10 [bara], unutarnjeg promjera ovisno o tlaku, ali unutar granica, D = 10 do 130 [mm]. Proizvode se s ravnim krajem, a isporučuju u namotajima od 300 [m] (za D ≤ 40 [mm]) do 110 [m] (za najveće profile). PEHD cijevi se proizvode za tlakove 2.5, 3.2, 4, 6, i 10 [bara], unutarnjeg promjera također ovisno o tlaku, ali unutar granica D = 15 do 1150 [mm], i duljine, L = 6 i 12 [m]. Najčešći način spajanja PELD cijevi prikazan je na slici 1.9::07. Najprije se na ravni kraj cijevi montira prsten s navojem, a potom se taj kraj cijevi zagrije vrućim zrakom ili vrućom vodom. Kada zagrijani kraj cijevi postane elastičan, uvuče se konusni dio spojnice i na njen navojni dio pritegne prethodno ugrađeni prsten.

Slika 1.9::07 Spajanje PELD cijevi (a) montaža prstena s navojem; (b) uvlačenje konusnog dijela spojnice; (c) pritezanje prstena sa spojnicom 1 – ravni kraj cijevi; 2 – prsten s navojem; 3 – konusna spojnica s navojem

188

Spajanje PEHD cijevi, slika 1.9::08, moguće je na tri načina.

8

Slika 1.9::08 Spajanje PEHD cijevi (a) spoj zavarivanjem; (b) spoj pomoću prirubničkog tuljka i slobodne prirubnice; (c) spoj pomoću zupčaste spojnice i slobodne prirubnice 1 – ravni kraj cijevi; 2 – grijač; 3 – slobodna prirubnica; 4 – prirubnički tuljak; 5 – vijak s maticom; 6 – brtveni prsten; 7 – zupčasta spojnica; 8 – elektrospojnica (prstenasta spojnica sa žicom za zavarivanje)

189

(a) Spoj zavarivanjem je prikazan na slici 1.9::08(a), a može se izvesti u dvije varijante. U prvoj varijanti, slika 1.9::08(a1), krajevi cijevi se najprije u trajanju 30 do 250 [s] zagrijavaju na temperaturi 200 [˚C] i potom drže međusobno pritisnutima 4 do 25 [s]. Trajanje zagrijavanja i međusobnog kontakta cijevi ovisno je o debljini stijenke. Tankim cijevima odgovara kraće zagrijavanje i kraći međusobni kontakt. U drugoj varijanti, slika 1.9::08(a2), krajevi cijevi se spajaju pomoću posebne prstenaste spojnice u kojoj se nalazi žica za zavarivanje i koja se priključi na aparat za zavarivanje. (b) Spoj pomoću prirubničkog tuljka i slobodne prirubnice prikazan je na slici 1.9::08(b). Na ravni kraj cijevi montira se slobodna prirubnica i zavari prirubnički tuljak. Spajanje cijevi se vrši pomoću vijaka s maticama, nakon umetanja gumenog prstena. (c) Spoj pomoću zupčaste spojnice i slobodne prirubnice prikazan je na slici 1.9::08(c). Najprije se na ravni kraj cijevi montira slobodna prirubnica, a potom zupčasta spojnica. Spajanje cijevi se također vrši pomoću vijaka s maticama, nakon postavljanja gumenog brtvenog prstena.

190

Napomenimo da se sukladno novijoj klasifikaciji (unazad 15–ak godina) polietilenske cijevi definiraju prema najmanjoj karakterističnoj čvrstoći (engl. MRS – minimum required strength). Tako prva generacija PE cijevi ima razrede (klase): MRS = 3.2 [N mm-2], MRS = 4.0 [N mm-2] i MRS = 6.3 [N mm-2], a cijevi se označavaju PE 32, PE 40 i PE 63, druga generacija PE cijevi ima MRS = 8.0 [N mm-2], tako da se cijevi označavaju PE 80, dok najnovija, treća, generacija ima MRS = 10.0 [N mm-2] i cijevi se označavaju PE 100.

191

(2) Cijevi od tvrdog polivinil klorida se izrađuju od umjetne mase dobivene sintetičkom polimerizacijom vinil klorida, koji nastaje spajanjem acetilen plina s plinovitom solnom kiselinom. Postupak proizvodnje se sastoji u tome da se ugrijani granulat polivinil klorida istiskuje kroz mlaznicu (tzv. ekstruder) i zatim hladi. PVC tvrde cijevi proizvode se za tlakove 6 i 10 [bara], unutarnjeg promjera, D = 60 do 450 [mm], i duljine, L = 6 [m]. Ove se cijevi proizvode s naglavkom i ravnim krajem, tako da im spajanje ovisi o načinu završetka. Spajaju se na naglavak, slika 1.9::09, s umetanjem brtvenog prstena između naglavka i cijevi.

Slika 1.9::09 Spajanje PVC cijevi 1 – ravni kraj cijevi; 2 – brtveni prsten; 3 – naglavak

192

(3) Poliesterske cijevi se izrađuju od smjese kvarcnog pijeska, staklenih vlakana i poliesterske smole. Cijevi su pokazale izvanredne mehaničke osobine, tako da se primjenjuju u najtežim uvjetima eksploatacije. Najčešće se proizvodi s ravnim krajem, za tlakove 4, 6, 10, 16, 20 i 25 [bara], unutarnjeg promjera, D = 200 do 1600 [mm], pojedinačne duljine, L = 6 [m]. Također se proizvode i svi potrebni fasonski komadi za vodovodne armature i za priključke cijevi od drugih materijala. Spajanje ovih cijevi se obavlja pomoću spojnica tipa A i tipa B, slika 1.9::10. Vrsta spoja ovisi o unutarnjem promjeru cijevi. Za promjere, D ≥ 500 [mm], primjenjuje se spojnica tipa A, slika 1.9::10(a), a za promjere, D = 200 do 400 [mm], spojnica tipa B, slika 1.9::10(b).

Slika 1.9::10 Spajanje poliesterskih cijevi (a) spoj sa spojnicom tipa A; (b) spoj sa spojnicom tipa B 1 – ravni kraj cijevi; 2 – prstenasta spojnica; 3 – monolitni rebrasti gumeni prsten; 4 – brtveni prstenovi; 5 – srednji gumeni prsten za razmak

193

1.9.2. HIDRAULIČKI PRORAČUN VODOOPSKRBNE MREŽE Sukladno projektnim vodoopskrbnim količinama (točka 1.3.4) i osobinama vodovodne mreže (materijal izvedbe, položaj i režim rada objekata na mreži, topografski uvjeti) uvijek je potrebno hidraulički dimenzionirati vodoopskrbnu mrežu, tako da ona u svakom trenutku udovoljava potrebnim vodoopskrbnim količinama i tlakovima. S obzirom na režim tečenja u vodovodnoj mreži, odnosno njenom dijelu, generalno su moguće dvije vrste proračuna: (I)

hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem,

(II)

hidraulički proračun tečenja pod tlakom.

194

(I) Hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem se može odnositi samo na glavne dovodne provodnike, koji se izvode kao: (1) (otvoreni) kanali, (2) cjevovodi. (1) Primjena kanala je dozvoljena (mada iz zdravstvenih razloga ne i poželjna) za dovod sirove (nekondicionirane) vode iz vodozahvata do uređaja za kondicioniranje vode. (2) Cjevovodima se transportira prirodno čista (od vodozahvata do vodospreme) i kondicionirana voda (od uređaja za kondicioniranje do vodospreme). Iza vodospreme se, zbog potrebe osiguranja opskrbnog tlaka, nikako ne može primijeniti režim tečenja sa slobodnim vodnim licem. Osim toga, osiguranje konstantnog uzdužnog pada kod ovih provodnika vrlo često zahtijeva znatno povećanje zemljanih radova (usijecanje) i izgradnju objekata (sifona, mostova, akvedukata, tunela) za savladavanje prepreka (dolina, jaruga, uzvišenja).

195

Sve to dovodi do znatnog povećanja investicijskih troškova, tako da je u vodoopskrbnoj praksi primjena kanala i cjevovoda sa slobodnim vodnim licem izuzetno rijetka. Na slici 1.9::11(a) prikazan je primjer poprečnog presjeka trapeznog kanala, a na slici 1.9::11(b) primjeri cjevovoda okruglog, izduženog i stlačenog oblika.

Slika 1.9::11 Kanal i cjevovodi sa slobodnim vodnim licem (a) trapezni kanal; (b) cjevovodi (b1) okruglog oblika; (b2) izduženog oblika; (b3) stlačenog oblika 1 – obodni kanal; 2 – zaštita pokosa tucanikom; 3 – najniža razina vode; 4 – najviša razina vode 196

Hidraulički proračun kanala i cjevovoda, pretpostavljajući jednoliko tečenje, provodi se pomoću Chezyeve (1796) formule s Manningovim koeficijentom hrapavosti, n [m-1/3 s], koja za srednju brzinu, v [m s-1], glasi:

(1.9-01)

gdje su: R – hidraulički radijus, [m], I – pad dna kanala, [1], jednak padu vodnog lica, Io [1], i padu linije energije (hidrauličkom gradijentu), IE [1]. Protok, Q [m3 s-1], se određuje iz jednadžbe kontinuiteta: (1.9-02) gdje je A [m2] protjecajna površina. Dubina vode, h [m], obično se uzima u granicama: h = (0.75 do 0.90)D, odnosno h = (0.75 do 0.90)H

(1.9-03)

197

Zbog mogućnosti abrazije, kod ovih se provodnika ograničava i maksimalna brzina, vmax [m s-1], ovisno o materijalu izvedbe. Tako npr. za betonske kanale i cijevi maksimalna brzina orijentacijski iznosi 3.0 [m s-1], a za armiranobetonske 4.0 [m s-1]. (II) Hidraulički proračun tečenja pod tlakom se u praksi najčešće odnosi na kompletnu vodoopskrbnu mrežu, a svakako na glavne opskrbne i opskrbno - dovodne cjevovode, te na razdjelnu mrežu. Tečenje pod tlakom može u vodoopskrbnoj mreži biti gravitacijsko i kombinirano (gravitacijsko – potisno). Tada se, za razliku od prethodnog slučaja, ne zahtijeva jednoliki uzdužni pad cjevovoda, već oni praktički slijede liniju terena. Međutim, uvjeti za njihovo funkcioniranje iziskuju primjenu cijevi koje mogu izdržati tlak koji se javlja u mreži.

198

U inženjerskoj se praksi hidraulički proračun vodovodne mreže pod tlakom najčešće provodi pod pretpostavkom stacionarnog tečenja ravnom dionicom konstantne protjecajne površine, donosno unuutarnjeg promjera, primjenjujući Bernoullijevu jednadžbu za realnu tekućinu, koja sukladno prethodnim pretpostavkama poprima oblik:

(1.9-04)

gdje su: z1, z2 - visine položaja točaka 1 i 2 s obzirom na referentnu ravninu, [m], p1, p2 - tlakovi u istim točkama, [N m-2], g

- ubrzanje polja sile teže, [m s-2],

ρ

- gustoća mase vode, [kg m-3],

α

- Coriolisov koeficijent, [1], (α = 1.0),

v

- (srednja profilska) brzina vode u cijevi, [m s-1],

∆Htr

- hidraulički (tlačni) gubici zbog otpora trenja (linijski gubici) na dionici između promatranih točaka, [m].

Visinski oblik ove jednadžbe prikazan je na slici 1.9::12.

199

Slika 1.9::12 Grafički prikaz Bernoullijeve jednadžbe za ustaljeno strujanje realne tekućine u cijevi Dakle, gornjom jednadžbom nisu uzeti u obzir lokalni gubici. Ovakav pristup je kod hidrauličkog proračuna vodovodne mreže uobičajen zbog prevladavanja linijskih gubitaka nad lokalnim, kao posljedica znatne duljine vodovodne mreže. Hidraulički gubici, ∆H = ∆Htr, obično su definirani Darcy – Weisbachovom (1845) jednadžbom: (1.9-05)

200

gdje su, uz prethodne oznake: λ - koeficijent otpora tečenju zbog trenja, [1], L - duljina dionice, [m]. Vrijednost koeficijenta λ je u turbulentno prijelaznom režimu definirana Colebrook – Whiteovom jednadžbom: (1.9-06)

gdje su: ε

- apsolutna hrapavost, [mm],

Re - Reynoldsov broj, [1], definiran izrazom: (1.9-07) gdje je ν [m2 s-1] kinematički koeficijent viskoznosti vode.

201

Prema tome, za određivanje koeficijenta λ potrebno je znati i iznos apsolutne hrapavosti unutarnjih stijenki cijevi, ε. Ove su vrijednosti s obzirom na vrstu vodovodnih cijevi prikazane u tablici 1.9::I.

Vrsta cijevi

Apsolutna hrapavost ε [mm]

Lijevano željezne Čelične Azbest cementne Armiranobetonske Plastične

0.1 do 0.4 0.04 do 0.05 0.03 do 0.05 0.04 do 0.25 0.007 do 0.01

Tablica 1.9::I Apsolutna hrapavost vodovodnih cijevi

202

Dijeljenjem izraza 1.9-05 s duljinom dionice, L, dobijemo hidraulički pad, Iε [1], koji je jednak piezometarskom padu, I [1]: (1.9-08)

Budući da se kod vodovodnih mreža koriste okrugle cijevi čija je protjecajna površina, A [m2], definirana izrazom: (1.9-09) uz izraz za protok: (1.9-10) izraz 1.9-08 prelazi u oblik: (1.9-11)

Prema tome, hidraulički proračun promatrane dionice vodovodne mreže poznate duljine i vrste cijevi svodi se na određivanje sljedeća tri parametara:

203

(i)

za zadani protok, Q, i unutarnji promjer cjevovoda, D, treba odrediti piezometarski pad, I,

(ii) za zadani piezometarski pad, I, i unutarnji promjer cjevovoda, D, treba odrediti protok, Q, (iii) za zadani piezometarski pad, I, i protok, Q, treba odrediti unutarnji promjer cjevovoda, D. Da bi se izbjeglo učestalo računanje po prethodnim izrazima i tako olakšao hidraulički proračun vodovodne mreže, za praktične su potrebe publicirane tablice i nomogrami za određivanje parametara, I, Q i D. U tablici 1.9::II prikazan je izvadak vrijednosti ovih hidrauličkih parametara za cijevi s apsolutnom hrapavošću, ε = 0.1 [mm], što prema tablica 1.9::I odgovara lijevano željeznim cijevima. Uz spomenute parametre I, Q, i D može se očitati i brzina, v. Za vrijednosti između tabeliranih zadovoljava linearna interpolacija. Na slici 1.9::13 prikazan je nomogram za određivanje hidrauličkih parametara, također za cijevi s apsolutnom hrapavošću, ε = 0.1 [mm]. Istaknimo da su tablica i nomogram načinjeni s vrijednošću kinematičkog koeficijenta viskoznosti, ν = 1.308 [m2 s-1], što odgovara temperaturi vode, T = 10 [˚C].

204

Tablica 1.9::II Izvadak vrijednosti hidrauličkih parametara za okrugle cijevi

205

Slika 1.9::13 Nomogram hidrauličkih parametara za okrugle cijevi 206

Hidraulički proračun distributivne mreže, koja za razliku od magistralnih cjevovoda sadrži i usputnu potrošnju, karakteriziraju određene posebnosti uvjetovane shemom razdjelne vodovodne mreže. Postoje dvije osnovne sheme razdjelnih vodoopskrbnih mreža, slika 1.9::14: (a) shema granate mreže, (b) shema prstenaste mreže.

Slika 1.9::14 Osnovne sheme razdjelnih vodoopskrbnih mreža (a) granata; (b) prstenasta V – vodosprema (ili crpna stanica); 1 – glavni opskrbni cjevovod; 2 – razdjelna mreža; X – oznaka čvora

207

(a) Granatu mrežu karakterizira tečenje samo u jednom smjeru, od vodospreme prema potrošačima. U hidrauličkom pogledu prednost je ovakve mreže što su podloge za njen proračun jednoznačno određene. Mane su joj sadržane u većim tlačnim gubicima i pojavi ustajale vode na mnogobrojnim krajevima, te naročito u prekidu dotoka u slučaju kvara za sve potrošače iza mjesta kvara. (b) Prstenasta mreža u svakoj točki može biti napajana barem iz dva smjera, pošto su krajevi cjevovoda međusobno spojeni. Ovo znatno povećava pogonsku sigurnost, jer se u slučaju kvara na cjevovodu može isključiti relativno usko područje potrošača. Prednost je prstenaste mreže i znatno prilagođavanje oscilacijama u potrošnji, te ublažavanju fenomena vodnog udara. Mana je ove mreže, spram granate, veća ukupna duljina i nedefiniranost raspodjele protoka u mreži. Neovisno o shemi mreže, zbog postojanja mnoštva lokalnih kućnih priključaka vrlo je teško definirati stvarno stanje protoka između dva čvora, gdje se pod čvorom podrazumijeva mjesto razdvajanja cjevovoda.

208

Zato se kod hidrauličkog proračuna mreže koristi pojednostavljena shema, pretpostavljajući da se voda ravnomjerno distribuira po njenoj duljini, tako da je protok koji teče promatranom dionicom proporcionalan duljini dionice. Sukladno ovakvoj pretpostavci uvodi se pojam specifičnog protoka, q [l s-1 m-1], kao protoka koji pripada jednom dužnom metru mreže. Ovaj je protok definiran izrazom: (1.9-12)

gdje su: q‘max - najveći mjerodavni satni protok mrežom, [l s-1], oduzimajući potrošače čija je potrošnja koncentrirana u pojedinim čvorovima, Li

- duljina i – te dionice razdjelne vodovodne mreže, [m],

n

- broj dionica, [1].

Prema tome, i – toj dionici, duljine Li, pripada vlastiti protok, qv,i [l s-1]: (1.9-13)

209

Ukupan protok, qu,i [l s-1], i – te dionice jednak je zbroju vlastitog, qv,i, i tranzitnog protoka, qt,i, dakle: (1.9-14) Kod proračuna vodovodnih mreža problem se obično svodi na određivanje unutarnjih promjera i raspoloživih tlakova za dionice kojima je poznata duljina i protok. Vrijednost unutarnjeg promjera, D, kao pretežno ekonomske kategorije, može se u funkciji ukupnog protoka očitati sa slike 1.9::15. Ove vrijednosti promjera odgovaraju brzinama tečenja od 0.75 [m s-1], za najmanje promjere i protoke, do 1.5 [m s-1], za najveće promjere i protoke.

Slika 1.9::15 Dijagram ovisnosti unutarnjeg promjera cjevovoda i protoka 210

Prilikom hidrauličkog proračuna vodovodne mreže potrebno je voditi računa i o minimalno i maksimalno dopuštenim tlakovima u mreži. Minimalni tlak treba osigurati u satu najveće potrošnje na najvišim izljevnim mjestima u zgradama. Najčešće je reguliran propisima ili preporukama i obično iznosi 0.5 do 1.0 [bara], ovisno o vrsti objekta. Maksimalni tlak se odnosi na najveću dopuštenu vrijednost hidrostatičkog tlaka u najnižim točkama vodovodne mreže. Obično iznosi 8 [bara], a ponekad i manje (6 [bara]). Mogući su i drugi tlakovi, ovisno o karakteristikama vodovodne mreže, prvenstveno otpornosti (vrsti) cijevi i ugrađenih uređaja. (1) Hidraulički proračun granate mreže. U granatoj mreži, u uvjetima njenog napajanja s jednog kraja (rezervoara, crpke) voda se može do priključnog mjesta dovoditi samo s jedne strane. Zbog toga svojstva granate mreže, mogu se kod protoka zadanih u krajnjim dionicama mreže, idući od tih dionica ka početku mreže (uzvodno), odrediti protoci svih preostalih dionica jedinim mogućim načinom. Drugim riječima, sukladno izrazu 1.9-14, protok u pojedinim dionicama vodovodne mreže jednak je zbroju vlastite potrošnje duž promatrane dionice i protjecajne (tranzitne) količine za “nizvodne” dionice, uključujući i koncentriranu potrošnju, qx, u “nizvodnim” čvorovima, te požarne količine, qp, (točka 1.3-1). Postupak je shematski prikazan na slici 1.9::16.

211

Slika 1.9::16 Shema hidrauličkog proračuna granate mreže Primjer definiranja mjerodavnog (računskog) protoka, Qi, pojedinih dionica: (a) dionica 4 – 5 (1.9-15) (b) dionica 4 – 4A (1.9-16) (c) dionica 3 – 4 (1.9-17)

212

Prikazana metodologija definiranja mjerodavnih protoka neminovno sugerira dvije stvari. Prvo, ovakvo definiranje mjerodavnog protoka implicite uključuje pretpostavku istodobnosti maksimalne satne potrošnje za kućanske i industrijske potrebe te za gašenje požara, uz sasvim opravdano pitanje veličine vjerojatnosti istodobnosti maksimalne satne potrošnje za kućanske i industrijske potrebe te za gašenje požara. Međutim, ova je metodologija definiranja mjerodavnih protoka u praksi često prihvaćena, budući da se nalazi na strani sigurnosti. Jedino se za “slijepe” dionice (dionice 4 – 5, 4 – 4A, 3 – 3A, 2 – 2A i 1 – 1A na slici 1.9::16) za slučajeve kada je qv,i < qp, uzima Qi = qp ( a ne Qi = qv,i + qp). Drugo, kod naselja kod kojih s obzirom na broj stanovnika, Nk, konačne faze razvoja možda treba predvidjeti više istovremenih požara, pitanje su lokacije odnosno prostorna distribucija njihove moguće pojave, tj. da li se možda svi požari, s obzirom na eventualno dostatnu duljinu neke dionice, mogu javiti baš na toj dionici (npr. dionica 2 – 3, slika 1.9::16), ili i na susjednoj dionici (npr. dionica 1 – 2) ili pak i na sasvim udaljenoj (npr. dionica 4 – 5).

213

Time je očito da se u konačnosti vodovodna mreža mora hidraulički proračunati za više slučajeva koji se ocijene realnima, kako bi se našao kritičan, odnosno mjerodavan. Pri tome je, dakako, neosporna činjenica da treba respektirati mogućnost pojave požara u najudaljenijim i najvišim točkama mjesta potrošnje od crpke ili rezervoara. Treba također napomenuti da po prestanku požara potrošenu količinu vode iz rezervoara treba popuniti u roku od 24 [h]. Nakon toga, kada su definirani mjerodavni protoci svih dionica mreže, mogu se za njih odrediti promjeri cjevovoda i tlačni gubici, odnosno tlakovi. (2) Hidraulički proračun prstenaste mreže obično je temeljen na jednom od slijedeća tri postupka: (1) postupak ekvivalentnih cjevovoda, (2) postupak presijecanja, (3) Crossov postupak (1936). U praksi je najčešća primjena Crossovog (iterativnog) postupka. Ovdje se neće iznositi metodologija hidrauličkog proračuna prstenastih mreža. U primjeni se najčešće koriste računalni programski paketi s različitim komercijalnim pristupima kao npr. EPANET, WATER CAD, MIKE i drugi.

214

1.9.3. OBLIKOVNI KOMADI Prilikom projektiranja i izvedbe vodoopskrbne mreže potrebno je svladati česte promjene pravca, profila i vrste spojeva, te izvesti grananje cijevnih vodova. Ove se zadaće svladavaju posebnim komadima koje zovemo oblikovni ili fasonski komadi. Fasonski komadi se najčešće proizvode tvornički od lijevanog željeza, rjeđe od drugih materijala (čelika, azbest cementa ili plastike). Spojnice su s naglavkom, s prirubnicom i kombinirano. Proizvode se istih osobina, osim duljina, kao i cijevi. Vrste, veličina, sheme i oznake oblikovnih komada su standardizirane. U tablici 1.9::III prikazane su sheme i oznake nekih lijevano željeznih fasonskih komada. Oznake su prema Njemačkom industrijskom standardu (Deutsche Industrie Norm – DIN).

215

Tablica 1.9::III Sheme i oznake (prema DIN-u) nekih lijevano željeznih fasonskih komada

U praksi se može ukazati potreba i za nestandardiziranim fasonskim komadima. Njih treba posebno naručiti, zbog čega su skuplji, rok isporuke je dulji pa ih treba maksimalno izbjegavati.

216

1.9.4. VODOVODNE ARMATURE Vodoopskrbna mreža također sadrži i različite uređaje koji služe za njeno ispravno funkcioniranje, upravljanje i održavanje. Ovi se uređaji općim imenom zovu vodovodne armature. Izvode se od lijevanog željeza i čelika, istih nazivnih promjera i tlakova kao i vodovodne cijevi. Generalno postoje tri vrste armatura: (1) armature za zatvaranje i regulaciju, (2) armature za uzimanje vode, (3) zaštitne armature. (1) Armature za zatvaranje i regulaciju predstavljaju zasuni, koji se obavezno postavljaju na svim vodoopskrbnim ograncima i na ravnim potezima na udaljenosti od 300 do 500 [m]. Najrasprostranjenija je primjena (a) klinastih, (b) prstenastih (EV) i (c) leptirastih zasuna. Na slici 1.9::17 prikazan je prstenasti zasun.

217

Slika 1.9:17 Prstenasti zasun Radi ublaženja vodnog udara u mreži, svi su zasuni temeljeni na načelu postupnog zatvaranja. (2) Armature za uzimanje vode jesu: (a) hidranti (nadzemni i podzemni), (b) javni zdenci. (a) Hidranti, slika 1.9::18(a1) i (a2) služe za uzimanje vode za gašenje požara (požarni hidranti), pranje ulica, polijevanje javnih zelenih površina, ispiranje mreže i sl. Postavljaju se na razmaku do 150 [m] (naizmjenično s obje strane ceste), a u naseljima sa samostojećim obiteljskim kućama do 300 [m]. 218

(b) Javni zdenci, slika 1.9::18(b), služe za uzimanje pitke vode na javnim mjestima.

Slika 1.9::18 Armature za uzimanje vode (a1) nadzemni hidrant; (a2) podzemni hidrant; (b) javni zdenac

(3) Zaštitnim armaturama pripadaju: (a) odzračni ventili, (b) povratni ventili, (c) usisne košare, (d) žablji poklopci, (e) muljni ispusti, itd.

219

Slika 1.9::18 Zaštitne armature (a) odzračni ventil; (b) povratni ventil; (c) usisna košara; (d) žablji poklopac

(a) Odzračni ventili, slika 1.9::18(a), ugrađuju se na visokim prijevojnim točkama mreže radi automatskog ispuštanja zraka koji se u njima skuplja. (b) Povratni ventili, slika 1.9::18(b), osiguravaju strujanje vode u cjevovodu samo u jednom smjeru. (c) Usisne košare, slika 1.9::18(c), sprječavaju ulaženje većih stranih tijela u usisne cijevi. (d) Žablji poklopci, slika 1.9::18(d), služe za sprječavanje povratnog strujanja i ulaženja stranih tijela u cjevovod. (e) Muljni ispusti su uređaji za ispuštanje vode i mulja na niskim točkama mreže. 220

Radi omogućavanja pristupa i zaštite, u pravilu se sve vodovodne armature s pripadnim fasonskim komadima smještaju unutra posebnih okana. Veličine okana ovise o dimenzijama cijevi, fasonskih komada i armatura koji se u njih ugrađuju, te usvojenoj dubini polaganja cijevi. Pretežno se izvode od armiranog betona, na licu mjesta ili montažno, okruglog i poligonalnog (pravokutnog ili kvadratnog) tlocrta. Prema vrsti armature koja je u njih ugrađena, okna se specificiraju kao npr. zasunska okna, odzračna okna, okna muljnog ispusta, vodomjerna okna i sl. Na slici 1.9::19 prikazano je pravokutno armiranobetonsko zasunsko okno.

Slika 1.9::19 Pravokutno armiranobetonsko zasunsko okno 1 – podložni (betonski) blok; 2 – TT komad; 3 – zasuni; 4 – FF komad; 5 – tipske metalne stupaljke; 6 – tipski poklopac 221

1.9.5. UGRADNJA, ISPITIVANJE I DEZINFEKCIJA CJEVOVODA (1) Ugradnja cjevovoda. Jedan od osnovnih parametara ugradnje cijevi je dubina ugradnje, koja ovisi o (a) dubini smrzavanja, (b) vanjskom opterećenju (npr. prometnom), (c) vanjskom zagrijavanju i (d) temperaturi vode u cijevi. Kao zaštita od smrzavanja smatra se za naše kontinentalne prilike dovoljnim ugradnja dubine 1.0 [m], mjereno od tjemena (najviše točke) cijevi. Ovu je dubinu potrebno provjeriti i za slučaj vanjskog opterećenja cjevovoda. Radi zaštite od zagrijavanja, dubina ugradnje ne bi trebala biti manja od 0.5 [m], također mjereno od tjemena cijevi. Dubina ugradnje cjevovoda, usvojena za konkretan slučaj, približno je jednaka za čitavu mrežu pa vodovodne linije praktički slijede liniju terena. Prilikom ugradnje cjevovoda nije dovoljno voditi brigu samo o dubini polaganja cijevi u rovu, već i o potrebi izvedbe posteljice i nadsloja, slika 1.9::20.

222

Slika 1.9::20 Normalni poprečni presjek rova 1 – pješčano – šljunčani temeljni sloj; 2 – pješčani izravnavajući sloj; 3 – cijev; 4 – zemljani ili šljunčani zasip; 5 – materijal od iskopa

Naime, na dnu rova mogu nakon iskopa mjestimice zaostati koncentrirane neravnine i krupniji komadi, npr. lomljenog kamena, pa bi izravno polaganje cijevi na takvu podlogu moglo nakon zatrpavanja izazvati lokalnu koncentraciju naprezanja, a time i mogućnost oštećenja ili loma cijevi. Stoga se radi poravnanja dna rova najprije nasipa pješčano – šljunčani temeljni sloj, s veličinom zrna do 30 [mm], i ravnomjerno izvrši njegovo zbijanje po cijeloj duljini rova tako da debljina zbijenog temeljnog sloja iznosi oko 10 [cm]. Za cijevi manjih promjera (≈ D < 500 [mm]) dozvoljena je i manja debljina temeljnog sloja, ali je onda obavezna i upotreba sitnijih frakcija. Na temeljni sloj se potom nasipa oko 5 [cm] pješčanog izravnavajućeg sloja u kojemu cijev prilikom ugradnje sama oblikuje ležište. Temeljni i izravnavajući sloj čine posteljicu. 223

Nakon polaganja cijevi provodi se njezino zatrpavanje zemljanim ili šljunčanim materijalom u horizontalnim slojevima debljine do 30 [cm], kako bi se istovremeno sa zatrpavanjem obavilo i zbijanje zasipa. Kada visina zatrpavanja dosegne 30 [cm] iznad tjemena cijevi, preostali dio rova do površine (terena) može se, također uz zbijanje, zasuti materijalom od iskopa, maksimalne krupnoće zrna 15 [cm]. U slučaju znatnog iznosa vanjskog opterećenja potrebno je izvesti dodatnu zaštitu cjevovoda, npr. oblaganjem betonom ili ugradnjom cjevovoda u armiranobetonske sanduke. Osim dubine, važan parametar ugradnje cjevovoda je širina rova, Br [m], koju je potrebno osigurati radi mogućnosti ugradnje cijevi i izvedbe spojeva u rovu. Potrebna širina rova ovisi o promjeru cijevi, tablica 1.9::IV.

Tablica 1.9::IV Potrebna širina rova 224

Također, temeljem zakona održanja količine gibanja, na mjestima horizontalnih i vertikalnih lomova trase, grananja i krajeva slijepih dionica cjevovoda pojavljuje se sila tlaka s tendencijom kidanja spojeva i fasonskih komada, slika 1.9::21.

Slika 1.9:21 Djelovanje sile tlaka (a) na koljeno, (b) na račvu; (c) na završetak cijevi

Radi toga je potrebno posebno osiguranje takvih mjesta na trasi cjevovoda, što se postiže izvedbom uporišnih blokova. Ovi se blokovi najčešće izvode kao betonski masivi. Na slici 1.9::22(a) prikazan je primjer konstrukcije betonskog uporišnog bloka za osiguranje cjevovoda u horizontalnoj krivini, a na slici 4.9::22(b) za osiguranje u vertikalnoj krivini (za djelovanje sile tlaka prema gore).

225

Slika 1.9:22 Uporišni betonski blokovi (a) u horizontalnoj krivini; (b) u vertikalnoj krivini 1 – betonski blok; 2 – tucanička ili šljunčana posteljica; 3 – steznici; 4 – sidra; 5 – čelična ogrlica

Potreba za izvedbom uporišnih blokova je utoliko izraženija koliko se radi o većim promjerima cjevovoda (D > 400 [mm]).

226

Kod ugradnje vodoopskrbnih cjevovoda potrebno je sagledati i njihov međuodnos s ostalim infrastrukturnim elementima gradske ulice, slike 1.9::23.

Slika 1.9:23 Primjer rasporeda cijevi u poprečnom presjeku ulice I – prometni dio ulice; II – nogostupi; III – zeleni pojasevi 1 – glavni vodoopskrbni cjevovod; 2 – razdjelni vodoopskrbni cjevovod; 3 – kanalizacijski kolektor; 4 – plinovod; 5 – toplovod; 6 – kablovi visokog napona; 7 – kablovi niskog napona; 8 – kablovi javne rasvjete

U velikom gradovima s mnoštvom cijevnih infrastrukturnih vodova različite namjene često se izvode posebni prohodni tuneli, slika 1.9::24, koji omogućuju brz pristup i obavljanje popravaka bez raskopavanja rova. Ovakav tip rješenja je naročito čest kod mostova.

227

Slika 1.9:24 Prohodni tunel 1 – vodovi pod naponom; 2 – ptt vodovi; 3 – plinovod; 4 – toplovod; 5 – vodovod; 6 – kanalizacija

(2) Ispitivanje cjevovoda. Prije puštanja u pogon cjelokupna se vodovodna mreža ispituje na čvrstoću i vodonepropusnost tzv. tlačnom probom. Prije potpunog zatrpavanja rova postepeno se ispituju pojedine dionice mreže, kako bi se u slučaju potrebe popravaka lakše detektiralo mjesto kvara i ne bi morala raskopavati cjelokupna mreža. Vremensko trajanje ispitivanja i veličina ispitnog tlaka propisani su za pojedine vrste cijevi. (3) Dezinfekcija cjevovoda. Nova ili rekonstruirana vodovodna mreža mora se prije upotrebe podvrći dezinfekciji. Ovo se provodi tako da se dionice pune vodom koja sadrži 20 do 30 [mg] klora na litru vode. Kloriranje traje minimum 24 [h], a nakon toka se vodovodna mreža ispere čistom vodom. 228

1.9.6. PRIKAZIVANJE VODOOPSKRBNE MREŽE U PROJEKTU Vodoopskrbna mreža se u projektu prikazuje: (1) situacijskim planom, (2) uzdužnim profilima cjevovoda, (3) karakterističnim normalnim presjecima cjevovoda (za glavne i izvedbene projekte). (1) Situacijski plan vodovodne mreže crta se na kotiranom situacijskom planu vodoopskrbnog područja (s izohipsama). U njega se unose: (a) trase cjevovoda, (b) brojevi čvorova (stalnih točaka), (c) dimenzije profila i vrste cijevi za svaku dionicu između dva čvora, (d) oznake i brojevi pojedinih grupa objekata na mreži (npr. zasunskih okana – ZO1, ZO2, ..., crpnih stanica – CS1, CS2, ...). (e) posebni objekti na mreži (prijelazi preko rijeka i ispod željezničkih pruga, osiguranje cjevovoda), (f) stacionaža.

229

Situacijski plan se obično crta na kartama mjerila 1 : 2 500 do 1 : 5 000 za studije i idejne projekte, a 1 : 500 do 1 : 1 000 za glavne i izvedbene projekte. Na posebnim se listovima crtaju sheme čvorova s fasonskim komadima i vodovodnim armaturama. Svaki čvor je obilježen istim brojem kao na situacijskom planu i na isti način je orijentiran. (2) Uzdužni profili se crtaju za svaki cjevovod na posebno snimljenim uzdužnim profilima po trasi ugradnje cijevi. U njima trebaju biti upisani i ucrtani: (a) brojevi čvorova (stalnih točaka) iz situacijskog plana, (b) dimenzije profila i vrste cijevi po dionicama iz situacijskog plana, (c) oznake i brojevi pojedine grupe objekata na mreži iz situacijskog plana, (d) posebni objekti na mreži iz situacijskog plana, (e) duljina dionice u [m] s nagibom dna rova i taj nagib u [‰], (f) kote dna rova u [m n.m.] na prijelomima dna rova, (g) kote terena u [m n. m.], na prijelomima terena, (h) dubine iskopa u [m], na prijelomima dna rova, (i) piezometarske kote u [m n.m.] i linije s iznosima piezometarskog pada u [‰]. (j) razmak profila u [m], na prijelomima pod (f) do (h), (k) stacionaža u [km].

230

Kod crtanja uzdužnih profila obično se uzima isto mjerilo za duljine u kojem je izrađen i situacijski plan, a za visine se najčešće odabire mjerilo 1:100. (3) Karakteristični normalni presjeci obično se crtaju u mjerilu 1:5 do 1:50 (1:100), ovisno o dimenzijama profila i dubini iskopa. U njih se unosi: (a) geometrija rova (širina, dubina i nagib stijenki), (b) dimenzija profila i vrsta cijevi, (c) dimenzija i struktura posteljice, zasipa do 30 [cm] iznad tjemena cijevi (ili zaštite cijevi) i nadsloja.

231

More, morska obala i otoci, vode, .............................................................. za koje je zakonom određeno da su od interesa za Republiku, imaju njezinu osobitu zaštitu. (Čl. 52 Ustava Republike Hrvatske, 1990)

2. ODVODNJA 2.1. UVOD Odvodnja je sustav objekata i mjera za što brže prikupljanje i odstranjivanje otpadnih voda iz naselja, njihovo pročišćavanje i ispuštanje u prijemnik, te zbrinjavanje mulja koji nastaje u postupku pročišćavanja otpadnih voda. Dakle, osnovni je zadatak sustava odvodnje da se otpadne (onečišćene, odnosno zagađene) vode uz što povoljnije sanitarne uvjete što brže odstrane iz ljudske blizine i da se prije ispuštanja u recipijent (ili korištenja u neke druge svrhe) pročiste na stupanj koji će u skladu s propisanim standardima garantirati traženu čistoću toga prostora. Otpadnim vodama nazivaju se vode koje su bile upotrijebljene u određenu svrhu i pri tome prikupile dopunska onečišćenja (ili zagađenja) zbog kojih je došlo do promjene njihovih (i) fizikalnih, (ii) kemijskih, (iii) bioloških i (iv) bakterioloških svojstava. Otpadnim vodama također pripadaju i vode koje dospijevaju u sustav odvodnje od oborina i procjeđivanja podzemnih voda. 232

Prema porijeklu i karakteru onečišćenja (ili zagađenja) uobičajena je podjela otpadnih voda u četiri osnovne skupine: (1) kućanske ili sanitarne otpadne vode: potrošne (eng. grey water) i fekalne (engl. black water), (2) industrijske otpadne vode: onečišćene, odnosno zagađene i uvjetno čiste, (3) oborinske vode: od kiše, snijega i pranja ulica, (4) procjedne vode: od procjeđivanja podzemnih voda. Kućanske otpadne vode ili mješavina kućanskih i industrijskih otpadnih voda i/ili oborinskih voda nazivaju se komunalnim otpadnim vodama. (1) Kućanske otpadne vode rezultat su korištenja vode u seoskim i gradskim kućanstvima, ugostiteljstvu (turizmu), zdravstvu, školstvu, uslužnim i drugim neproizvodnim djelatnostima. To su vode iskorištene za: pripremanje hrane (kuhanje), proizvodnju namirnica, pranje posuđa i rublja, održavanje osobne higijene i stana (potrošne vode) i vode iz sanitarnih uređaja (fekalne vode). Sastav otpadnih tvari u kućanskim otpadnim vodama ovisi o nizu činilaca, a posebno o načinu života, klimatskim prilikama, izgrađenosti vodoopskrbnog sustava i raspoloživim količinama vode. U pogledu organskih tvari i posebno bioloških kontaminenata (prvenstveno virusa i bakterija) ove vode pripadaju skupini zagađenih voda (naročito fekalne vode). Kućanske otpadne vode neugodna su izgleda, boje i mirisa, što u estetskom pogledu predstavlja dodatno onečišćenje prijemnika takvih voda.

233

(2) Industrijske otpadne vode nastaju upotrebom vode u tehnološkim procesima i u proizvodnji energije (npr. kao rashladno sredstvo u izmjenjivačima topline kod termoelektrana i nuklearnih elektrana). Specifičnih su svojstava koja ovise o vrsti industrije i primijenjenom tehnološkom procesu. Radi toga se ne mogu generalizirati općim pokazateljima, već je potrebno svaku industriju razmatrati posebno. Mogu biti vrlo raznorodno zagađene (teškim metalima, kiselinama, bazama, mineralnim solima, biocidima, mineralnim uljima, ugljikovodicima, fenolima, aromatskim organskim spojevima, radioaktivnim tvarima, sintetskim kemijskim proizvodima i patogenim mikroorganizmima), ali i uvjetno čiste, tj. da upotrebom nisu pretrpjele značajniju promjenu fizikalnih i kemijskih svojstava, kao što su npr. vode iz rashladnih uređaja. Zagađene industrijske vode mogu se svrstati u dvije temeljne skupine: (a) biološki razgradive ili kompatibilne, koje se smiju miješati s kućanskim otpadnim vodama, (b) biološki nerazgradive ili inkompatibilne, koje se ne smiju miješati s kućanskim otpadnim vodama bez prethodnog pročišćavanja (predtretmana). Industrijske otpadne vode, naročito ako su toksične, mogu biti izuzetno škodljive po zdravlje ljudi, a posebno po biljni i životinjski svijet u prijemniku (ukoliko bi se ispuštale bez pročišćavanja). Zbog korozivnog djelovanja mogu biti štetne i za objekte odvodnje (prvenstveno cijevi), a također mogu nepovoljno djelovati i na pojedine vrste, odnosno faze, procesa pročišćavanja otpadnih voda. Upotrijebljene vode iz sanitarnih uređaja u industriji istih su svojstava kao i kućanske otpadne vode.

234

(3)

Oborinske vode posljedica su palih oborina (prvenstveno kiše i snijega) na urbano slivno područje i od pranja ulica, pošto i te vode u pogledu stupnja i karaktera onečišćenja, te načina rješavanja odvodnje, odgovaraju oborinskim vodama.

Stupanj onečišćenja (ili zagađenja) oborinskih voda koje s urbanog područja dotječu u sustav odvodnje, odnosno recipijent, ovisi o više činilaca kao što su vrsta površinskog pokrivača, intenzitet i vrsta prometa, utjecaj industrije, jačina i trajanje oborina, onečišćenost zračnog bazena, trajanje sušnog razdoblja i sl. Koncentracija onečišćenja u oborinskoj vodi mijenja se tokom trajanja oborine, odnosno u procesu otjecanja, tako da je kod prvih dotoka oborinske vode koncentracija suspendirane tvari i do deset puta veća nego u završnim fazama otjecanja. (4) Procjedne vode jesu podzemne vode koje prodiru u kanalsku mrežu kroz neispravne (vodopropusne) spojeve, pukotine, kućne priključke i priključke cijevi na pojedine objekte (naročito ulazna okna, crpne stanice). Ovoj skupini voda (koja se može nazvati i tuđim vodama) ubrajaju se i neposredni dotoci oborinskih voda koji prolaze kroz poklopce pojedinih građevina kanalske mreže (npr. ulaznih okana i crpnih stanica), zatim drenažne vode uz temelje građevina, te vode od neispravno izvedenih priključaka krovova i dvorišta zgrada. Procjedne vode nisu prema svojim svojstvima i sastavu otpadne vode, ali ih je (količinski) potrebno odrediti (procijeniti) kako bi se, radi kontrole propusne moći kanala i proračuna pogonskih troškova crpnih stanica i uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, eventualno uzele u obzir.

235

2.2. SUSTAVI ODVODNJE Sustav (javne) odvodnje je sustav objekata i mjera povezanih u funkcionalnu cjelinu s osnovnim ciljem prikupljanja, odvođenja i pročišćavanja otpadnih voda, te njihovog ispuštanja nakon pročišćavanja, uz zbrinjavanje mulja koji nastaje u postupku pročišćavanja otpadnih voda, na tehnički što ispravniji i ekonomičniji način. Odvođenje otpadnih voda sustavom javne odvodnje funkcionalno je povezano s vodoopskrbom, odnosno vodoopskrbnim sustavom. Sustav odvodnje, slika 2.2::01, čine sljedeće glavne grupe objekata: (1) kanalizacijska ili kanalska mreža, odnosno sporedna (sekundarna) i glavna (primarna) kanalska ili kolektorska mreža, kojom se otpadne vode prikupljaju i odvode do uređaja za pročišćavanje, (2) građevine kanalizacijske ili kanalske mreže (crpne stanice, ulazna i prekidna okna, preljevne građevine, itd.), kojima se omogućuje ispravno funkcioniranje, upravljanje i održavanje mreže, (3) uređaji za pročišćavanje otpadnih voda, kojima se otpadne vode pročišćavaju na stupanj koji je u skladu s propisanim standardima, (4) ispusti, kojima se pročišćene (ili nepročišćene) otpadne vode ispuštaju u prijemnik.

236

Slika 2.2::01 Definicijska shema sustava odvodnje 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – ulazna okna; 5 – crpna stanica; 6 – potisni cjevovod; 7 – prekidno okno; 8 – uređaj za pročišćavanje; 9 – ispust; 10 – prijemnik; 11 – granica područja odvodnje

Zbog načelnog karaktera slike 2.2::01 moguće je da neki od prikazanih objekata izostane (npr. crpna stanica, ako topografski odnosi omogućuju kompletnu gravitacijsku odvodnju) ili da se izgrade dodatni (npr. uređaj za predtretman industrijskih otpadnih voda). Osnovni elementi koji određuju podjelu sustava odvodnje jesu: (i)

način prihvaćanja i odvodnje otpadnih voda: (a) mješoviti ili skupni, (b) razdjelni ili odvojeni (separatni), (c) polurazdjelni ili djelomično razdjelni i (d) kombinirani sustavi, (ii) pogonske osobine sustava: (a) gravitacijski i (b) kombinirani (gravitacijsko – potisni) sustavi. 237

2.2.1.

SUSTAVI ODVODNJE PREMA NAČINU PRIHVAĆANJA I ODVODNJE OTPADNIH VODA

2.2.1-1. Mješoviti sustav odvodnje Mješovitim se naziva sustav odvodnje kod kojeg se sve skupine otpadnih voda odvode istim (zajedničkim) kanalima ili kolektorima, slika 2.2::02.

Slika 2.2::02 Shema mješovitog sustava odvodnje (a) pogonska shema; (b) shema tehničkog rješenja A, B i C - industrijski pogoni; 1 - sporedni kolektori; 2 - glavni kolektor; 3 - glavni odvodni kolektor; 4 - uređaj za pročišćavanje; 5 - ispust; 6 - prijemnik; 7 - granica područja odvodnje 238

Kod predočene sheme ovog sustava pretpostavljeno je da industrijske otpadne vode ne sadrže agresivne i štetne sastojke koji bi negativno utjecali na izgrađenu ili planiranu kanalizaciju i na predviđeni proces zajedničkog pročišćavanja otpadnih voda. U suprotnom, prije upuštanja industrijskih otpadnih voda u zajednički kolektor potrebno ih je podvrći predtretmanu, dakle, pročistiti do razine i karaktera zagađenosti kućanskih otpadnih voda. Na slici 2.2::03 prikazan je položaj kanala i kanalskih priključaka u poprečnom presjeku ulice s mješovitim sustavom odvodnje.

Slika 2.2::03 Položaj kanala i kanalskih priključaka u poprečnom presjeku ulice s mješovitim sustavom odvodnje 1 – kolektor; 2 – priključak kućanskih i industrijskih otpadnih voda; 3 – slivnik; 4 – priključak oborinske vode; 5 – kolnik

239

Osnovno količinsko (hidrauličko) opterećenje ovakvih sustava uzrokuju oborinske vode, pošto je za prosječno stanje odnos kućanskih i oborinskih voda ≈ 1:40 do 1:60 (u graničnim slučajevima i 1:100). Zato kod mješovitih sustava odvodnje funkcionalne dimenzije kanala proizlaze kao rezultat potrebnog prihvata oborinske vode, slika 2.2::04.

Slika 2.2::04 Dubina vode u kanalima kod mješovitog sustava odvodnje (a) sušno razdoblje; (b1), (b2) i (b3) kišno razdoblje

Zbog uvažavanja ekonomičnosti i činjenice da su oborinske vode manje onečišćene od kućanskih, na mješovitim se sustavima izvode preljevne građevine (kišni preljevi), s kojima se u vrijeme jakih kiša rasterećuje kanalski sustav izravnim ispuštanjem razrijeđenih voda u prijemnik, slika 2.2::05.

240

Slika 2.2::05 Načelo rada kišnih preljeva (a) sušno razdoblje; (b1) i (b2) kišno razdoblje Qs – protok otpadne vode koji dotječe u sušnom razdoblju; Qo – protok otpadne vode koji otječe kolektorima; Qr – protok otpadne vode koji se ispušta u prijemnik 1 – okno kišnog preljeva; 2 – kolektor; 3 – odvodni kolektor (prema prijemniku); 4 – kolnik

241

U sušnom razdoblju kolektorom protječu samo kućanske i industrijske otpadne vode, dok se nadolaskom kiše formira mješovito otjecanje, pri čemu kod graničnog razrjeđenja: (2.2-01) dolazi do rasterećenja razrijeđene otpadne vode. Vrijednost koeficijenta razrjeđenja, n [1], bazirana je na uvjetu koji proizlazi iz sanitarnih normi ispuštanja otpadnih voda u recipijent i proračunava se u ovisnosti od lokalnih prilika, hidroloških karakteristika kanaliziranog područja i samopročišćavajuće sposobnosti prijemnika. Na slici 2.2::06 prikazan je značaj primjene kišnih preljeva kod mješovitog sustava odvodnje. Pri tome su, u svojstvu primjera, analizirana tri varijantna tehnička rješenja: A - bez kišnih preljeva, B - s jednim kišnim preljevom, C - s dva kišna preljeva.

242

Slika 2.2::06 Primjena kišnih preljeva kod mješovitog sustava odvodnje A, B i C – varijantna rješenja i-i – oznaka poprečnog presjeka glavnog kolektora; KP1 i KPn – kišni preljevi; Di – promjer kanala; 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – ispust razrijeđene vode; 5 – uređaj za pročišćavanje; 6 – ispust; 7 – prijemnik; 8 – granica područja odvodnje

243

Osnovne mane mješovitog sustava odvodnje sadržane su u činjenicama da je u sušnom razdoblju brzina vode obično mala, što uzrokuje taloženje na dnu kolektora, te da u vrijeme jakih pljuskova kanalska mreža obično ne može prihvatiti svu palu oborinu pa može doći do poplavljivanja nižih područja gradskih aglomeracija (podruma, garaža i sl.). 2.2.1 – 2. Razdjelni sustav odvodnje Ovaj sustav može biti: (1) potpuno razdjelni, (2) nepotpuno razdjelni. (1) Potpuno razdjelni sustav izvodi se s dvije odvojene kanalske mreže, od kojih jedna služi za odvodnju oborinskih voda a druga za kućanske i industrijske otpadne vode, slika 2.2::07. Na slici je pretpostavljen karakter industrijskih otpadnih voda kao i kod predočene sheme mješovitog sustava odvodnje.

244

Slika 2.2::07 Shema potpuno razdjelnog sustava odvodnje (a) pogonska shema; (b) shema tehničkog rješenja A, B i C – industrijski pogoni, I – kanali za kućansku i industrijsku otpadnu vode; II – kanali oborinske vode 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – ispust oborinske vode; 5 – uređaj za pročišćavanje; 6 – ispust pročišćene vode; 7 – prijemnik; 8 – granica područja odvodnje

Na slici 2.2::08 prikazan je položaj kanala i kanalskih priključaka u poprečnom presjeku ulice s potpuno razdjelnim sustavom odvodnje.

245

Slika 2.2::08 Položaj kanala i kanalskih priključaka u poprečnom presjeku ulice s potpuno razdjelnim sustavom odvodnje 1 – kolektor oborinske vode; 2 – kolektor kućanskih i industrijskih otpadnih voda; 3 – slivnik; 4 – priključak oborinske vode; 5 – priključak kućanskih i industrijskih otpadnih voda; 6 – kolnik

Pored sheme prikazane na slici 2.2::07 moguća su i rješenja: (a) izravnog ispuštanja u prijemnik (bez pročišćavanja) samo oborinskih voda, dok se kućanske i industrijske otpadne vode također ispuštaju odvojeno, ali svaka nakon separatnog pročišćavanja, (b) izravnog ispuštanja u prijemnik oborinskih i uvjetno čistih industrijskih otpadnih voda, dok se kućanske i ostale industrijske otpadne vode (industrijske nakon predtretmana) skupno odvode na zajednički uređaj za pročišćavanje, te nakon pročišćavanja ispuštaju u prijemnik. 246

Potpuno razdjelni sustav odvodnje je načelno skuplji od mješovitog, jer se izvode dvije odvojene kanalske mreže. Međutim, u sanitarnom pogledu ovaj sustav je povoljan jer se sve kućanske vode odvode na uređaj za pročišćavanje. (2) Nepotpuno razdjelnim sustavom naziva se sustav odvodnje namijenjen za odvodnju samo kućanskih i zagađenih industrijskih otpadnih voda. Oborinske i uvjetno čiste industrijske otpadne vode odvode se izravno u prijemnik na najjednostavniji način putem jaraka, rigola i otvorenih kanala. Ovaj sustav je jefininiji jer je izbjegnuta izvedba oborinske kanalizacije. 2.2.1 – 3. Polurazdjelni sustav odvodnje Polurazdjelni sustav odvodnje, slika 2.2::09, se također sastoji od odvojenih kanalskih mreža kao i potpuno razdjelni sustav, s razlikom što su na oborinskim kanalima izvedeni razdjelni kišni preljevi, kojima se voda od pranja ulica i oborina malog intenziteta, Q1, a također i najviše zagađeni prvi dotoci oborinske vode od jakih pljuskova, automatski vode u kanalsku mrežu industrijsko – kućanske odvodnje i pripadnim kolektorom odvode prema uređaju za pročišćavanje. Ostale, razmjerno čiste oborinske vode, Q2, upuštaju se izravno u prijemnik.

247

Slika 2.2::09 Shema polurazdjelnog sustava odvodnje (a) pogonska shema; (b) shema tehničkog rješenja A,B i C – industrijski pogoni; I – kanali za kućansku i industrijsku otpadnu vode; II – kanali za oborinsku vodu 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – razdjelni kišni preljevi; 5 – ispust oborinske vode; 6 – uređaj za pričišćavanje; 7 – ispust pročišćene vode; 8 – prijemnik; 9 – granica područja odvodnje

Na slici 2.2::10 prikazano je načelo rada razdjelnog kišnog preljeva. Slika 2.2::10(a) predočuje režim rada kišnog preljeva kod polurazdjelnog sustava u vrijeme malih dotoka oborinskih voda (ili dotoka od pranja ulica), dok slika 2.2::10(b) prikazuje režim rada kišnog preljeva u vrijeme intenzivnih kiša.

248

Slika 2.2::10 Načelo rada kišnog preljeva (a) sušno i kritično razdoblje; (b) kišno razdoblje 1 – kanal oborinske vode; 2 – odvodni kanal oborinske vode prema prijemniku; 3 – kanal kućanske otpadne vode

2.2.1 – 4. Kombinirani sustav odvodnje Kombinirani sustav odvodnje, slika 2.2::11, najčešće nastaje kao rezultat širenja gradova, kada se u starijem dijelu grada zadrži mješoviti sustav, dok se u novijem dijelu izvodi razdjelni sustav.

249

Slika 2.2::11 Shema kombiniranog sustava odvodnje A – područje s mješovitim sustavom odvodnje; B – područje s razdjelnim sustavom odvodnje I – kanali mješovite odvodnje; II – kanali za kućanske i industrijske otpadne vode; III – kanali za oborinsku vode 1 – ispust oborinske vode; 2 – kišni preljev; 3 – uređaj za pročišćavanje; 4 – ispust pročišćene vode; 5 – prijemnik; 6 – granica područja odvodnje

Primjena kombiniranog sustava odvodnje zasniva se na činjenici da su u sušnom razdoblju kolektori mješovite odvodnje djelomično ispunjeni otpadnim vodama, tako da je na njih moguće priključiti kućanske i industrijske otpadne vode novih aglomeracija, dok se za oborinske vode koje ne mogu prihvatiti postojeći kolektori mješovite odvodnje izgrađuje separatna odvodnja oborinskih voda s njihovim izravnim ispuštanjem u prijemnik. ***

250

Odabir između opisanih sistema odvodnje treba provesti na osnovi analize (a) lokalnih uvjeta (topografije, gustoće i načina izgrađenosti naselja, položaja prijemnika prema slivnom području i njegov karakter), (b) sanitarnih zahtjeva i (c) tehničko – ekonomskih proračuna.

2.2.2. SUSTAVI ODVODNJE PREMA POGONSKOM REŽIMU

2.2.2 – 1. Gravitacijski sustav odvodnje Zbog pouzdanosti u radu i minimalnih pogonskih troškova sustav odvodnje se uvijek nastoji izvesti kao potpuni gravitacijski sustav s tečenjem sa slobodnim vodnim licem. Tečenje pod tlakom je kod gravitacijskog sistema nedopustivo, jer bi došlo do plavljenja otpadnim vodama priključnih mjesta (naročito nižih i podrumskih dijelova zgrada) i objekata sustava odvodnje. Kod trasiranja kanala vrlo su bitne topografske prilike, pri čemu se osigurava kompletno gravitacijsko otjecanje, slika 2.2::12.

251

Slika 2.2::12 Shema gravitacijskog sustava odvodnje 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – uređaj za pročišćavanje; 5 – ispust; 6 – prijemnik; 7 – granica područja odvodnje

2.2.2 – 2. Kombinirani sustav odvodnje Ovakav se sustav izvodi kao gravitacijsko – potisni sustav kod kojega je pretežni dio gravitacijski, slika 2.2::13, budući da je izgradnja kompletno potisnog sustava gotovo uvijek gospodarski neopravdana. Kombinirani sustav odvodnje se najčešće izvodi kada se zbog lokalnih topografskih prilika ne može osigurati gravitacijska odvodnja cjelokupnog područja odvodnje, već se kućanske i zagađene industrijske otpadne vode nižih zona crpkama potiskuju do visinske lokacije (prekidnog okna) odakle je osigurano gravitacijsko otjecanje. 252

Ovakvi su slučajevi u praksi dosta česti, pošto bi inzistiranje na rješenju s kompletnom gravitacijskom odvodnjom uvjetovalo izvedbu kanala ili kolektora na dubinama kod kojih iskop postaje ekonomski neprihvatljiv. Dodatni razlog za izvedbu ovakvog sustava odvodnje može biti i stoga što je u nekim područjima odvodnje visoka razina podzemne vode ili se radi o nepovoljnim geomehaničkim prilikama.

Slika 2.2::13 Shema kombiniranog sustava odvodnje 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – crpna stanica; 5 – potisni cjevovod; 6 – prekidno okno; 7 – uređaj za pročišćavanje; 8 – ispust; 9 – prijemnik; 10 – granica područja odvodnje

*** U praksi se ponekad izvodi i varijantno rješenje u odnosu na prethodno, tako da se kućanske i industrijske otpadne vode iz sabirnih spremnika, u koje se ove vode dovode gravitacijski, crpkama prepumpavaju potisnim cjevovodom do prekidnog okna. 253

Potisni dio kanalizacije se može primijeniti i za priključke niže od glavnog gravitacijskog kolektora. Time se smanjuje dubina ukapanja glavnog kolektora, jer se ne predviđa gravitacijsko priljučenje pojedinih iznimno nisko smještenih priključaka. Napomenimo da su, iako danas još u praksi rjeđe, moguća rješenja i vakuumske kanalizacije (kompletne ili u kombinaciji s gravitacijskom), koja je slična prethodnoj, s razlikom da se u glavnom vakuumskom cjevovodu održava potlak. U sabirnim spremnicima pojedinih zgrada (ili grupe zgrada) ugrađuje se vakuumski zatvarač koji se otvara kada se u spremniku sakupi određena količina otpadnih voda. Vakuumski zatvarač se zatvara nakon što je usisana otpadna voda i tako se održava potlak u cijeloj ili dijelu kanalske mreže. Crpna vakuumska stanica kojom se održava potlak u kanalskoj mreži obično se nalazi kraj prekidnog okna ili uređaja za pročišćavanje.

2.2.3. PROJEKTNO RAZDOBLJE Analogno kao i kod vodovoda potrebno je prilikom projektiranja sustava odvodnje odabrati projektna razdoblja za glavne grupe objekata. Stoga su u tablici 2.2::I prikazana uobičajena razdoblja izgradnje za dijelove sustava odvodnje.

254

PROJEKTNO RAZDOBLJE RP [godina]

VRSTA OBJEKTA

OSOBINE

Glavni kolektori i ispusti

Skupo i teško povećanje kapaciteta

40 do 50

Crpne stanice i uređaji za pročišćavanje

Kod manjeg prirasta stanovništva i manje kamate (≤ od 3 [%] godišnje)

20 do 25

Kolektori profila preko 400 [mm]

Zamjena manjih cijevi je kroz duže razdoblje skuplja

20 do 30

Tablica 2.2::I Projektna razdoblja za objekte sustava odvodnje

255

2.3. MJERODAVNE KOLIČINE OTPADNIH VODA Mjerodavne količine otpadnih voda čine količine kućanskih, industrijskih, oborinskih i procjednih voda, izraženih u vremenskoj jedinici, koje je potrebno prikupiti i odvesti sustavom odvodnje. Analiza mjerodavnih količina otpadnih voda temelji se s jedne strane na podacima o potrošnji voda (za kućanske i industrijske otpadne vode), a s druge strane na podacima o oborinama (za oborinske vode) i podacima o procjeđivanju podzemne vode (za procjedne vode). Zato će se u nastavku prikazati metodologija proračuna mjerodavnih količina za sve četiri skupine otpadnih voda. 2.3.1. KUĆANSKE OTPADNE VODE Prilikom određivanja količina kućanskih otpadnih voda koriste se: (1) specifična potrošnja vode, qsp [l stanovnik-1 d-1], (2) broj stanovnika, Nk [stanovnika], konačne faze razvoja, odnosno kraja projektnog perioda.

256

Prema tome, količina ovih voda prvenstveno ovisi o stupnju sanitarno – tehničke opremljenosti stanova, izgrađenosti naselja, kvaliteti i cijeni vode, postojanju odvodnje i klimatskim prilikama. Metodologija definiranja specifične potrošnje vode i broja stanovnika obrazložena je u točki 1.3.1. Izrazima 1.3-01 do 1.3-06 određuju se konzumne potreba stanovništva za pitkom vodom koje se osiguravaju iz vodovoda. Naravno, dio pitke vode se troši za namjene koje ne podliježu odvodnji (npr. polijevanje vrtova i parkova, gubici u vodovodnoj mreži). Ove namjene iznose u prosjeku 10 do 15 [%] ukupne dnevne potrošnje vode, što ovisi o karakteru naselja i održavanju vodoopskrbnih objekata. U slučaju izraženijih gubitaka na vodovodnoj mreži spomenuto umanjenje može iznositi i preko 30 [%].

2.3.2. INDUSTRIJSKE OTPADNE VODE

Mjerodavne količine industrijskih otpadnih voda u najtješnjoj su vezi s primijenjenim tehnološkim procesom, budući da svaka industrija ima specifične proizvodne procese.

257

U stručnoj se literaturi često nalaze podaci o količinama otpadnih voda, najčešće po jedinici proizvoda. Međutim, u primjeni takvih podataka treba biti obazriv iz dva razloga. Prvo, potrošnja vode po jedinici proizvoda znatno varira i često je vrlo različita čak i u analognim poduzećima, budući da ovisi od tipa primijenjene opreme, sheme tehnološkog procesa i lokalnih uvjeta. Drugo, tehnološki procesi većine industrija se s vremenom usavršavaju, čime se mijenja i potreba za vodom. Zato količine industrijskih otpadnih voda iz literature mogu poslužiti samo kao orijentacijski pokazatelji. Također, sam podatak o količini potrebne vode u industriji obično nije dostatan za određivanje mjerodavne količine otpadne vode, jer je od bitnog značenja i poznavanje režima ispuštanja industrijskih otpadnih voda iz pojedinih tehnoloških procesa. Stoga se količina i režim ispuštanja industrijskih otpadnih voda najbolje određuje anketom kod proizvodnih tehnologa, dakle, posebno od slučaja do slučaja, respektirajući konkretne zahtjeve, jer razlike u odnosu na podatke iz literature mogu biti višestruke.

258

Prilikom rješavanja industrijske odvodnje potrebno je uzeti u obzir i količine vode koje se unutar pogona koriste za sanitarne svrhe. Ovaj je podatak od naročitog značaja kod industrija koje zapošljavaju velik broj radnika, odnosno koje u svom proizvodnom procesu ili ne sadrže značajnih količina industrijskih otpadnih voda ili sanitarne vode u ukupnoj otpadnoj vodi sudjeluju sa značajnim iznosom.

2.3.3. OBORINSKE VODE

Proračun mjerodavnih količina oborinskih voda koje dotječu u kanalsku mrežu hidrološki je problem površinskog otjecanja. U inženjerskoj se praksi površinsko otjecanje oborinskih voda najčešće određuje racionalnom metodom (racionalnom formulom) predstavljenom izrazom:

(2.3-01) gdje su: Qmax

- maksimalan protok s promatranog slivnog područja, [l s-1],

c

- koeficijent otjecanja, [1],

259

i(to,PR) – mjerodavna jačina oborina određenog trajanja, to [min], jednakog vremenu sabiranja (vremenu koncentracije) sliva, tc [min], i određenog povratnog razdoblja, PR [godina], [l s-1 ha-1], A

- veličina slivne površine, [ha].

Dakle, primjenom racionalne formule dobije se maksimalni protok, Qmax, koji se formira na nekom slivnom području za slučaj kada je vrijeme trajanja oborina, to, jednako vremenu sabiranja sliva, tc. Kod toga je metodologija definiranja navedenih parametara sljedeća: (1) Određivanje koeficijenta otjecanja, c, se kod problema odvodnje oborinskih voda s urbanih površina u pravilu svodi na definiranje srednje vrijednosti koeficijenta otjecanja, budući da se zapravo radi o kompoziciji različitih vrsta slivnih površina (npr. asfaltne površine, krovovi, parkovi, sportska igrališta), koju svaku ponaosob karakterizira određena vrijednost koeficijenta otjecanja, tablica 2.3::I.

260

Tablica 2.3::I Vrijednosti koeficijenata otjecanja prema Frühlingu (1903) u ovisnosti o vrsti slivne površine

261

Tada se za mjerodavnu uzima srednja vrijednost koeficijenta otjecanja, csr, temeljem sljedećeg odnosa: (2.3-02)

gdje su: ci - koeficijent otjecanja i-te slivne površine, [1], Ai - veličina i-te slivne površine, [ha], A - ukupna veličina obrađivanog sliva, [ha]. Pomoću gornjeg izraza moguće je izračunati srednji koeficijent otjecanja pojedinih naselja ili pojedinih karakterističnih dijelova naselja, ukoliko kod otjecanja s tih područja unutar jedinstvene aglomeracije postoje bitne razlike. Ovo je primjereno većim gradovima, gdje su znatno veća otjecanja u središnjim nego li u perifernim dijelovima. (2) Određivanje mjerodavne jačine oborina, i(to,PR), u funkciji njihovog trajanja, to, i ponavljanja, PR, temeljeno je na statističkoj obradi podataka o oborinama, tj. na definiranju ITP odnosa. (a) Trajanje oborina, to, odnosno vrijeme koncentracije sliva, tc, predstavlja podatak koji karakterizira trajanje otjecanja od najudaljenije točke kanaliziranog slivnog područja do analiziranog profila kanalske mreže, slika 2.3::01.

262

Slika 2.3::01 Shema otjecanja oborinske vode 1 – otjecanje sa slivne površine; 2 – otjecanje rigolom; 3 – otjecanje kanalom; 4 – slivnik

Ovo je vrijeme utvrđeno odnosom: (2.3-03) gdje su: tsl - vrijeme površinskog sabiranja oborinske vode, [min], tr - vrijeme površinskog otjecanja oborinske vode rigolima do slivnika, [min], tk - vrijeme otjecanja oborinske vode kanalima do analiziranog profila kanalske mreže, [min] 263

(i)

Vrijeme površinskog sabiranja, tsl, obično se uzima s vrijednošću tsl = 10 [min], što približno odgovara srednjoj vrijednosti jediničnog sliva i ravničarskoj strukturi terena s prosječnom učestalošću vodonepropusnih ploha.

(ii) Vrijeme površinskog otjecanja, tr, rigolima do slivnika definirano je izrazom: (2.3-04)

gdje su: β - koeficijent, [1], koji uzima u obzir postupni porast brzine oborinske vode u rigolima. Obično se uzima, β = 1.25, Lr - duljina rigola, [m], vr - brzina oborinske vode na kraju rigola, [m s-1]. Budući da određivanje vremena površinskog otjecanja prema gornjem izrazu pretpostavlja poznavanje brzine oborinske vode u rigolima, što je inače relativno teško točno definirati, za praktične potrebe proračuna zadovoljava se s vrijednošću vremena površinskog otjecanja, tr = 5 [min].

264

(i)

Vrijeme otjecanja kanalima, tk, do analiziranog profila kanalske mreže dano je izrazom: (2.3-05)

gdje su: ‫ ט‬- koeficijent, [1], koji uključuje popunjavanje protočnog profila kanala kod pojave kiše, odnosno postupni porast brzine oborinske vode. Obično se uzima, ‫ = ט‬2.0, n - broj kanalskih dionica, [1], Li - duljina i-te kanalske dionice, [m], vi - brzina oborinske vode u i-toj kanalskoj dionici, [m s-1]. Iz izraza 2.3-05 je vidljivo da za definiranje vremena otjecanja oborinske vode kanalima također treba znati brzinu oborinske vode u tim kanalima. Za njeno je pak određivanje potrebno znati protok koji se upravo preko mjerodavnog intenziteta oborina želi proračunati. Prema tome, rješenje je jedino moguće dobiti iterativno, pretpostavljajući brzinu oborinske vode u kanalima i posredstvom nje zaključno definirati mjerodavnu jačinu oborina te pomoću izraza 2.3-01 izračunati količinu oborinske vode, koja onda predstavlja ulazni podatak hidrauličkog proračuna kanalske mreže.

265

Ako se proračunom dobije vrijednost brzine oborinske vode u kanalima jednaka pretpostavljenoj, čitav se proračun usvaja kao konačan. U protivnom se iterativni postupak ponavlja sve dok proračunata brzina ne bude (u granicama zahtijevane točnosti) jednaka pretpostavljenoj. Striktno pridržavanje prethodno objašnjenog postupka znatno usložnjava iznalaženje mjerodavne jačine oborina, a da to većinom nema nekog praktičnog značenja na točnost konačnog proračuna. Osim toga, kod suvremenih se rješenja odvodnje oborinskih voda javlja tendencija odabiranja manjih vrijednosti trajanja mjerodavnih oborina u odnosu na vrijednosti dobivene prethodno izloženom metodologijom. Npr. u Njemačkoj, Švicarskoj i većini drugih zapadno evropskih zemalja trajanje mjerodavne kiše obično se uzima s vrijednošću to = 15 [min], a u Rusiji s vrijednošću to = 20 [min], uz napomenu da se interpretacija daljnjeg otjecanja obavlja uz korekciju produljenja trajanja mjerodavne oborine, čime se uključuje smanjenje računskog dotoka, odnosno uvažava se značaj retardacije u otjecanju. Stoga se za praksu preporuča preliminarno odabrati trajanje mjerodavne oborine, to = 15 do 20 [min]. (b) Povratno razdoblje mjerodavne oborine, PR, karakterizira učestalost pojave potpunog kapacitiranja (oborinske) kanalske mreže. Odabire se analizom pratećih posljedica uslijed oborina određenog povratnog razdoblja s obzirom na odabrane dimenzije kanala. Ovaj se pojam ni u kom slučaju ne smije poistovjetiti s projektnim razdobljima mjerodavnim za dimenzioniranje drugih objekata sustava odvodnje.

266

Na slici 2.3::02 prikazane su tri veličine kanala za odvodnju oborinskih voda s istog slivnog područja, ali za druge povratne periode mjerodavnih oborina. Vidljivo je da se smanjenjem povratnog razdoblja potrebne dimenzije kanala bitno smanjuju. Time se ujedno smanjuju i troškovi izvedbe kanala, tako da je logična primjena što nižih povratnih razdoblja mjerodavne jačine oborina.

Slika 2.3::02 Dimenzije kanala u funkciji povratnog razdoblja mjerodavne jačine oborina

Međutim, s druge se strane postavlja pitanje kolike su moguće štete kao posljedica funkcionalne poddimenzioniranosti kanala uzimanjem niskih vrijednosti povratnih razdoblja, a s time i manjih intenziteta oborina. Budući da se posljedice toga prvenstveno očituju u zadržavanju vode na slivnim površinama, zatim u formiranju djelomičnih površinskih tokova, a tek iznimno u pojavi manjih šteta zbog ulaska vode u podrume, garaže i sl., logično je da povratno razdoblje mjerodavnih oborina treba razmatrati uz drukčije uvjete nego je to slučaj kod npr. regulacije prirodnih vodotoka, kada se radi zaštite od poplava obično računa s povratnim periodima velikih voda reda veličine stotinu i više godina. 267

Stoga se računsko ponavljanje oborina za kanalsku odvodnju obično uzima od 0.5 do 3.0 godine. Odabiranje konkretne vrijednosti unutar ovog intervala preporuča se vezati uz sisteme odvodnje, tako da se orijentacijski mogu usvojiti slijedeće vrijednosti: (i)

za mješovite sustave odvodnje, PR = 1 do 2 (iznimno 3) godine,

(ii) za razdjelne sustave odvodnje, PR = 0.5 do 1 godine, s time da se kod svakog konkretnog slučaja provedu detaljnije analize, uvažavajući parametre koji su od značajnijeg utjecaja za donošenje odluke o odabiranju određenog povratnog razdoblja. (3) Određivanje veličine slivne površine, A, provodi se s geodetskih podloga (karata) odgovarajućeg mjerila, najčešće postupkom planimetriranja.

2.3.4. PROCJEDNE VODE Procjenu količina procjednih voda koje će dospjeti u kanalsku mrežu vrlo je teško provesti. Ova količina ovisi o hidrogeološkim prilikama, veličini urbaniziranog slivnog područja, razmaku i dubini ukapanja kanala, vrsti i kvaliteti spojeva, održavanju kanalizacijske mreže i sl. U inženjerskoj praksi postoji mnoštvo iskustvenih podataka, odnosno preporuka (naročito američkih, ruskih) za proračun dotoka procjednih voda. Kao najčešće navode se sljedeće preporuke:

268

(a) gornja granična vrijednost dotoka procjednih voda jednaka je protoku kućanskih otpadnih voda analiziranog kanala, (b) dotok procjednih voda iznosi 10 do 20 [l stanovnik-1 d-1], (c) dotok procjednih voda iznosi 3 do 5 [%] maksimalnog satnog protoka kućanskih otpadnih voda ili 10 do 15 [%] srednjeg dnevnog protoka svih otpadnih voda, (d) maksimalni dotok procjednih voda iznosi 45 [l d-1] na 1 [km] duljine i 1 [mm] promjera kanala, (e) dotok procjednih voda s kanalizirane slivne površine iznosi 0.2 do 30 [m3 d-1 ha-1]. Mada na prvi pogled ovi podaci sugeriraju mogućnost uzimanja količina procjednih voda u relativno širokim granicama, ipak treba napomenuti da oni, osim u nekim posebnim slučajevima, načelno ne dominiraju (ili su čak zanemarivi) u ukupnoj količini otpadnih voda. Zato se procjedne vode ne uzimaju u obzir kod proračuna mješovite i oborinske kanalizacije, već jedino kod proračuna kanalizacije kućanskih i industrijskih otpadnih voda.

2.3.5. PROJEKTNE KOLIČINE OTPADNIH VODA Određivanje funkcionalnih dimenzija objekata sustava odvodnje provodi se na temelju njihovog hidrauličkog opterećenja, gdje se uzima u obzir zbirna količina svih skupina otpadnih voda koje se prikupljaju, odvode, pročišćavaju i ispuštaju. Kod toga je potrebno izračunati sljedeće karakteristične protoke (količine) otpadnih voda:

269

(1) najveći dnevni i srednji satni protok, (2) najveći dnevni i najveći satni protok (sušni i kišni), (3) najmanji satni protok. Koji je od ovih protoka (ili njihova kombinacija) mjerodavan za hidraulički proračun ponajprije ovisi o vrsti i režimu rada sustava odvodnje i građevina kanalizacijske mreže. Budući da će o kanalizacijskim građevinama biti govora u narednim izlaganjima, ovdje se iz metodoloških razloga neće ulaziti u detaljniju specifikaciju mjerodavnih količina otpadnih voda za njihov hidraulički proračun, već će se to učiniti prilikom opisa samih građevina.

270

2.4. KANALIZACIJSKE MREŽE Kanalizacijsku ili kanalsku mrežu čini ukupnost glavnih i sporednih kanala ili kolektora, međusobno spojenih preko pojedinih objekata sustava odvodnje u funkcionalnu cjelinu, radi prikupljanja i odvodnje otpadnih voda.

Kanalizacijski kanal ili kolektor je kanal ili cijev određenog oblika koji služi za prikupljanje, odnosno odvodnju otpadnih voda. Sporedni kolektori su odvodnici koji primaju na sebe niz priključaka. Glavni kolektori su odvodnici koji primaju na sebe niz sporednih kolektora. Glavni odvodni kolektor je kolektor koji sve prikupljene vode odvodi do uređaja za pročišćavanje ili do ispusta. Kanalizacijska mreža je osnovni objekt sustava odvodnje i nerijetko čini preko 95 [%] ukupne izgradnje. Osnovni zahtjevi koji se postavljaju kod kanalizacijske mreže istovjetni su onima kod vodovodne mreže, specificiranim u uvodnom dijelu točke 1.9, s razlikom što se kriterij glatkoće unutarnjih stijenki kanala postavlja radi smanjenja otpora tečenju i sprječavanja taloženja u kanalima.

271

Podjela kompletnih kanalizacijskih mreža ili njihovih dijelova najčešće se provodi prema: (1) shemi mreže: poprečne, obuhvatne, uzdužne, radijalne, prstenaste, razgranate i zonirane, (2) obliku kanala: otvorene i zatvorene, (3) materijalu izvedbe: betonske, armiranobetonske, azbest cementne, plastične, čelične, keramičke (od kamenštine) i lijevano željezne, (4) funkciji: sabirne i odvodne, (5) pogonskom režimu: gravitacijske i kombinirane (gravitacijsko – potisne), (6) načinu tečenja vode: sa slobodnim vodnim licem i kombinirane (sa slobodnim vodnim licem i pod tlakom). Podjela kanalizacijskih mreža ili njihovih dijelova prema prva tri kriterija opisat će se odvojeno u narednim točkama, dok je o funkciji, pogonskom režimu i načinu tečenja bilo prethodno govora, a i dodatno će se zajedno obraditi u zasebnoj točki koja će se odnositi na hidraulički proračun mreže. Ovdje će se također iznijeti ograničenja projektnih parametara kanalizacijskih mreža, način ugradnje i ispitivanja kanala, te prikazivanje kanalizacijske mreže u projektu.

272

2.4.1. SHEME KANALIZACIJSKIH MREŽA Pod shemom kanalizacijske mreže podrazumijevamo situacijski oblik mreže (s pripadnim objektima) unutar kanaliziranog urbanog područja. Shema kanalizacijske mreže se pravi prema tehnički – ekonomskom rješenju sistema odvodnje, uz uvažavanje relevantnih lokalnih činilaca (reljef, rješenje prometnica, uvjeti zemljišta, hidrogeološki uvjeti, položaj prijemnika u odnosu na područje koje se kanalizira) i perspektivnog razvoja kanalizacijske mreže. S obzirom na izraženu raznovrsnost i međusobnu povezanost ovih faktora postoji nekoliko osnovnih shema kanalizacijskih mreža, slika 2.4::01, kao npr.: (a) Shema poprečne (okomite, normalne) kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(a), kod koje se pojedini dijelovi (zone) urbanih područja (naselja) kanaliziraju mrežom sekundarnih kolektora, spojenih na glavne kolektore koji su položeni okomito na prijemnik, a otpadne vode se transportiraju ili do uređaja za pročišćavanje ili (ako se radi o uvjetno čistim vodama – npr. oborinskim) izravno ispuštaju u prijemnik.

273

Ova se shema svrsishodno koristi kod naselja smještenih uzduž obala prijemnika (rijeka, jezera i mora) s manje – više izraženim padom terena prema prijemniku. Karakterstično je da su ovom shemom pretežno rješavani stariji sustavi odvodnje, kada se nastojalo otpadne vode gravitacijski (što kraćim putim i bez pročišćavanja) dovesti do prijemnika. Danas je u pogonskom pogledu ova shema neprikladna, jer iziskuje nekoliko odvojenih uređaja za pročišćavanja (koji se najčešće nalaze u istom slivu), što znatno poskupljuje ovakvo rješenje. (b) Shema obuhvatne kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(b), karakterizirana je položajem glavnog kolektora paralelno s prijemnikom, a na njega okomito (u smjeru najvećeg pada terena) priključuju se (najčešće međusobno paralelni) sekundarni kanali ili kolektori. Primjena ove sheme dolazi do izražaja u gotovo svim alternacijama kada je naselje formirano na relativno uskom pojasu paralelno s recipijentom. Ako je urbano područje smješteno s obje strane prijemnika obično se izvode dva (paralelna) glavna kolektora, na svakoj strani po jedan. Tada se jedan od njih spaja s drugim (obično sifonom) da bi se pročišćavanje otpadnih voda obavilo na jednom uređaju. (c) Shema uzdužne (paralelne) kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(c), karakterizirana je međusobno paralelnim položajem glavnine sporednih kanala. Također, osnovna mreža kod ove sheme najčešće je paralelna i s prijemnikom. Sve otpadne vode prihvaćaju se glavnim kolektorom, a potom glavnim odvodnim kolektorom transportiraju do uređaja za pročišćavanje.

274

Ako je naselje smješteno samo na jednoj obali prijemnika, riječ je o jednostranoj uzdužnoj shemi. U protivnom, radi se o dvostranoj ili lepezastoj uzdužnoj shemi (kao u predočenom primjeru). Ukoliko pak kanalizaciju pojedinih dijelova naselja nije moguće riješiti gravitacijskom odvodnjom, nego se to ostvaruje pomoću crpnih stanica, tada se radi o (jednostranoj ili dvostranoj) uzdužnoj zonskoj shemi. (d) Shema radijalne kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(d), predočena je s nekoliko zasebnih sustava odvodnje pojedinih zona unutar jedinstvenog područja odvodnje s radijalnim položajem glavnih kolektora od centra prema periferiji. Ova se shema primjenjuje u područjima kod kojih nije tehničko – ekonomski opravdano sve otpadne vode odvoditi prema jednom (središnjem) uređaju za pročišćavanje. Najčešće se koristi kod većih gradova koji su se postepeno širili ili su zbog topografskih prilika decentralizirani po stambenim zonama sa zasebnim sustavima odvodnje. U pogonskom pogledu nedostatak ove sheme istovjetan je onome kod sheme poprečne kanalizacijske mreže.

275

Slika 2.4::01 Sheme kanalizacijskih mreža (a) poprečna; (b) obuhvatna; (c) uzdužna; (d) radijalna; (e) prstenasta; (f) razgranata; (g) zonirana 1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – uređaj za pročišćavanje; 5 – ispust; 6 – crpna stanica; 7 – potisni cjevovod; 8 – sifon; 9 – granica područja odvodnje; 10 – prijemnik 276

(e) Shema prstenaste kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(e), primjenjuje se u slučajevima kada je naselje smješteno na izraženom reljefnom području (brežuljak, brdo i sl.), pri čemu vododjelnica razgraničuje naselje na više lokalnih slivnih zona. Polaganjem dvaju (obodnih) glavnih kolektora u obliku prstena po najnižim (perifernim) dijelovima naselja obuhvaćaju se svi sekundarni kolektori, odnosno čitavo urbanizirano područje. U ovoj su shemi sporedni kolektori obično kratki i manjih profila, dok se (obodni) glavni kolektori spajaju u glavni odvodni kolektor kojime se otpadne vode odvode na zajednički uređaj za pročišćavanje. (f) Shema razgranate kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(f), ne sadrži posebno izražen glavni (odvodni) kolektor, već niz sekundarnih kolektora kojima se otpadne vode odvode prema najnižoj lokaciji područja odvodnje. Pri tome je vrlo često da se na toj lokaciji, radi mogućnosti daljnjeg transporta otpadnih voda do uređaja za pročišćavanje, pojavljuje potreba za izvedbom crpne stanice. Ova se shema obično primjenjuje na urbanim područjima s vrlo razvijenim reljefom ili u slučajevima etapne izgradnje (što joj je naročita pogodnost), pri čemu pojedine zone u topografskom pogledu gravitiraju nekoj najnižoj točki. (g) Shema zonirane kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(g), karakterizirana je dvjema (ili više) zonama s neovisnim kanalizacijskim mrežama. Međutim, usprkos podjele naselja na neovisne zone, sustav odvodnje je jedinstven, budući da se sve otpadne vode dovode (gravitacijski ili crpljenjem) do zajedničkog uređaja za pročišćavanje. Ova se shema pretežno koristi ili kod proširenja starih naselja, odnosno formiranja novih prigradskih, ili kada topografske prilike uvjetuju proširenje urbanog područja na više zona.

277

2.4.2. KANALIZACIJSKE MREŽE PREMA OBLIKU KANALA

Ponajprije, kanali ili kolektori mogu biti: (I) otvoreni, (II) zatvoreni. (I) Kod otvorenih kanala je vodno lice vidljivo, jer kanal nema pokrovnu konstrukciju. Pretežno su, kao i kod glavnih vodovodnih dovodnih kanala, trapeznog oblika, slika 1.9::11(a). Ovi kanali se mogu koristiti isključivo za odvodnju relativno čistih voda (npr. oborinskih), odnosno voda koje u sanitarnom pogledu nisu opasne za okolinu. (II) Pod zatvorenim kanalima podrazumijevaju se kanali kod kojih se cijeli profil nalazi u zatvorenoj konstrukciji, u pravilu potpuno ukopanoj ispod prometnih ili slobodnih površina. Kanali zatvorenog tipa obavezno se primjenjuju na kanalskoj mreži unutar urbanog područja.

278

Osnovna podjela ovih kanala je moguća prema: (1) obliku profila, (2) veličini profila. (1) Prema obliku profila uobičajeno je zatvorene kanale, slika 2.4::02, svrstati u tri osnovne skupine: (a) kanali kružnog oblika, B = H = 2r = D, (b) kanali izduženog (jajolikog, polukružnog i pravokutnog) oblika, H > B, (c) kanali stlačenog (potkovičastog i kapastog) oblika, H < B, gdje su: B - širina kanala, [m], H - visina kanala, [m], r - radijus kanala, [m], D - promjer kanala, [m].

279

Slika 2.4::02 Karakteristični oblici kanala (a) kanali kružnog oblika; (b) kanali izduženog oblika; (c) kanali stlačenog oblika (a1) kružni oblik; (a2) kružni oblik s kinetom (b1) jajoliki oblik; (b2) jajoliki okrenuti oblik; (b3) jajoliki okrenuti oblik s kinetom; (b4) polukružni oblik; (b5) pravokutni oblik zaobljenog dna; (b6) pravokutni oblik s kinetom (c1) potkovičasti oblik; (c2) kapasti oblik 280

Suvremena praksa građenja sustava odvodnje u najvećoj mjeri koristi kanale kružnog oblika. Ovakav oblik kanala posjeduje izrazito povoljne hidrauličke osobine i jednostavan je za industrijski način proizvodnje i montažu. Jajoliki i polukružni kanali izduženog oblika, zbog povoljnih preuzimanja statičkih i dinamičkih opterećenja, pretežno se koriste za plića ukapanja ispod intenzivno opterećenih prometnih površina. Po hidrauličkim osobinama ovi su kanali gotovo ekvivalentni kanalima kružnog oblika. Jedino su kod pravokutnih oblika kanala ove karakteristike nešto slabije. Kanali stlačenog oblika uglavnom se koriste umjesto kanala kružnog oblika kod presijecanja trase kanala s trasama podzemnih komunikacija koje ograničavaju punu visinu kružnog profila. (2) Prema veličini profila zatvorene kanale dijelimo na: (a) prohodne, (b) neprohodne. Prohodni kanali su oni čije dimenzije omogućuju ulazak radnika u kanale radi njihove revizije, čišćenja i popravaka. U protivnom, kanali su neprohodni. Smatra se da je visina kanala, H = 1000 [mm], granična veličina podjele kanala na prohodne i neprohodne.

281

2.4.3. KANALIZACIJSKE MREŽE PREMA MATERIJALU IZVEDBE

Osnovni parametri izbora materijala izvedbe kanalizacijskih mreža jesu: (1) količina i svojstva otpadnih voda, (2) uvjeti zemljišta: geomehanički i hidrogeološki, (3) način izvedbe: kanali od tvornički izvedenih (montažnih ili polumontažnih) proizvoda i kanali građeni na licu mjesta. (4) kvaliteta materijala: čvrstoća, elastičnost, trajnost, vodonepropusnost i antikorozivnost, (5) troškovi: nabave, transporta i montaže, (6) hidraulička hrapavost unutarnjih stijenki, (7) pogonska sigurnost. S obzirom da se za izvedbu kanala ili kolektora kanalizacijskih mreža pretežno koriste materijali koji se primjenjuju i za izvedbu vodovodnih mreža, točka 1.9.1, ovdje će se donekle opširnije opisati one vrste kanala ili cijevi koje se ne susreću kod izvedbe vodovodnih mreža (npr. betonske i keramičke cijevi). Za cijevi koje se koriste i kod vodovoda ukazat će se samo na određene posebnosti s obzirom na njihovu primjenu u kanalizaciji.

282

Pri tome, također kao i kod primjene vodovodnih cijevi, treba imati na umu da svaki proizvođač kanalizacijskih cijevi raspolaže s prospektima proizvodnog asortimana gdje se mogu naći svi potrebni podaci o proizvodnom tipu cijevi. 2.4.3 – 1. Betonski kanali Primjenjuju se kod kanalizacijskih mreža s tečenjem sa slobodnim vodnim licem. Ova vrsta kanala se može izgraditi od: (a) tvornički izvedenih cijevi, (b) kanala građenih na licu mjesta (u rovu). (a) Tvornički izvedene cijevi su obično kružnog i jajolikog oblika, s podložnom stopom, slika 2.3::02, ili bez nje. Kružne cijevi izvode se unutarnjeg promjera, D = 100 do 1200 [mm], a jajolike najčešće dimenzija B/H = 300/450, 400/600, 500/750 i 600/900 [mm], duljina, L = 1.0 (iznimno 2.0 [m]. Betonske se cijevi pretežno koriste za odvodnju oborinskih voda, budući da kućanske i industrijske otpadne vode obično sadrže agresivne sastojke koji razgrađuju stijenke cijevi. Stoga je kod odvodnje ovih otpadnih voda potrebna zaštita unutarnjih stijenki antikorozivnim sredstvom (npr. bitumenom).

283

Naredna mana betonskih cijevi ogleda se u relativno velikom broju spojeva i posljedično tome njihovoj nedovoljnoj sigurnosti na vodonepropusnost. Radi toga je primjena betonskih cijevi upitna kod kanalizacijskih mreža položenih ispod razina podzemne vode (mogućnost procjeđivanja), kao i kod kanalizacijskih mreža iznad razine podzemne vode (mogućnost onečišćenja) koja se koristi u vodoopskrbi. Nadalje, ovu vrstu cijevi karakterizira i relativno velika hrapavost, što rezultira smanjenjem protoka i većom mogućnošću taloženja krutih otpadnih tvari. Cijevi se proizvode s naglavkom i ravnim krajem, tako de se prema tipu cijevi kombiniraju i spojevi, slika 2.4::03.

Slika 2.4::03 Spajanje betonskih cijevi (a) spoj s naglavkom; (b) spoj s utorom i perom 1 – ravni kraj cijevi; 2 – naglavak; 3 – plastična brtvena traka; 4 – zaštitni cementni mort

Prikazani načini spajanja betonskih cijevi s plastičnim brtvenim trakama gotovo su u potpunosti potisnuli prijašnju praksu kompletnog spajanja cementnim mortom. 284

(b) Kanali građeni na licu mjesta uglavnom se koriste kod izgradnje većih profila koji se ne proizvode tvornički. Dodatni razlozi mogu biti uvjetovani skupoćom prijevoza velikih profila na veće udaljenosti, složenošću njihove montaže i mogućnošću izvedbe najpovoljnijih oblika profila (kružnog, izduženog i stlačenog) kao rezultat hidrauličkog ili statičkog proračuna. Mane su im istovjetne kao i tvornički izvedenim cijevima. 2.4.3 – 2. Armiranobetonski kanali Ovi kanali mogu, kao i betonski, biti izgrađeni od: (a) tvornički izvedenih cijevi, (b) kanala građenih na licu mjesta. (a) Tvornički izvedene cijevi su obično kružnog oblika, unutarnjeg promjera, D = 500 do 2000 [mm], duljine, L = 1.0 [m] (manji profili) i 2.0 [m] (veći profili), jednostrano ili dvostrano armirane. Primjena (s obzirom na vrste otpadnih voda), mane i načini spajanja istovjetni su betonskim cijevima. (b) Kanali građeni na licu mjesta izvode se iz istih razloga kao i betonski kanali, s tim da dodatni razlog može biti uvjetovan izloženošću kanala znatnom vanjskom opterećenju (npr. prometnom u slučaju prolaska kanala ispod željezničke pruge).

285

2.4.3 – 3. Azbest cementne cijevi Ove se cijevi proizvode tvornički, kružnog profila, na isti način kao i vodovodne cijevi, s tim da postoje dva osnovna tipa cijevi: (a) laki tip, KC – L, (b) teški tip, KC – T. Primjena pojedinih tipova cijevi ovisi o veličini vanjskog opterećenja, dubini ugradnje cijevi i osobinama tla. Tip KC – L se koristi kada se ne očekuju veća vanjska opterećenja, dok se tip KC – T upotrebljava u svim teškim uvjetima izvedbe i kod većih vanjskih opterećenja. Azbest cementne kanalizacijske cijevi se proizvode unutarnjeg promjera, D = 50 do 1300 [mm], duljine, L = 5.0 [m]. Veća duljina azbest cementnih cijevi ukazuje da kanali izvedeni od ovih cijevi imaju relativno mali broj spojeva, a time i znatno smanjenu mogućnost procjeđivanja podzemnih voda. Spajanje azbest cementnih cijevi provodi se na isti način kao i vodovodnih cijevi, slika 1.9::05. Razlozi postupnog napuštanja primjene ove vrste cijevi isti su kao i kod njihove primjene u vodoopskrbi.

286

2.4.3 – 4. Plastične cijevi Ove su cijevi po tvorničkom načinu proizvodnje, osobinama i načinu spajanja iste kao vodovodne (točka 1.9.1 – 5). Zbog dobrih osobina i relativno povoljne cijene plastične su cijevi danas kod nas zacijelo u najvećoj primjeni. 2.4.3 – 5. Čelične cijevi Mada se ove cijevi rijetko primjenjuju u sustavima odvodnje, ipak su u nekim specijalnim slučajevima nezamjenjive (npr. kod strmih terena, gdje bi zbog ograničenja brzine za cijevi iz ostalih materijala bilo potrebno izgraditi čitav niz prekidnih okana, u očekivanju znatnih dinamičkih opterećenja, kod podvodnih kolektora, sifona, potisnih dijelova odvodnih sustava, crpnih stanica i sl.). Način proizvodnje ovih cijevi, njihove osobine i načini spajanja opisani su u točki 1.9.1 – 2, s napomenom da se od prikazanih načina spajanja, slika 1.9::04, zbog veličine profila najčešće koristi zavarivanje.

287

2.4.3 – 6. Keramičke cijevi Ove se cijevi, makar imaju najdulju tradiciju primjene u kanalizacijskim mrežama, danas sve manje koriste zbog male mehaničke otpornosti (što zahtijeva brižljivo rukovanje i posebnu pripremu podloge kod polaganja). Keramičke cijevi se proizvode tvornički. Materijal za njihovu izvedbu je glina, kvarcni pijesak i šamot. U procesu proizvodnje cijevi prolaze kroz tunelske peći s temperaturom do 1 400 [˚C], gdje im se zbog sadržaja natrijevog silikata formira caklina. Ova caklina čini keramičke cijevi izuzetno otpornim na kiseline, što pogoduje njihovoj primjeni za odvodnju industrijskih otpadnih voda, te kod kućnih instalacija, odnosno priključaka. Proizvode se kružnog oblika i unutarnjeg promjera, D = 50 do 600 [mm] ( iznimno 1200 [mm]), i duljine, L = 1.0 do 2.0 [m]. Budući da se keramičke cijevi proizvode s naglavkom i ravnim krajem, njihovo spajanje se provodi na jedan od tri načina prikazana na slici 2.4::04.

Slika 2.4::04 Spajanje keramičkih cijevi pomoću naglavka 1 – asfaltni mastiks; 2 – konoplja; 3 – konusni gumeni brtveni prsten; 4 – plastična brtvena masa

288

2.4.3 – 7. Lijevano željezne cijevi Po tvorničkom načinu proizvodnje, osobinama i načinu spajanja ove su cijevi iste kao vodovodne (točka 1.9.1 – 1). Primjena ovih cijevi u kanalizaciji je danas gotovo zastarjela, osim u potisnim dijelovima sustava odvodnje, posebno unutar crpnih stanica, kada se obično koriste duktilne cijevi. Glavni razlozi napuštanja primjene lijevano željeznih cijevi su zbog značajnog smanjenja njihovog vijeka trajanja kod odvodnje otpadnih voda s agresivnim sastojcima i u agresivnom tlu, povećanja hrapavosti unutarnjih stijenki tokom eksploatacije i zbog neelastičnosti spojeva kod slijeganja tla.

289

2.4.4. OGRANIČENJA PROJEKTNIH PARAMETARA KANALIZACIJSKIH MREŽA

Radi ispravnog funkcioniranja kanalizacijskih mreža potrebno je prilikom njihovog projektiranja i izvođenja respektirati sljedeća ograničenja: (1) ograničenje najmanjih profila, (2) ograničenje brzina, (3) ograničenje uzdužnih padova, (4) ograničenje visine punjenja kanala, (5) ograničenje dubine ugradnje kanala. 2.4.4 – 1. Ograničenje najmanjih profila Iz razloga što otpadne vode često pronose i krupne otpadne predmete koji mogu uzrokovati začepljenje kanala, što se ponekad na dnu kanala zadrži talog pa se bitno smanji slobodan profil kanala, što na početku kanalskih dionica može doći do znatnog hidrauličkog opterećenja i da bi se olakšalo čišćenje kanala, ograničava se korištenje najmanjih profila kanala ili kolektora, neovisno o njihovom zadovoljenju minimalne brzine toka i ispunjenosti profila.

290

Tako su npr. višegodišnja istraživanja (Rusija, Njemačka) ukazala da prosječan godišnji broj začepljenja izravno ovisi o dimenzijama profila, slika 2.4::05.

Slika 2.4::05 Prosječan godišnji broj začepljenja kanala u funkciji njegovog profila Iz dijagrama je vidljivo da je npr. prosječan godišnji broj začepljenja kanala kod profila 200 [mm] dvostruko manji nego kod profila 150 [mm], odnosno kod profila 300 [mm] preko tri puta manji nego kod profila 200 [mm]. S druge strane, praksa je pokazala da nema potrebe za posebnom štednjom u dimenzijama najmanjih profila, budući da kod izgradnje kanalizacijskih mreža (pogotovo ako se radi o manjim profilima do ≈ 300 [mm]) veći dio investicijskih troškova (70 do 80 [%]) otpada na prateće radove (raskopavanje, iskop rova, razupiranje, evakuacija podzemnih voda, izradu posteljice, zatrpavanje, odvoz suvišnog materijala i eventualni povrat prometne površine u prvobitno stanje), dok na sam cijevni materijal otpada manji dio (15 do 30 [%]), ovisno o veličini profila, dubini iskopa, kategoriji tla i sl. 291

Zato je kod javne odvodnje potrebno koristiti sljedeće minimalne profile, Φmin: (1) za kanalizaciju kućanskih otpadnih voda, Φmin = 250 [mm] (bolje Φmin = 300 [mm]), (2) za mješovitu i oborinsku kanalizaciju, Φmin = 300 [mm] (bolje Φmin = 400 [mm]). 2.4.4 – 2. Ograničenje brzina Ograničenje brzine odnosi se s obzirom na njene minimalno i maksimalno dopuštene vrijednosti. Naime, za osiguranje normalnih pogonskih uvjeta u kanalizacijskoj mreži u uvjetima tečenja sa slobodnim vodnim licem nisu poželjne ni male, a ni velike brzine. Male brzine prvenstveno zbog taloženja krutih otpadnih tvari i mogućnosti začepljenja, a velike zbog abrazije cijevi i spojeva, uzrokovane djelovanjem suspenzija u otpadnoj vodi. Pri tome su od bitne važnosti pridnene brzine, jer prvenstveno od njih ovisi proces taloženja i abrazije. Međutim, zbog praktičnosti se ograničenje provodi za srednju brzinu. (1) Najmanje brzine. Kao što je iz hidraulike poznato, kod (jednolikog) tečenja sa slobodnim vodnim licem brzina je u funkciji hrapavosti, uzdužnog pada i hidrauličkog radijusa (izraz 1.9-01). Za kanale izvedene od istog materijala, tj. iste hrapavosti, i uz isti pad, brzina je jedino u funkciji hidrauličkog radijusa, tj. oblika i dimenzija kanala. Zato su kanali koji imaju veći hidraulički radijus povoljniji. To je razlog što je većina izraza za proračun minimalne brzine, vmin [m s-1], kod koje još neće doći do taloženja suspenzija, prikazana u funkciji hidrauličkog radijusa, R [m].

292

Tako se npr. u praksi učestalo koristi empirijska formula Fedorova (1968): (2.4-01) gdje je: (2.4-02) Za okrugle profile dobiju se vrijednosti najmanje dozvoljenih brzina prema tablici 2.4::I.

PROMJER D [mm]

NAJMANJA BRZINA vmin [m s-1]

PROMJER D [mm]

NAJMANJA BRZINA vmin [m s-1]

250

0,72

800

1,00

300

0,75

900

1,04

350

0,79

1000

1,07

400

0,82

1100

1,10

450

0,85

1200

1,13

500

0,88

1300

1,16

600

0,92

1400

1,18

700

0,97

1500

1,20

Tablica 2.4::I Najmanje dopuštene brzine u okruglim kanalima za dubinu vode, H = D/2 (ili D) 293

Kako je u mnogim konkretnim slučajevima taško zadovoljiti ove najmanje brzine, dopuštaju se i njihove manje vrijednosti: (a) za kanalizaciju kućanskih otpadnih voda, vmin = 0.5 [m s-1] (iznimno 0.3 [m s-1], (b) za mješovitu kanalizaciju, vmin = 0.6 [m s-1] (uz pretpostavku ispunjenja kanalskig profila 50 [%] ili više), (c) za oborinsku kanalizaciju, vmin = 0.9 [m s-1]. Nešto veća vrijednost minimalne brzine kod oborinske kanalizacije uvjetovana je potrebom sprječavanja taloženja pijeska (i eventualno šljunka) kojega oborinske vode sadrže u znatnim količinama. Praksa je pokazala da je kod ovih vrijednosti brzina još uvijek osigurano održavanje krutina u lebdećem stanju, odnosno samočišćenje kanala. (2) Najveće brzine. Uz osobinu suspenzija u otpadnoj vodi, prevalentno značenje na razvoj procesa abrazije u kanalizacijskih cijevima imaju osobine (vrsta) cijevnog materijala i brzine tečenja, koje se onda ograničavaju do vrijednosti koje taj proces eliminiraju. Smatra se da kod uobičajene izvedbe kanala najveće brzine ne bi trebale prelaziti vrijednost 2.5 do 3.0 [m s-1], s tim da se kod kraćih kanalskih dionica i kanala kod kojih se najveće brzine rijetko pojavljuju i kratko traju (npr. kanali mješovite vode, odnosno oborinska kanalizacija) mogu, već prema materijalu i izvedbi kanala, dopustiti maksimalne brzine prema tablici 2.4::II.

294

VRSTA CIJEVI

NAJVEĆA BRZINA vmax [m s-1]

Betonske cijevi

3,0

Armiranobetonske cijevi

4,0

Azbest cementne cijevi

4,5

Plastične cijevi

5,0

Čelične cijevi

8,0

Tablica 2.4::II Najveće dopuštene brzine u kanalima

2.4.4 – 3. Ograničenje uzdužnih padova Budući da su uzdužni padovi i brzine u izravnoj funkcionalnoj ovisnosti, kada se govori o najmanjim i najvećim brzinama može se govoriti i o najmanjim i najvećim padovima. Međutim, padovi su i u funkcijii hidrauličkog radijusa i hrapavosti, te ako ovi podaci nisu poznati, ne može se govoriti o stvarnim padovima. Zato se ograničenja vezana uz uzdužne padove mogu koristiti samo kao preliminarne, odnosno orijentacijske veličine, dok se usvojena vrijednost uzdužnog pada mora uvijek provjeriti preko brzine, uključujući hidraulički radijus i hrapavost. 295

(1) Najmanji uzdužni padovi. U praksi projektiranja kanalizacijskih mreža uobičajeno je najmanji uzdužni pad okruglog kanala odrediti korištenjem jednostavne empirijske formule: (2.4-03) gdje su: Imin - najmanji uzdužni pad kanala, [1], D - unutarnji promjer kanalizacijske cijevi, [mm]. U svakom konkretnom slučaju ovako dobiven najmanji pad treba provjeriti na temelju najmanje dopuštene brzine i hidrauličkih karakteristika cjevovoda. (2) Najveći uzdužni padovi. Za orijentaciju se također može koristiti empirijska formula: (2.4-04) gdje su: Imax - najveći uzdužni pad kanala, [1], D - unutarnji promjer kanalizacijske cijevi, [dm]. I ovdje je potrebno u svakom konkretnom slučaju ovako dobivenu vrijednost najvećeg pada provjeriti na temelju najveće dopuštene brzine i hidrauličkih karakteristika cjevovoda.

296

2.4.4 – 4. Ograničenje visine punjenja kanala Gravitacijsko tečenje sa slobodnim vodnim licem je u kanalima neophodno kako bi se osiguralo ispravno izvođenje kućnih priključaka, odnošenje plivajućih tvari, prozračivanje kanala ili kolektora, osigurao prostor za nepredviđeni dotok procjednih voda i sl. Zato se ovisno o veličini kanala provodi ograničenje visine punjenja kanala. U tablici 2.4::III prikazane su preporučene vrijednosti visine punjenja, hvp [mm], za okrugle profile. Kod drugih oblika profila kanala također se mogu koristiti vrijednosti prema tablici 2.4::III, s tim da se umjesto promjera, D, koristi visina kanala, H. U skladu s ovim, računska visina punjenja kanala (punjenje kod računskog protoka) treba biti jednaka ili manja od dopuštene (preporučane) vrijednosti.

297

Kako u kanalima mješovite i oborinske odvodnje protok otpadne vode traje relativno kratko, to su u sušnom razdoblju kanali oborinske vode prazni, a u kanalima mješovite odvodnje protječu samo kućanske (i eventualno industrijske) otpadne vode, tako da je visina punjenja vrlo mala. Zato je kod kanala oborinske i mješovite odvodnje dopušteno potpuno punjenje, tj. hvp = D (ili H). PROMJER KANALA D [mm]

VISINA PUNJENJA hvp [mm]

250-300

0,60 D

350-450

0,70 D

500-900

0,75 D

više od 900

0,80 D

Tablica 2.4::III Preporučane vrijednosti visine punjenja okruglih kanala

2.4.4 – 5. Ograničenje dubine ugradnje kanala Dubina ugradnje kanala ovisi o nizu činilaca: klimatskim uvjetima (mogućnost smrzavanja), geomehaničkim osobinama tla, razini (dubini) podzemne vode, iznosu vanjskog opterećenja, dubini priključaka, položaju ostalih instalacija, veličini profila kanala, materijalu i načinu izvedbe kanala i sl.

298

Zato u svakom konkretnom slučaju treba sagledati ove faktore i njihovom analizom odrediti optimalnu dubinu ugradnje. (1) Najmanja dubina ugradnje kanala. Općenito je kod projektiranja kanalizacijske mreže potrebno najprije definirati najniža mjesta koja onda diktiraju daljnje uvjete za najmanjom dubinom ugradnje kanalizacijske mreže. Ako lokalne prilike dozvoljavaju, najmanja dubina ugradnje kanala ne bi smjela biti manja od 1.5 [m], mjereno od dna rova, odnosno najmanje 1.0 [m], mjereno od tjemena kanala. Povećanjem profila kanala ova veličina ima tendenciju porasta. (2) Najveća dubina ugradnje kanala. Ova dubina je isključivo stvar ekonomskih proračuna. Općenito se smatra da je dubina do 6 (iznimno 7) [m] prihvatljiva. Ako se radi o kraćim dionicama ili posebnim situacijama ponekad su prihvatljive i veće dubine. Tada se koristi tunelski način izvođena (probijanja) rova.

299

2.4.5. UGRADNJA I ISPITIVANJE KANALA

(1) Ugradnja kanala. Respektirajući prethodno razmatrana ograničenja dubine ugradnje kanala i sagledavajući naročito osobine terena i materijala izvedbe kanala, pristupa se ugradnji kanala te njihovom ispitivanju na vodonepropusnost. Kod toga uglavnom prevladavaju sličnosti s ugradnjom vodovodne mreže, točka 1.9.5, ali ima i određenih razlika. (a) Sličnosti su pretežno sadržane u sljedećem: (i) potrebna širina rova za standardne prilike i neobložene kanale primarno je u funkciji promjera kanala, tako da se mogu koristiti podaci iz tablice 1.9::IV. Za kanale naknadno obložene betonom, najmanja širina rova jednaka je najvećoj vanjskoj širini obloge, uvećana za 0.6 [m], (ii) izrada posteljice, zasipavanje kanala do tjemena i izvedba nadsloja obavlja se u standardnim uvjetima (ili ako proizvođač cijevnog materijala ne zahtjeva drukčije) prema postupku opisanom kod ugradnje vodovodnih cijevi, slika 1.9::20, (iii) nakon izvedbe kanala, a prije potpunog zatrpavanja rova, provodi se ispitivanje na vodonepropusnost.

300

(b) Razlike su uglavnom uvjetovane sljedećim razlozima: (i) s obzirom na praktički veću dubinu u kojoj se izvode kanali od one na koju se ugrađuju vodovodne cijevi, iskop rova se u mekšim tlima u načelu izvodi s kosim stijenkama iskopa. Zakošenje je ovisno o geomehaničkim osobinama materijala, a u funkciji sprječavanja klizanja bočnih strana rova. Međutim, ako se iskop rova obavlja u gusto izgrađenom naselju, ovakav način izvođenja je najčešće nemoguć, jer rov i deponija iskopanog materijala ili zauzimaju prekomjerno prostora ili sam iskop rova može ugroziti stabilnost temeljnih zidova okolnih objekata. Tada se kopaju rovovi s vertikalnim ili blago nagnutim stijenkama, tj. s kutom nagiba znatno strmijim od kuta prirodnog nagiba (unutarnjeg trenja) za konkretno tlo. Takve rovove je onda potrebno izvoditi s podgrađivanjem (razupiranjem), kako ne bi došlo do urušavanja bočnih strana rova. (ii) također s obzirom na relativno veću dubinu ugradnje kanala moguće je (kod viših razina podzemne vode) procjeđivanje znatnih količina vode u rov. Zato je potrebno pored rova izvesti zdence iz kojih će se crpsti voda. Ovi zdenci se izvode i hidraulički proračunavaju istom metodologijom kao i u svrhu vodoopskrbe, točka 1.5.3 – 2. Za nesmetano kopanje rova potrebno je da razina podzemne vode bude snižena ispod dna rova za najmanje 0.5 [m], i to na mjestu gdje je ona najviša, tj. na sredini između dva posljednja i susjedna zdenca u nizu. (iii) za kanale koji se izvode u tvrdim tlima i ispod nivoa podzemne vode u mekim tlima, treba posebnu pažnju posvetiti njihovoj mehaničkoj otpornosti i stabilnosti. Takvi kanali moraju biti obavezno položeni na betonsku posteljicu, ili (ako je riječ o kanalima na tvrdom tlu) na betonski ležaj, slika 2.4::06. 301

Slika 2.4::06 Polaganje kanala na posebne podloge i u posebnim uvjetima (a) u mekim tlima; (b) u tvrdim tlima 1 – betonska posteljica; 2 – betonski ležaj; 3 – kanalizacijska cijev

Ako je razina podzemne vode u odnosu na kanal tako visoka da kod male ispunjenosti kanala otpadnom vodom djelovanje uzgona može narušiti njegovu stabilnosti, ili se radi o znatnom iznosu vanjskog opterećenja, potrebno je provesti potpuno ili djelomično oblaganje kanala betonom, slika 2.4::07(a), u prvom slučaju zbog povećanja težine, a u drugom radi povećanja otpornosti na vanjsko opterećenje. Jedan od načina zaštite kanala je i primjena montažnih armiranobetonskih sanduka, slika 2.4::07(b).

302

Slika 2.4::07 Zaštita kanala (a) betonskom oblogom; (b) armiranobetonskim sandukom 1 – kanalizacijska cijev; 2 – betonska obloga; 3 – materijal od iskopa; 4 – armiranobetonski poklopac; 5 – armiranobetonski sanduk; 6 – pješčana posteljica; 7 – pješčani zasip

Općenito je kod svakog konkretnog slučaja ugradnje kanala potrebno statičkim proračunom provjeriti veličinu naprezanja, odakle onda može uslijediti i potreba za dodatnom zaštitom kanala. Parametre i metodologiju ovakvog proračuna, s obzirom na osobine cijevnog materijala, geomehaničke osobine tla te vrstu i iznos opterećenja, daju proizvođači cijevi. (2) Ispitivanje kanala. Kod potisnih dionica kanalske mreže metodologija ispitivanja na vodonepropusnost identična je kao kod vodovodne mreže.

303

Ispitivanje spojeva i mogućih pukotina na vodonepropusnost kod novoizvedenih kanalizacijskih mreža u uvjetima tečenja sa slobodnim vodnim licem provodi se s daleko manjim ispitnim tlakom nego kod vodovodnih mreža. Ispitivanje se provodi po dionicama između dva ulazna (revizijska) okna, tako da se kanal napuni vodom čija razina osigurava hidrostatički tlak od 0.3 do 0.5 [bara], slika 2.4::08. Nakon određenog vremena (obično 2 do 3 [h]) konstatira se eventualan gubitak vode na ispitivanoj dionici koji ne bi smio biti veći od dopuštenog (propisanog) s obzirom na vrstu kanalizacijskih cijevi.

Slika 2.4::08 Shema ispitivanja kanala na vodonepropusnost 1 – vodosprema; 2 – cijev za ispuštanje zraka; 3 – brtve; 4 – ventil za ispuštanje vode

Jedan od bitnih parametara ugradbe kanala ili kolektora je i njihov prostorni položaj ispod površine terena i prometnica. Ne postoje neka posebna pravila pomoću kojih se sigurno dolazi do optimalnog rješenja. No, očito je da kod toga treba poći od urbanističkih karakteristika kanaliziranog područje, odnosno planova, respektirajući pritom potrebu usklađenosti s ostalim instalacijama (vodovod, toplovod, plinovod, električni i telefonski kablovi), ali i s javnim zelenilom, stupovima javne rasvjete, temeljima drugih objekata i sl. 304

Ispod užih prometnica (širine do ≈ 10 [m]), kanali se najčešće postavljaju sredinom prometnice, slike 2.2::03 i 2.2::08. Kad su prometne površine šire, moguće je rješenje s kanalom samo s jedne strane prometnice, slika 1.9::23, ali u načelu uvijek treba razmatrati mogućnost izvedbe kanala s obje strane prometnice. Dakako, položaj i broj kanala u poprečnom presjeku prometnice treba odrediti na temelju usporedbe troškova gradnje priključaka te sporednih i glavnih kolektora. Također, pri trasiranju kanalizacijske mreže treba nastojati da se izbjegnu presijecanja s vodotocima, željezničkim prugama, podzemnim objektima i drugim infrastrukturnim mrežama, jer su u tehničkom smislu rješenja ovakvih presijecanja često vrlo složena, što uvjetuje veće troškove izgradnje, a kasnije su na tim mjestima i izraženije poteškoće u eksploataciji kanalizacijske mreže. Isto tako, prilikom kanaliziranja stambenih zona i pri rekonstrukciji gradske infrastrukture, te u glavnim ulicama, radi racionalnije gradnje i efikasnije eksploatacije preporučljivo je izvoditi specijalne podzemne objekte tunelskog tipa, slike 1.9::24, gdje je smješten veći broj infrastrukturnih mreža, uključivo i kanalizacijska. 2.4.6. HIDRAULIČKI PRORAČUN KANALIZACIJSKE MREŽE Shodno mjerodavnim količinama otpadnih voda (točka 2.3.4) i projektiranim osobinama kanalizacijske mreže (materijal izvedbe, položaj i režim rada objekta na mreži, topografski uvjeti) uvijek je potrebno hidraulički dimenzionirati kanalizacijsku mrežu, tako da ona svojom propusnošću u svakom trenutku omogućava nesmetanu odvodnju otpadnih voda.

305

Hidrauličko dimenzioniranje kanalizacijske mreže provodi se na najveću satnu količinu otpadnih voda po pripadajućim dionicama mreže. S obzirom na režim tečenja u kanalizacijskoj mreži, odnosno njezinom dijelu, generalno su moguće dvije vrste proračuna: (I) hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem, (II) hidraulički proračun tečenja pod tlakom. (I) Hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem se najčešće odnosi na kompletnu kanalizacijsku mrežu ili na njezin pretežni dio. U prirodi se tečenje otpadnih voda sa slobodnim vodnim licem odvija u kanalizacijskoj mreži u uvjetima turbulentnog i neustaljenog režima. Neustaljenost režima posljedica je karaktera funkcioniranja kanalizacijske mreže u promatranom presjeku kanala ili kolektora, gdje tokom vremena varira dubina vode i brzina, odnosno protok. Međutim, u praksi se hidraulički proračun kanalizacijske mreže gotovo redovito provodi pod pretpostavkom turbulentno jednolikog (dakle, ustaljenog) režima. Takav način tečenja, slika 2.4::09, odvija se sa stalnom dubinom vode, h [m], i s istim uzdužnim padovima dna kanala, I [1], vodnog lica, Io, [m] i linije energije (hidrauličkim padom), IE [1].

306

Slika 2.4::09 Grafički prikaz jednolikog tečenja u okrugloj kanalizacijskoj cijevi Kao što je iz hidraulike poznato, osnovna jednadžba za proračun jednolikog tečenja je Chezyjeva formula za brzinu, v [m s-1], koja uz supstituciju Manningovog koeficijenta hrapavosti, n [m-1/3 s], poprima oblik (izraz 1.9-01): (2.4-05) gdje je R [m] hidraulički radijus. Koeficijent hrapavosti se kod proračuna tečenja u kanalizacijskoj mreži obično uzima s vrijednošću, n = 0.013 (0.014) [m-1/3 s], neovisno od materijala izvedbe mreže, jer je praksa pokazala da je hrapavost stijenki poslije izvjesnog vremena upotrebe sasvim slična za sve vrste kanala. Ova konstatacija posebno vrijedi za kanalizacijsku mrežu izvedenu od montažnih cijevnih elemenata, sa spojevima koji nisu posebno pažljivo izvedeni, gdje ima dosta priključaka, ulaznih okana i sl. 307

Međutim, danas je u praksi sve prisutnija pojava da se hidraulički proračun kanalizacijske mreže provodi upotrebom Darcy – Weisbachove i Colebrook – Whiteove jednadžbe, jer se pokazalo da su rezultati dobiveni primjernom ovih jednadžbi bliži stvarnosti, budući da tečenje u kanalizacijskoj mreži zalazi u turbulentno prijelazni režim. Analiza ovakvog hidrauličkog proračuna započinje promatranjem tečenja u okrugloj kanalizacijskoj cijevi ispunjenoj do vrha. Na osnovi Darcy – Weisbachove jednadžbe za proračun pada energijske linije zbog trenja po duljini cijevi možemo pisati (izraz 1.9-08): (2.4-06)

gdje su, podsjetimo: ∆Htr L λ D v g

- hidraulički gubici zbog otpora trenja, [m], - duljina cijevi, [m], - koeficijent otpora trenja, [1], - unutarnji promjer cijevi, [m], - (srednja) brzina, [m s-1], - ubrzanje polja sile teže, [m s-2].

308

Vrijednost koeficijenta λ je u općem slučaju dana Colebrook – Whiteovom jednadžbom, izraz 1.9-06, koja obuhvaća turbulentno prijelazni režim i asimptotski zadovoljava turbulentno hrapavi i turbulentno glatki režim: (2.4-07)

gdje su: ε - apsolutna hidraulička hrapavost, [mm], Re - Reynoldsov broj, [1], definiran izrazom: (2.4-08) gdje je ν [m2 s-1] kinematički koeficijent viskoznosti vode. Kombinirajući jednadžbe 2.4-06 do 2.4-08 dobije se izraz za brzinu: (2.4-09)

309

a pomoću jednadžbe neprekidnosti i za protok:

(2.4-10)

Za određivanje brzine u cijevima koje nisu kružnog profila potrebno je u izraz 2.4-09 unositi četverostruku vrijednost kružnog radijusa, R, jer je kod okruglih cijevi:

(2.4-11)

gdje su: A - protjecajna površina, [m2], O - omočeni obod, [m], tako da imamo: (2.4-12)

310

Protok se, naravno, opet određuje iz jednadžbe kontinuiteta: (2.4-13) Da bi se u praksi izbjeglo učestalo računanje po prethodnim izrazima i na taj način olakšao hidraulički proračun, postoje tablice koje su izrađene u funkciji: (i) profila cijevi, Φ [mm], (ii) protoka, Q [l s-1], (iii) brzine, v [m s-1], (iv) hidrauličkog gradijenta, IE = Io = I [1] i (v) apsolutne pogonske hrapavosti, εk [mm], s vrijednošću kinematičkog koeficijenta viskoznosti, ν = 1.308·10-6 [m2 s-1], što odgovara temperaturi vode, T = 10 [˚C]. Primjer jednog takvog tabelarnog prikaza hidrauličkih parametara dan je u tablici 2.4::IV za cijevi okruglog i jajolikog profila. Naravno, hidrauličke je parametre moguće prikazati i u nomogramskog obliku, slika 2.4::10.

311

Slika 2.4::10 Nomogram hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih (kanalizacijskih) cijevi okruglog oblika profila prema formuli Colebrook – Whitea 312

Tablica 2.4::IV Tabelarni prikaz hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih (kanalizacijskih) cijevi okruglog i jajolikog profila prema formuli Colebrook – Whitea 313

Primijetimo da su tablica i nomogram načinjeni (između ostalog) i u funkciji tzv. apsolutne pogonske hrapavosti. Naime, kao što je istaknuto, u praksi se pokazalo da je početna hrapavost, koju proizvođači kanalizacijskih cijevi analiziraju i određuju u laboratoriju na novim cijevima (a u skladu s tom hrapavošću prilažu tablice i nomograme), potpuno neadekvatna za hidraulički proračun, jer zanemaruje montažni karakter kanalizacijske mreže i sve njene prethodno spomenute pogonske osobine. Zato je stvarna pogonska hrapavost kanalizacijskih cijevi osjetno veća od tvornički deklarirane i utvrđene laboratorijskim ispitivanjima. Međutim, kako potrebne dimenzije profila i funkcioniranje projektirane kanalizacijske mreže izravno ovisi o veličini pretpostavljene hrapavosti (manja hrapavost uvjetuje veću propusnu moć kanala), kod projektanata je prisutna težnja da se odabire što manja hrapavost. Stoga je preporučljivo, pošto je stvarnu hrapavost vrlo teško odrediti, za veličinu pogonske hrapavosti odabrati srednje vrijednosti, dobivene na temelju dosada provedenih mjerenja i iskustva projektanata. Smatra se da kao najmanja vrijednost apsolutne pogonske hrapavosti za uobičajene slučajeve kanala u mreži ne bi trebalo uzimati hrapavost manju od εk = 0.4 [mm]. Kao gornja vrijednost preporuča se εk = 1.5 [mm], a iznimno εk = 3.0 [mm], ako se radi o starim i izrazito hrapavim kanalima. Napomenimo također da je za tlačne vodove uobičajeno uzimati, εk = 0.25 do 0.1 [mm], već prema materijalu izvedbe vodova i kanala.

314

Istaknimo kako su se dosadašnja razmatranja odnosila na određivanje hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih kanala. Međutim, budući da kanali najčešće nisu ispunjeni do vrha, potrebno je raspolagati postupkom za proračun hidrauličkih parametara (prvenstveno brzine i protoka) u djelomično ispunjenim kanalima. U tom se slučaju spomenuti hidraulički parametri računaju prema funkcijama: 2.4-14

2.4-15

gdje su: vd - brzina vode kod djelomičnog ispunjenja, [m s-1], - brzina vode kod potpunog ispunjenja, [m s-1], vp - protok kod djelomičnog ispunjenja, [m3 s-1], Qd - protok kod potpunog ispunjenja, [m3 s-1], Qp - dubina vode kod djelomičnog ispunjenja, [m], hd = h hp = D (= H) - dubina vode kod potpunog ispunjenja, [m].

315

Kao približna aproksimacija dviju posljednjih relacija dobiju se izrazi za brzinu:

2.4-16 i za protok: 2.4-17

gdje su: Rd – hidraulički radijus kod djelomičnog ispunjenja, [m], Rp – hidraulički radijus kod potpunog ispunjenja, [m], Ad – protjecajna površina kod djelomičnog ispunjenja, [m2], Ap – protjecajna površina kod potpunog ispunjenja, [m2]. Iako su ovi izrazi izvedeni za cijevi kružnog oblika, mogu se sa zadovoljavajućom točnošću koristiti i za proračun drugih oblika profila. Pošto izrazi 2.4-16 i 2.4-17 nisu izravno rješivi, u praksi se koristimo tablicama koje su izrađene u funkciji oblika profila cijevi i odnosa Qd/Qp, h/D (ili h/H), vd/vp, A/D2 (ili A/H2), b/D (ili b/H), R/D (ili R/H) i O/D (ili O/H), tablica 2.4::V.

316

Tablica 2.4::V Tabelarni prikaz hidrauličkih parametara (kanalizacijskih) cijevi kružnog oblika profila pri djelomičnom ispunjenu 317

Odnos spomenutih parametara moguće je prikazati i grafički, što je za okrugli i jajoliki oblik profila cijevi prikazano na slici 2.4::11.

Slika 2.4::11 Hidraulički parametri (kanalizacijskih) cijevi za proračun djelomično ispunjenih profila (a) okrugli oblik; (b) jajoliki oblik

Dijagrami Qd/Qp i vd/vp u zavisnosti od h/H za druge oblika profila kanala imaju načelno isti oblik. Na kraju istaknimo da se rezultati hidrauličkog proračuna kanalizacijske mreže prema Chezyjevoj formuli s Manningovim koeficijentom hrapavosti te primjenom Darcy – Weisbachove i Colebrook – Whiteove formule približno poklapaju ako se u prvome slučaju odabere, n = 0.013 do 0.014 [m-1/3 s], a u drugom slučaju, εk = 1.5 [mm]. Isto tako, lokalni hidraulički gubici u kanalizacijskoj mreži se ne računaju, budući da su uključeni u pogonsku hrapavost. 318

(II) Hidraulički proračun tečenja pod tlakom odnosi se na proračun tečenja u dijelu kanalizacijske mreže gdje vlada tlačni režim, što je npr. slučaj za potisne cjevovode crpnih stanica kod kombiniranih sustava odvodnje. Tada se hidraulički proračun svodi na proračun strujanja pod tlakom prema postupku iznijetom u točki 1.6. U okviru ovog hidrauličkog proračuna načelno se provodi i analiza vodnog udara kod crpnih stanica, o čemu su uvodne informacije također dane u točki 1.6.

2.4.7. PRIKAZIVANJE KANALIZACIJSKE MREŽE U PROJEKTU

Kanalizacijska mreža se u projektu, kao i vodovodna mreža, prikazuje: (1) situacijskim planovima, (2) uzdužnim profilima kanala ili kolektora, (3) karakterističnim normalnim presjecima kanala ili kolektora (za glavne i izvedbene projekte). (1) Situacijski plan kanalizacijske mreže crta se na kotiranom situacijskom planu područja odvodnje. U njega se unose: (a) granica područja odvodnje, (b) trase kanala ili kolektora i potisnih cjevovoda s oznakom smjera tečenja (odvodnje), (c) pripadne (planimetriranjem ili analitički izračunate) slivne površine u [ha] s koeficijentima otjecanja (kod mješovite i oborinske odvodnje) za svaki kanal ili kolektor, (d) oznake i brojevi pojedinih grupa građevina (stalnih točaka) kanalizacijske mreže (npr. revizijskih okana – RO 1, RO 2, …, crpnih stanica – CS 1, CS 2, …), 319

(e) posebni objekti na mreži (npr. prijelazi ispod rijeka i željezničkih pruga, zaštita kanala i sl.), (f) dimenzije profila i vrste cijevi za svaku dionicu između objekata (npr. revizijskih okana, prekidnih okana i sl.), (g) stacionaža, (h) lokacija uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, (i) trasa ispusta i lokacija ispuštanja pročišćene vode u prijemnik. Situacijski plan se obično crta na kartama mjerila 1:2 500 do 1:5 000 za studije i idejne projekte, a 1:500 do 1:1 000 za glavne i izvedbene projekte. (2) Uzdužni profili se crtaju za svaki kanal ili kolektor i potisni cjevovod na posebno snimljenim uzdužnim profilima po trasi ugradnje cijevi. U njima treba biti ucrtano i upisano: (a) oznaka i brojevi svih objekata (stalnih točaka) kanalizacijske mreže iz situacijskog plana, (b) dimenzije profila i vrste cijevi po dionicama iz situacijskog plana, (c) padovi dna kanala u [‰] i duljine dionica za te padove u [m], (d) raskrižja ulica koje se križaju s ulicom čiji se profil crta i visinski položaj kanala u bočnim ulicama, (e) kote dna kanala (nivelete) u [m n. m.], na prijelomima dna kanala, (f) kote terena u [m n. m.], na prijelomima terena, (g) kote dna rova u [m n. m.], na prijelomima dna kanala, (h) dubine iskopa u [m], na prijelomima dna rova, (i) razmak profila u [m], na prijelomima (d) do (g), (j) stacionaža.

320

Ukoliko se radi o potpuno razdjenom i polurazdjelnom sustavu odvodnje, tada se kod crtanja uzdužnih profila kanalizacijskih mreža prikazuju međusobni visinski položaji obiju mreža. Kod crtanja uzdužnih profila obično se uzima isto mjerilo za duljine u kojem je izrađen i situacijski plan, a za visine se najčešće odabire mjerilo 1:100. (3) Karakteristični normalni presjeci obično se crtaju u mjerilu 1:5 do 1:50 (1:100), ovisno o dimenzijama profila i dubini iskopa. U njih se unosi: (a) geometrija rova (širina, dubina i nagib stijenki), (b) dimenzija i vrsta cijevi, odnosno kanala, (c) dimenzije i struktura posteljice, zasipa do 30 [cm] iznad tjemena cijevi, odnosno kanala (ili njihove zaštite) i nadsloja.

321

2.5. GRAĐEVINE KANALIZACIJSKE MREŽE

Građevine kanalizacijske mreže su građevine sustava odvodnje kojima se omogućuje ispravno funkcioniranje, upravljanje i održavanje mreže. Na kanalizacijskoj mreži najčešće susrećemo sljedeće građevine: (1) slivnike, (2) ulazna (revizijska) okna, (3) priključne građevine, (4) prekidna okna, (5) spremnike za oborinsku vodu (retencijske bazene), (6) crpne stanice, (7) preljevne ili rasteretne građevine (kišne preljeve), (8) građevine za ubacivanje snijega, (10) natege. O preljevnim građevinama je već bilo govora u točki 2.2., a u nastavku će se još opisati prvih šest građevina.

322

2.5.1. SLIVNICI Slivnici su građevine koje služe za prihvat oborinskih voda koje otječu terenom i za njihovo ispuštanje u kanale ili kolektore. Izvode se uz sam rub površine s koje se odvodi oborinska voda (prometnice, pločnici) ili na sredini (parkirališta, trgovi). Ispuštanje vode iz slivnika u kanal provodi se izravno ili posredstvom manjih bazena – taložnika. Izravno ispuštanje se koristi kada su oborinske vode relativno čiste (bez pijeska i drugih suspenzija koje se mogu taložiti u kanalu). U suprotnom se izvode slivnici s manjim taložnicima koji služe za skupljanje suspenzija. Na slici 2.5::01 prikazani su vertikalni presjeci slivnika s taložnicima. U ulaznom dijelu, koji služi za hvatanje oborinskih voda, ugrađuje se rešetka ili se u rubnjaku izvodi bočni otvor – vodolovno grlo. Rešetka se postavlja ako se s dotokom oborinske vode očekuju znatne količine onečišćenja (papira, lišća, krpa, krutih otpadaka), dok se vodolovna grla koriste ako se radi o relativno čistijim vodama. Dimenzije rešetki i vodolovnih grla sa slike 2.5::01 nisu samo u funkciji prihvata oborinskih voda, nego i potrebe dostupnosti taložniku radi čišćenja, koje se obično obavlja specijalnim cisternama.

323

Slika 2.5::01 Slivnici (a) monolitni s izravnim priključkom; (b) montažni sa sifonskim priključkom 1 – pločnik; 2 – rubnjak; 3 – kolnik; 4 – rešetka; 5 – priključak na kolektor (npr. betonskom ili plastičnom cijevi); 6 – natega; 7 – otvor s poklopcem; 8 - taložnik

Priključak može biti izveden s izravnim, slika 2.5::01(a), ili sifonskim, slika 2.5::01(b), ispuštanjem oborinskih voda u kolektor. Natege se primjenjuju kod mješovitih sustava odvodnje radi sprječavanja izlaza neugodnih mirisa iz kanalizacijskih kolektora, što je poželjno na mjestima gdje se zadržavaju ljudi (trgovi, pločnici). Međutim, da bi natega funkcionirala, u taložniku uvijek treba biti vode, što znači da je u sušnom razdoblju potrebno redovito prati površine s kojih se oborinske vode hvataju ovom vrstom slivnika. U svim slučajevima natege treba izbjegavati, jer sprječavaju prozračivanje kanala. Osim toga, često se začepljuju i teško održavaju, zbog čega moraju biti izvedene s otvorima za reviziju.

324

Slivnici se izvode: (I) na licu mjesta (monolitno), od betona, slika 2.5::01 (a) (II) montažno, najčešće od betonskih i plastičnih prstenova, slika 2.5::01 (b). Tlocrtni oblik slivnika je kružni ili kvadratni, najčešće (svijetle) tlocrtne dimenzije 0,45 do 0,50 [m]. Funkcionalno dimenzioniranje slivnika se ne provodi pojedinačno, već se ono sastoji u razmještanju ovih građevina sukladno njihovim pojedinačnim kapacitetima. Kapacitet ovisi o veličini ulaznog otvora i osobinama toka oborinske vode prema slivniku. Budući da ne postoji teorijski pouzdan način funkcionalnog dimenzioniranja slivnika, njihovo se dimenzioniranje (prvenstveno međusobni razmak i veličina pripadne slivne površine) provodi u skladu s iskustvima i preporukama. Tako npr. engleske preporuke veličinu pripadne slivne površine s koje oborinske vode dotječu u slivnik tretiraju ovisno o (uzdužnom) padu prometnice, tablica 2.5::I.

Tablica 2.5::I Pripadna slivna površina jednom slivniku

Upravno proporcionalan odnos pada prometnice i pripadne slivne površine proizlazi iz činjenice da veći pad uzrokuje i veću brzinu tečenja prikupljene vode, a time i veću mogućnost da se oborina prihvati slivnikom. Međutim, pri većem padu, odnosno većoj brzini, postoji i veća mogućnost da prikupljena voda preskoči slivnik (rešetku), tako da postoje i preporuke kako povećanjem pada prometnice treba opadati vrijednost pripadajuće slivne površine, odnosno razmak slivnika.

325

Sukladno ovim tumačenjima, uzima se da je na prometnicama uobičajen međusobni razmak slivnika, Ls = 30 (za površine s većim nagibima) do 80 (100) [m] (za površine s manjim nagibom). Pod razmakom slivnika podrazumijevamo udaljenost slivnika s jedne strane ceste i najbližeg s druge strane ceste, slika 2.5::02.

Slika 2.5::02 Situacijska shema međusobnog razmaka slivnika 1 – rubnjak; 2 – kanal ili kolektor; 3 – slivnik; 4 – priključak; 5 – pripadna slivna površina jednom slivniku

*** U slučaju odvodnje velikih površina (parkirališta, trgovi, aerodromi) izvode se linijski hvatači oborinskih voda, bilo u obliku neprekidnih rešetki ili vodolovnih grla. Ova rješenja primjenjuju se zato što zbog malih padova ovakvih površina i nemogućnosti njihovog profiliranja na točkasta mjesta sakupljanja (slivnike) ne postoji drugi način efikasnog hvatanja znatnih količina oborinskih voda. Priključak linijskih hvatača na kanale ili kolektore, a po potrebi i izvedba taložnika i natega, provodi se na isti način kao kod slivnika. 326

2.5.2. ULAZNA OKNA Ulazna okna su građevine koje služe za pristup kanalima s površine terena radi pregleda, čišćenja i popravaka kanala. Dodatna je zadaća ovih građevina da omogućuje tehnički ispravno priključenje i skretanje kanala, te promjenu njihovog uzdužnog pada i profila. U skladu s ovim, ulazna okna se postavljaju: (a) na početku svakog kanala (a, slika 2.5::03), (b) na mjestima promjene profila kanala (b, slika 2.5::03), (c) kod promjene uzdužnog pada kanala (c, slika 2.5::03), (d) na mjestima skretanja kanala (d, slika 2.5::03), (e) na mjestima priključaka kanala do profila, Φ = 600 [mm], (e, slika 2.5::03), (f)

na kanalima u pravcu, zbog održavanja i revizije, (f, slika 2.5::03).

Slika 2.5::03 Raspored ulaznih okana na kanalskoj mreži

327

Dakle, kanalizacijska mreža se između dva ulazna okna izvodi u pravcu s istim parametrima kanala. Kod kanala koji su u pravcu, ulazna okna treba predvidjeti na maksimalnom razmaku od: (i) Lmax = 50 [m], za profile, 250 [mm] ≤ Φ ≤ 600 [mm], (ii) Lmax = 75 [m], za profile, 700 [mm] ≤ Φ < 1400 [mm], (iii) Lmax = 150 [m], za profile, Φ ≥ 1400 [mm]. Ovi razmaci su posljedica uvjeta održavanja, budući da je održavanje kanalizacijske mreže znatno otežano kod neprohodnih kanala (malih profila), a lakše kod prohodnih kanala. Priključke kanala koji se izvode u ulaznim oknima treba provesti tako da se ne stvara uspor u mreži. Zato se kanali priključuju visinski u razini vodnog lica, ili nizvodne razine moraju biti niže od uzvodnih. U praksi se to obično izvodi na taj način da se kanali visinski postavljaju tako da su im tjemena na istoj visini, slika 2.5::04, ili da su kod nizvodnih niža.

328

Slika 2.5::04 Načelo visinskog položaja kanala u ulaznom oknu Tlocrtna rješenja, a time i oblici horizontalnog presjeka revizijskih okana, ovise o njihovim funkcijama (priključenje kanala, promjena uzdužnog pada, promjena smjera), materijalu izvedbe, veličini profila, te praksi i tipizaciji koju gotovo svaka komunalna organizacija provodi na svom području. Na slici 2.5::05 prikazane su tri varijante ulaznog okna okruglog tlocrta u odnosu na smjerove i broj kanala.

329

Slika 2.5::05 Tlocrtna rješenja okruglog ulaznog okna (a) okno na kanalu u pravcu; (b) okno na skretanju kanala; (c) okno na priključenju kanala

Uz prikazani okrugli tlocrtni oblik, ulazna okna se mogu izvesti i poligonalnog (kvadratnog, pravokutnog ili trapeznog) oblika. Neovisno o tlocrtnom obliku okna, radijus skretanja kanala se ne preporuča manji od trostruke vrijednosti promjera kanala, a maksimalno skretanje koje se u kanalizaciji primjenjuje ne smije biti manje od 90 [°], slika 2.5::05(b2). Svako ulazno okno, slika 2.5::06, sastoji se od: (1) dna s kinetom, (2) radnog prostora (radne komore), (3) grla ili vrata okna, (4) otvora s poklopcem.

Slika 2.5::06 Dijelovi ulaznog okna 1 – dno s kinetom; 2 – radni prostor; 3 – silazni prostor; 4 – ulazni prostor s poklopcem 330

(1) Kineta se oblikuje na dnu okna radi protjecanja vode kroz okno u predviđenom smjeru. Visina kinete se pretežno uzima pola promjera kanala, s tim da se bokovi kinete prema vertikalnoj stijenci okna izvode u nagibu 1:3 do 1:5 do pune visine profila, slika 2.5::07(a). Kod većih se brzina (v > 2,5 [m s-1]) kinete u krivini mogu jednostrano ili dvostrano podignuti do pune visine profila, slika 2.5::07(b). Podizanje kinete se izvodi radi sprječavanja tečenja izvan kinete.

Slika 2.5::07 Kinete (a) pola visine profila; (b) pune visine profila; (b1) dvostrano podignuta; (b2) jednostrano podignuta

(2) Radni prostor služi za sve manipulacije radnika kod održavanja i čišćenja kanala. Zato ovaj prostor (radna visina) mora biti toliki (obično najmanje 1,8 [m]) da omogućuje upotrebu potrebnog alata za nesmetano obavljanje svih radova. Tlocrtne dimenzije radne komore proizlaze iz radnih uvjeta i dimenzija priključnih kanala ili kolektora. Kao najmanja karakteristična tlocrtna dimenzija radnog prostora kod revizijskih okana za kanale do profila, Φ = 600 [mm], uzima se (0.6) 1,0 [m]. (3) Grlo okna služi za silaženje/izlaženje radnika u/iz radnog prostora. Zato karakteristična tlocrtna dimenzija grla okna iznosi barem 0,6 [m], a kod duljih silaznih prostora (preko 1 [m]) najmanje 0,8 [m]. (4) Ulazni otvor je opskrbljen lijevano željeznim poklopcem, lake (manja nosivost) ili teške (veća nosivost) izvedbe. Teška izvedba se koristi na prometnim površinama. 331

Pored navedenih dijelova u ulaznom oknu se za silazak i izlazak radnika ugrađuju (lijevano željezne) stupaljke, s kojima se kod dubljih okana (> 3,0 [m]) postavlja zaštitna ograda. S obzirom na način izvedbe ulaznih okana, moguća je podjela na: (I) monolitna okna, izvedena na licu mjesta, (II) montažna okna, izvedena od gotovih elemenata, (III) polumontažna okna, izvedena kao kombinacija prva dva slučaja. (I) Monolitna okna se mogu izvoditi: (1) od betona i armiranog betona, slika 2.5::08, (2) zidanjem betonskih blokova, opeke i kamena. Suvremena praksa preferira izvedbu betonskih i armirano betonskih ulaznih okana. (II) Montažna okna, u odnosu na materijal izvedbe, mogu biti: (1) betonska i armiranobetonska, slika 2.5::09(a), (2) azbest cementna, slika 2.5::09(b), (3) plastična (polipropilenska, polietilenska, poliesterska), slika 2.5::10. Sastoje se od dna (baze) s kinetom, tijela (formiranog od cijevi ili prstenova), vrata (grla) i poklopca. Kod plastičnih okana izvodi se i armiranobetonski distribucijski prsten koji ima funkciju prijenosa vanjskog (prometnog) opterećenja na okolno tlo (a ne na okno kao kod betonskih i armiranobetonskih okana). Azbest cementna okna se danas više ne proizvode (postoje samo na izvedenim kanalskim mrežama). Primjena plastičnih okana je novijeg datuma, naročito u slučajevima visokih podzemnih voda (zbog vodonepropusnosti) i agresivnih otpadnih voda (zbog otpornosti na agresivno djelovanje otpadnih voda). 332

Slika 2.5::08 Monolitna ulazna okna (a) betonsko okno; (b) armiranobetonsko okno

333

Slika 2.5::09 Montažna ulazna okna (a) betonsko ili armiranobetonsko okno; (b) azbest cementno okno

334

(a)

(b)

Slika 2.5::10 Montažna plastična (polipropilenska) ulazna okna (a) Φ 600 [mm]; (b) Φ 800 i 1000 [mm]

335

(a)

(b)

Slika 2.5::10 Montažna plastična ulazna okna (nastavak) (a) polietilensko okno; (b) poliestersko okno

(III) Polumontažna okna se najčešće izvode kao kombinacija donjeg (priključnog) monolitnog dijela, te montažnog radnog i silaznog dijela okna.

336

2.5.3. PRIKLJUČNE GRAĐEVINE Kao što je u prethodnoj točki istaknuto, priključenje kanala do profila, Φ = 600 [mm], izvodi se unutar revizijskih okana. Profili, Φ > 600 [mm], spajaju se unutar monolitnih armirano betonskih priključnih građevina. Osnovna pravila kod izvedbe ovih građevina, slika 2.5::11, jesu: (1) priključak se izvodi tangencijalno, (2) priključak se izvodi u razini vodnog lica, (3) priključak mora biti pod kutom manjim od 90 [°], (4) najmanji radijus zakrivljenosti priključnih kanala mora biti jednak peterostrukoj vrijednosti unutarnjeg promjera kanala. Drugo pravilo je uvjetovano potrebom eliminiranja uspora u uzvodnim kanalima. Zato brzina u izlaznom kanalu mora biti jednaka ili veća od brzine u priključnim kanalima. Ako se to ne može osigurati, izvodi se visinska dislokacija kanala koja osigurava da donja voda ne utječe na uzvodne uvjete tečenja. Unutar priključnih građevina izvodi se betonska kineta kako bi se postiglo traženo usmjeravanje protoka.

337

Slika 2.5::11 Primjeri tlocrtnih rješenja priključnih građevina

2.5.4. PREKIDNA OKNA Prekidna okna su građevine koje se izvode radi uspostavljanja uzdužnog pada kanala pri kojemu se, s obzirom na vrstu kanala, brzine ograničavaju na maksimalno dopuštene vrijednosti, slika 2.5::12.

Slika 2.5::12 Shema položaja prekidnih okana, PO, na kanalu It – pad terena; I – pad kanala 338

Obično se izvode kao monolitne (betonske) armirano betonske građevine. Rješenje prekidnih okana prvenstveno ovise o profilu kanala (protoku) i prekidnoj visini. Kod profila do 300 [mm] i prekidne visine do 0,5 [m], prekid se izvodi u ulaznom oknu, slika 2.5::13.

Slika 2.5::13 Prekidno (ulazno) okno za manje profile i manje prekidne visine

Dakle, ovakvo rješenje je prihvatljivo samo u slučaju manjih dotoka i prekidnih visina kod kojih s obzirom na energiju vodnog mlaza ne dolazi do oštećenja (dna) okna. Kod profila do 300 (400) [mm] i veće prekidne visine (> 0,5 [m], najviše 1,5 [m]), dodatno se izvodi obilazni kanal, slika 2.5::14. Slika 2.5::14 Prekidno okno za manje profile i veće prekidne visine 1 – glavni kanal; 2 – obilazni kanal 339

Kod manjih protoka (sušno razdoblje) voda u prekidno okno dotječe samo obilaznim kanalom, a kod većih kroz oba dovodna kanala, s tim da dio dotoka glavnim kanalom, koji zadržava uzdužni nagib s kojim je položen uzvodno, pada na vodni jastuk na dnu okna i time ublažava udar vode koja slobodno pada iz glavnog kanala. Kod profila preko 400 [mm], a time i većih protoka, vodni mlaz ima znatno veću energiju, te se ne može više dopustiti da izravno pada u okno. Tada se prekidna okna izvode s neprekidnim padom dna, slika 2.5::15(a), a u slučaju i većih prekidnih visina (> 1,5 [m]), dodatno se izvodi pregrada za prigušenje toka (disipaciju energije) i bučnica, slika 2.5::15(b).

Slika 2.5::15 Prekidna okna za veće profile i veće prekidne visine (a) s neprekidnim padom dna; (b) s pregradom i bučnicom 1 – armiranobetonska pregrada; 2 - bučnica

Profili preko 1000 [mm] i prekidne visine iznad 1,5 [m] u principu zahtijevaju izvedbu kompletnog slapišta s bučnicom u oknu, slika 2.5 ::16. 340

Slika 2.5::16 Prekidna okna za velike profile i velike prekidne visine Prekidna okna s prigušenjem toka i slapištem nastoje se uvijek ispitati na fizikalnim modelima. Pored izloženih, postoji cijeli niz rješenja prekidnih okana prilagođenih lokalnoj praksi i uvjetima, s osnovnim ciljem da se visinska dislokacija kanala izvede na siguran i tehnički ispravan način.

341

2.5.5. SPREMNICI ZA OBORINSKU VODU Spremnici za oborinsku vodu (retencijski bazeni) su građevine koje se izvode kod oborinske i mješovite odvodnje s osnovnim ciljem prihvaćanja i zadržavanja određenih količina oborinskih i drugih otpadnih voda. Uz ovu, spremnici za oborinsku vodu mogu imati i dodatne zadaće, tako da razlikujemo: (a) zadržne spremnike, (b) preljevne spremnike, (c) spremnike za bistrenje (fizičko pročišćavanje) oborinskih voda. Na slici 2.5::17 prikazana je pogonska shema ovih građevina.

Slika 2.5::17 Pogonska shema spremnika za oborinsku vodu (a) zadržni spremnik; (b) preljevni spremnik; (c) spremnik za bistrenje

342

(a) Zadržni spremnici se pune za vrijeme jačih oborina (kiša) dijelom otpadnih i oborinskih voda, a prazne postupno nakon prestanka oborina. U načelu nemaju preljev, nego samo odvod priključen na kanal, crpnu stanicu ili uređaj za pročišćavanje. Jedino može biti predviđen preljev za nuždu, koji se aktivira za vrijeme obilnih kiša (kiša većih povratnih razdoblja). (b) Preljevni spremnici, u odnosu na zadržne, imaju i (kišni) preljev kojime se u vrijeme jakih kiša rasterećuje kanalski sustav izravnim ispuštanjem dijela razrijeđenih voda u prijemnik. Dakle, ovi se spremnici dimenzioniraju tako da prihvate dio oborinskih i otpadnih voda koje se ne prelijevaju, zadrže ih do prestanka oborina, a zatim se spremnici postupno prazne. Time se znatno smanjuje hidrauličko opterećenje kanalizacijske mreže nizvodno od preljeva i uređaja za pročišćavanje. (c) Spremnici za bistrenje izvode se kao taložnici za fizikalno pročišćavanje oborinskih voda prije njihovog ispuštanja u prijemnik. Dakle, primjenom spremnika za oborinsku vodu postižu se različiti efekti, kao: (i) ušteda na investicijskim troškovima kanalizacijske mreže, (ii) mogućnost priključenja novih dijelova grada na postojeći sustav odvodnje, (iii) saniranje hidrauličkog opterećenja kanala, (iv) zaštita prijemnika, (v) rasterećenje uređaja za pročišćavanje. Spremnici za oborinsku vodu izvode se okruglog i pravokutnog tlocrta, slika 2.5::18, kao monolitne armirano betonske građevine.

343

Slika 2.5::18 Spremnici za oborinsku vodu (a)

okrugli; (b) pravokutni;

1 – dotok u sušnom razdoblju; 2 – dotok u kišnom razdoblju; 3 – preljev; 4 – odvod; 5 - pregrada

Funkcionalno dimenzioniranje ovih građevina je hidrološko – hidraulički problem koji se sastoji u proračunu: (1) volumena spremnika, (2) vremena pražnjenja, (3) vremena punjenja, (4) preljeva (kod preljevnih spremnika). 344

2.5.6. CRPNE STANICE Crpne stanice su građevine s pripadnom elektrostrojaskom opremom kojima se otpadne vode podižu iz građevina ili područja (kanala) s nižom na višu razinu. Takvih slučajeva ima podosta u praksi, kako na samoj kanalizacijskoj mreži, tako i na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda i obradu mulja. Na kanalizacijskoj mreži crpne stanice su potrebne za podizanje otpadnih voda iz dubljih u pliće dijelove kanala kada je pad kanala veći od nagiba terena, slika 2.5::19. Tada bi inzistiranje na kompletnoj gravitacijskoj odvodnji zahtijevalo dubine ugradnje kanala koje su daleko iznad ekonomski prihvatljivih (6 do 7 [m]).

Slika 2.5::19 Shema položaja crpne stanice na kanalu It – pad terena; I – pad dna kanala 345

Budući da su načelno crpne stanice detaljnije tumačene u prethodnom poglavlju, točka 1.6, te da postoji analogija u njihovoj primjeni i izvedbi kod vodovoda i kanalizacije, ovdje se neće nanovo iznositi analize generalnog značaja, već će se samo ukazati na određene posebnosti koje postoje kod primjene crpki u kanalizaciji. Ove su posebnosti uglavnom posljedica: (a) svojstva otpadnih voda, zbog čega je potrebna primjena crpki u kojima je smanjena mogućnost začepljenja (crpke s izvedbom rotora koja omogućava crpljenje vode zajedno s krupnijim otpacima) i koje su otporne na habanje i koroziju, (b) količina otpadnih voda, što ponekad zahtijeva primjenu crpki kapaciteta i do nekoliko kubnih metara u sekundi, (c) veličine (manometarske) visine dizanja, koja često iznosi svega nekoliko metara. U kanalizaciji se upotrebljavaju rotacijske crpke, prvenstveno centrifugalne, propelerne i pužne. Prema smještaju motora u crpnoj stanici razlikuju se, kao i kod vodovoda, mokra i suha izvedba, slika 2.5::21.

346

Pužna crpka je zasigurno najstarija vrsta crpki koja se široko primjenjuje u odvodnji otpadnih voda. Načelo rada ove crpke temeljeno je na guranju vode pužem duž otvorenog i koso položenog korita do izljeva. Puž crpke se izvodi od noseće čelične cijevi na koju je zavarena spiralna čelična traka. Nagib osovine pužne crpke, α [°], je 22 do 40 (najčešće 30 do 35 ) [°]. Pužne crpke služe za podizanje relativno velikih količina otpadnih voda (do 3.0 [m3 s-1] ) na malu visinu (do najviše 10 [m]). Za veće visine dizanja mogu se postaviti u seriji. Koeficijent korisnog djelovanja, η [1], pužne crpke ovisi i o stupnju punjenja (dubini vode) na donjem kraju crpke, slika 2.5::20(a). Najveći je kod potpunog punjenja i iznosi , η = 0,73. Kapacitet, Q [m3 s-1] , pužne crpke ovisi o njezinim geometrijskim osobinama, broju okretaja i vanjskom promjeru puža, D [mm]. Krivulja orijentacijskog kapaciteta pužnih crpki pri potpunom punjenju u funkciji vanjskog promjera puža prikazana je na slici 2.5::20(b).

Slika 2.5::20 Tipične krivulje pužne crpke (a) odnos dubine punjenja i efikasnosti crpke; (b) orijentacijski kapacitet crpke kod potpunog punjenja T1 – dodirna točka; T2 – točka potpunog punjenja

347

Glavna prednost korištenja pužnih crpki jest: (i) mogu crpsti otpadne vode s krupnijim tvarima, uključujući i plivajuće, (ii) rad crpke nije pod utjecajem varijacije dotoka, tako da ona radi neprekidno (radi čega ne treba crpni spremnik) i crpi vodu sukladno dotoku do veličine maksimalnog kapaciteta. Primjena ostalih vrsta crpki zahtjeva izvedbu crpnih spremnika. Vrijeme zadržavanja otpadnih voda u crpnom spremniku ne smije biti dulje od 25 [min], kako bi se izbjegla razgradnja organske tvari i tako izbjegli neugodni mirisi. Problem nejednolikog dotoka otpadnih voda u crpne stanice najčešće se rješava ugradnjom više crpki, koje se automatski uključuju ( i isključuju) prema dotoku. Sukladno svojstvima otpadnih voda i veličine crpne stanice, pred crpnim spremnikom se ugrađuje rešetka ili usitnjivač (kominutor) radi zaštite crpki od začepljenja, slika 2.5::21(b). Slobodni otvor među šipkama rešetke iznosi 75 do 100 [mm], kako bi se na minimum smanjilo zadržavanje otpadnih (prvenstveno organskih) tvari na rešetki. Zbog problema taloženja kod otpadnih voda u tlačnom cjevovodu se zahtijeva brzina vode između 1,0 i 1,5 [m s-1]. Veće brzine se ne preporučuju zbog znatnijih hidrauličkih gubitaka i eventualne abrazije cijevnog materijala.

348

Crpne stanice mogu biti izvedene: (I) monolitno, (II) montažno. (I) Monolitne crpne stanice (izvedene na licu mjesta) uglavnom se rade za crpke većeg kapaciteta (Q > 50 [l s-1]). Izvode se kao armirano betonski objekti, slika 2.5::21.

Slika 2.5::21 Monolitne crpne stanice (a) s uronjenim crpkama; (b) sa crpkama suhe izvedbe; (c) s pužnim crpkama

349

(II) Montažne crpne stanice se pretežno izvode za crpke manjeg kapaciteta (Q ˂ 50 [l s-1]). Rade se tvornički za direktnu ugradnju na gradilištu, slika 2.5::22. (a)

(b)

8

8

8 8 5

4

6 2 7

2

1

3

1

3

Slika 2.5::22 Montažne crpne stanice (a) s uronjenim crpkama; (b) sa crpkama suhe izvedbe 1 - temeljna ploča; 2 – dovod; 3 – crpke; 4 – upravljački ormarić; 5 – otvor s poklopcem; 6 – radna platforma; 7 – odvod; 8 – ventilacijska cijev

350

Slika 2.5::22 Montažne crpne stanice (nastavak)

351

Izvode se kompletno sa svim unutarnjim cjevovodima i drugim komponentama, odnosno opremom. Stoga je njihova izvedba reducirana samo na iskope na gradilištu (na licu mjesta), zatim polaganje na temelj i spajanje crpne stanice na dovodni (gravitacijski) i odvodni (tlačni) cjevovod, te spajanje upravljačkog ormarića na strujni priključak i eventualno telimetrijsko spajanje. Djelovanje uzgona za slučaj prazne crpne stanice u principu zahtijeva ili njeno sidrenje na temeljnu (betonsku) ploču, koja također može biti predgotovljena (prefabricirana), ili izvedbu prstenastih orebrenja po vanjskoj površini konstrukcije crpne stanice. Crpna stanica mora biti ventilirana u cilju preveniranja razvoja toksičnih i eksplozivnih plinova. Ako postoji mogućnost od smrzavanja, gornji dio crpne stanice treba termički izolirati. Montažne crpne stanice su opremljene pristupnim poklopcima od plastike, aluminija ili galvaniziranog (pocinčanog) čelika. Unutarnji cjevovodi mogu biti plastični, lijevano željezni ili od tankostjenog nehrđajućeg čelika (inoksa) s tvorničkim fasonskim komadima (koljenima i ograncima). Uglavnom se izvode od armiranog betona, slika 2.5:: 23, i plastike (poliestera, polietilena), slika 2.5::24.

352

Slika 2.5::23 Montažne armirano betonske crpne stanice 353

Slika 2.5::24 Montažne plastične crpne stanice 354

2.6. PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA Pročišćavanje otpadnih voda je proces smanjenja onečišćenja (zagađenja) do onih količina ili koncentracija s kojima pročišćene otpadne vode ispuštene u prijemnike postaju neopasne za život i ljudsko zdravlje i ne uzrokuju neželjene promjene u okolišu.

Dakle, otpadne vode je prije ispuštanja u prijemnike uvijek neophodno pročistiti, kako bi se iz njih do određenog stupnja uklonile plivajuće, lebdeće i otopljene tvari, te koloidi, dakle onečišćenja (zagađenja) koja su prisutna u otpadnim vodama i bitno karakteriziraju njihova svojstva. Kod analize problema pročišćavanja otpadnih voda od temeljne su važnosti: (1) (2) (3) (4)

količina i svojstva otpadnih voda, svojstva prijemnika, uvjeti ispuštanja otpadnih voda, procesi pročišćavanja otpadnih voda i zbrinjavanja mulja.

Metodologija određivanja mjerodavnih količina otpadnih voda iznijeta je u točki 2.3, dok će se ostalo protumačiti neposredno u nastavku. 2.6.1. SVOJSTVA OTPADNIH VODA Otpadne vode predstavljaju u stvari mješavinu raznih vodom nošenih onečišćenja (otpadaka). Stoga svojstva ovih voda bitno ovise o njihovom porijeklu (kućanske, industrijske i oborinske vode).

355

Glavni pokazatelji svojstava otpadnih voda jesu: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

krupni (površinski) otpaci, raspršene (suspendirane) i otopljene tvari, mikroorganizmi, hranjive soli (biogene soli), postojane (perzistentne) tvari, otrovne tvari, radioaktivne tvari, otopljeni plinovi, povišena temperatura vode.

(1) Krupni otpaci jesu papir, krpe, kore od voća i ostali krupniji organski i sintetski otpaci. Za razgradnju (dekompoziciju) krupnih organskih otpadaka se troši kisik, pa se tako smanjuje količina otopljenog kisika u vodi. (2) Raspršene i otopljene tvari koje se nalaze u otpadnim vodama su tvari organskog i anorganskog (mineralnog) porijekla. Raspršene tvari su krupnije čestice od otopljenih tvari koje se u otpadnim vodama nalaze u obliku iona i molekula. Prijelaz između raspršenih i otopljenih tvari čine koloidi, tako da je uobičajena sljedeća klasifikacija: (a) otopljene tvari, dimenzija čestica do1 [nm] = 10-6 [mm] = 10-9 [m], (b) koloidi, dimenzija čestica od 1 [nm] do1 [μm] = 103 [nm] =10-3 [mm] = 10-6 [m], (c) raspršene tvari, dimenzija čestica preko 1 [μm]. Orijentacijski, za dimenzije čestica do 10 [μm] raspršene tvari su netaložive, a preko 10 [μm] su taložive.

356

Otopljene i raspršene tvari uzrokuju promjenu boje u vodi, a raspršene tvari i koloidi tvore mutnoću. Povećana mutnoća vode sprječava prodiranje svjetlosti, što usporava fotosintezu. Zbog toga se u većim dubinama smanjuje količina kisika, pa se povećava zona anaerobne razgradnje organske tvari, čime se stvaraju plinovi neugodna mirisa. (Miris u vodi može potjecati i od unošenja nekih kemijskih spojeva, naročito kad se uvode industrijske otpadne vode). (3) Mikroorganizmi (virusi, rekrecije, bakterije, plijesni, kvasci, alge, praživotinje) su jednostanični i višestanični organizmi koji se nalaze u svim otpadnim vodama. Za procese pročišćavanja mikroorganizama:

otpadnih

voda

od

naročitog

su

značenja

sljedeće

dvije

skupine

(a) mikroorganizmi razlagači (saprofagni mikroorganizmi), (b) mikroorganizmi iz probavnog trakta ljudi i životinja (fekalni mikroorganizmi). (a) Mikroorganizmi razlagači biološki razgrađuju organsku tvar do anorganske, troše otopljeni kisik, pa se može pojaviti neželjeni manjak (deficit) kisika, odnosno anaerobno stanje. Prema optimalnoj temperaturi, T [°C], za razvoj, saprofagni mikroorganizmi se dijele na: (i) kriofilne (psikrofilne), s optimalnom temperaturom, T = 0 do 5 [°C], (ii) mezofilne, s optimalnom temperaturom, T = 20 do 40 [°C], (iii) termofilne, s optimalnom temperaturom, T > 40 (najbolje 55 do 60) [°C].

357

(b) Mikroorganizmi iz probavnog trakta ljudi i životinja su temeljni pokazatelj kućanskih otpadnih voda, ali ih ima i u industrijskim otpadnim vodama. Među ovom skupinom mikroorganizama su posebno značajni patogeni mikroorganizmi koji mogu biti uzročnici oboljenja (tifusa, paratifusa, hepatitisa, poliomijelitisa, kolere, tuberkuloze, dizenterije). Bolesti se mogu prenijeti kupanjem u nečistoj vodi (zbog dodira s kožom ili zbog gutanja vode) i naročito konzumiranjem proizvoda iz vode (npr. školjki koje se jedu sirove). Kao indikator zagađenja ovim mikroorganizmima obično služe bakterije normalne crijevne flore ljudi i životinja – koliformne bakterije, određene kao najvjerojatniji broj bakterija (NBB). Kad fekalni mikrooganizmi dospiju u prijemnik (okoliš) s drugačijim uvjetima za život (temperatura, koncentracija vodikovih iona, ultraljubičasto zračenje), postepeno isčezavaju. Vrijeme isčezavanja nije jednako za sve mikroorganizme, a prvenstveno ovisi o sadržaju otopljenih (hranjivih) soli u vodi. (4) Hranjive soli nastaju procesom razgradnje organske tvari iz otpadnih voda ispuštenih u prirodne i umjetne prijemnike. Ovaj je proces prvenstveno vezan uz nastanak soli dušika i fosfora, koje sudjeluju u stvaranju bjelančevina i time potiču razvoj planktona (lebdećih mikroorganizama čije je kretanje ovisno o strujanju vode) i zelenih biljaka. Prema tome, ispuštanjem većih količina otpadnih voda bogatih organskim tvarima u vodne sustave (prijemnike) sa slabijom izmjenom vode (jezera, akumulacije, morski zaljevi) znatno se povećava količina hranjivih soli u ekosustavu. Ako su pri tome za razvoj biomase povoljni i ostali činioci (kisik, svjetlost i temperatura) može doći do prekomjernog rasta planktona i cvatnje otrovnih algi, tj. do pojave eutrofnog stanja u prijemniku. Inače, umjereno povećana proizvodnja biomase je općenito korisna za razvoj ribarstva, ali i neprikladna za vode namijenjene rekreaciji. 358

(5) Postojane tvari su organske i sintetske biološki nerazgradive ili teško (sporo) razgradive tvari. I u razdoblju dok traje njihova eventualna razgradnja nepovoljno djeluju na akvatični život, a mogu se i nakupljati u organizmima. Od ovih su tvari u otpadnim vodama od prvenstvenog interesa: (a) (b) (c) (d)

mineralna ulja i njihovi derivati (naročito nafta i naftni derivati), pesticidi, deterdženti, plastične tvari.

(a) Mineralna ulja dospijevaju u vodne sustave s kućanskim i industrijskim otpadnim vodama. Na vodnoj površini stvaraju tanku prevlaku što zbog ometanja otapanja kisika iz zraka smanjuje količinu otopljenog kisika u vodi, te isključuje mogućnost korištenja vode za rekreaciju. U toplijim područjima Zemlje mineralna su ulja biološki razgradiva (uz visoku potrošnju kisika), dok je u hladnijim predjelima razgradnja vrlo spora. Inače, mineralna su ulja vrlo otrovna za žive organizme u vodi i kod koncentracije ispod 1 [mg l-1]. (b) Pesticidi dospijevaju u vodu ispiranjem poljoprivrednog zemljišta (gdje se koriste kao sredstva za zaštitu bilja), ali ih ima i u industrijskim otpadnim vodama. U pogledu onečišćenja voda među najopasnije pesticide ubrajaju se klorirani ugljikovodici (DDT, dieldrin, lindan, endrin) koji se nakupljaju u masnim tkivima. Dodatno, DDT ometa fotosintezu jednostaničnih algi. Zbog toga je danas proizvodnja i primjena ove vrste pesticida gotovo u potpunosti zabranjena.

359

(c) Deterdžente nalazimo u kućanskim i industrijskim otpadnim vodama. Njima se u vodne sustave unose znatne količine fosfata, što može izazvati eutrofikaciju. Postojanost deterdženata ovisi o njihovoj molekularnoj strukturi. Tzv. tvrdi deterdženti (alkilbenzensulfonati tetramerne vrste) su praktički nerazgradivi. Na vodnoj površini ovi deterdženti stvaraju pjenu i time smanjuju otapanje kisika iz zraka. Meki deterdženti (linearni alkilsulfonati) se lakše razgrađuju, ali su dva do četiri puta otrovniji od tvrdih deterdženata. (d) Plastične tvari se nalaze u kućanskim i industrijskim otpadnim vodama u obliku konca, mrežica i vrećica. Ekološko značenje ovih tvari nije još u potpunosti rastumačeno. (6) Otrovne vari su tvari koje prema svojim količinama i svojstvima uzrokuju bolesti živih organizama, nenormalno ponašanje, kancerogene i genetičke promjene, fiziološke smetnje, fizičke deformacije i smrt. U otpadnim (prvenstveno industrijskim) vodama opasne tvari su predstavljene: (a) teškim metalima (živa, kadmij, olovo, nikal, cink, srebro, selen, mangan, krom, bakar, željezo), (b) otrovnim spojevima (cijanidi, kromati, flouridi). Mada su neke od ovih tvari u manjim količinama potrebne za razvoj organizma, u većim količinama postaju otrovne tvari s vrlo nepovoljnim posljedicama.

360

(7) Radioaktivne tvari mogu u vodi biti prirodnog i umjetnog porijekla. Prirodni izvori zračenja su radioaktivni elementi litosfere i svemirska zračenja. Umjetni izvori zračenja su radioaktivne tvari koje se nalaze u industrijskim otpadnim vodama, prvenstveno vodama nuklearnih elektrana, a potom i vodama iz industrijskih pogona u kojima se koriste radionuklidi. Povećano zračenje može uzrokovati genetičke promjene, sterilnost, kancerogene bolesti i smrt živih organizama. Osim toga, radioaktivne tvari ulaze u biokemijske procese, koncentrirajući se od nižih prema višim organizmima hranidbenog lanca te mogu biti vrlo opasne za život čovjeka. (8) Otopljeni plinovi su u otpadnim vodama prisutni u različitim koncentracijama. Među najvažnijima je kisik koji je bitan za život velikog broja organizama u vodi. Nalazi se otopljen u vodoopskrbnoj vodi i tako dospijeva u otpadne vode. Određena količina kisika se dobije i njegovim obnavljanjem (oksigenacijom) iz zraka (dodirom zraka i slobodne površine otpadnih voda), kao i procesom fotosinteze. Pored kisika otpadne vode vrlo često sadrže ugljični dioksid, koji dolazi otapanjem iz zraka i razgradnjom organske tvari, te sumporovodik, koji prvenstveno nastaje razgradnjom organskih i nekih anorganskih spojeva. (9) Povišena temperatura vode posljedica je ispuštanja rashladnih voda iz industrijskih postrojenja, posebice termoelektrana i nuklearnih elektrana. Toplija voda sadrži manje otopljenog kisika, a ubrzava metabolizam živih organizama, te se kisik brže troši, pa se pojavljuje sve veći manjak kisika. Zbog toga se mijenjaju životni uvjeti staništa, postupno isčezavaju organizmi koji trebaju više kisika i počinje anaerobna razgradnja mrtve organske tvari. * * * 361

Uz ove, u otpadnim vodama mogu biti prisutne i druge tvari (eksplozivne, zapaljive i korozivne tvari, kiseline i lužine) koje mogu biti štetne za kanalizacijsku mrežu i građevine na njoj, a također mogu nepovoljno djelovati i na procese pročišćavanja otpadnih voda. Stoga se u načelu provodi prethodno pročišćavanje (predtretman) ovakvih otpadnih voda. * * * U standardnim prilikama glavninu onečišćenja (zagađenja) otpadnih voda (poglavito kućanskih) predstavljaju organske tvari za čiju se razgradnju troši otopljeni kisik iz vode. Prema tome, stupanj onečišćenja otpadnih voda organskom tvari u izravnoj je vezi s količinom kisika potrebnom za oksidaciju, odnosno razgradnju, te tvari. Količina kisika potrebna da se razgradi biološki razgradiva organska tvar u vodi posredstvom aerobnih mikroorganizama naziva se biološka ili biokemijska potrošnja kisika (BPK). Ukupna biološka potrošnja kisika (BPKukup) je količina kisika potrebna za potpunu razgradnju organske tvari. Radi kvantificiranja opterećenja otpadnih voda organskom tvari za praktične je potrebe uveden pokazatelj petodnevne biološke potrošnje kisika (BPK5). BPK5 se određuje tako da se relativno mala količina otpadne vode razrijedi u znatno većoj količini destilirane vode bogate otopljenim kisikom. Ta se smjesa stavi u bocu u kojoj nema zraka i drži u njoj 5 dana na temperaturi 20 [°C]. Nakon toga se odredi koliko je otopljenog kisika potrošeno, te se ta količina izrazi u miligramima kisika na litru otpadne vode. Orijentacijski, za kućanske otpadne vode BPK5 iznosi do 400 [mg l-1]. Ako bi se potrošnja kisika prikazala kumulativnom krivuljom u funkciji vremena, dobio bi se dijagram poput onog sa slike 2.6::01. 362

Slika 2.6::01 Dijagram biološke potrošnje kisika za tri različite temperature vode 1 – prva faza; 2 –druga faza

Na dijagramu možemo uočiti: (i) da se otopljeni kisik troši brže što je viša temperatura vode, (ii) da se proces oksidacije organske tvari odvija u dvije faze. Prva faza, u kojoj dolazi do oksidacije ugljikove tvari (dekarbonizacija), traje relativno kratko, a druga faza, u kojoj dolazi do oksidacije dušikove tvari (nitrifikacija), traje puno dulje. Utvrđeno je da je BPK svakog dana prve faze kod iste temperature u određenom odnosu s BPK ma kog drugog dana prve faze i s ukupnim BPK prve faze. Time je dobivena mogućnost uvida u stanje koje će se u prijemniku događati tokom vremena. U tablici 2.6::I prikazani su podaci s kojima su biološke potrošnje kisika pri različitim temperaturama, [°C], i vremenima, [d], izražene u odnosu na vrijednost BPK5 (pri 20 [°C]). Podcrtane vrijednosti označavaju približno prijelaz na drugu fazu oksidacije organske tvari (nitrifikaciju). 363

Dani

Temperatura [ºC] 5

10

15

20

25

30

35

1

0,11

0,16

0,22

0,30

0,41

0,54

0,70

2

0,21

0,30

0,40

0,54

0,71

0,91

1,14

3

0,31

0,41

0,56

0,73

0,93

1,17

1,42

4

0,38

0,52

0,63

0,88

1,11

1,35

1,60

5

0,45

0,60

0,79

1,00

1,23

1,47

1,71

6

0,51

0,68

0,88

1,10

1,31

1,56

1,78

7

0,57

0,75

0,95

1,17

1,40

1,62

1,82

8

0,62

0,80

1,01

1,23

1,45

1,66

1,85

9

0,66

0,85

1,06

1,28

1,49

1,69

1,87

10

0,70

0,90

1,10

1,32

1,52

1,71

1,88

12

0,77

0,97

1,17

1,37

1,56

1,73

1,89

14

0,82

1,02

1,21

1,40

1,58

1,74

1,90

16

0,85

1,06

1,24

1,43

1,59

1,75

-

18

0,9

1,08

1,27

1,44

1,60

1,76

-

20

0,92

1,10

1,28

1,45

1,61

-

-

25

0,97

1,14

1,3

1,46

-

-

-

Prva faza

1,02

1,17

1,32

1,46

1,61

1,76

1,90

Tablica 2.6::I Podaci za proračun vrijednosti BPK 364

Kod ispitivanja svojstava otpadnih voda, naročito industrijskih, uobičajeno je određivanje i kemijske potrošnje kisika (KPK). To je ukupna količina kisika koja se potroši na razgradnju organske tvari, a ekvivalentna je koncentraciji oksidansa (kalijevog bikromata ili kalijevog permanganata). Ispitivanja su ukazala da je BPKukup = (0.0 do 0.93) KPK, a BPK5 = (0.0 do 1.0) BPKukup. Organske tvari kod kojih se BPKukup malo razlikuje od KPK, a BPK5 od BPKukup, lako oksidiraju. U suprotnome, tvari s izrazito različitim vrijednostima BPK i KPK, a naročito BPK5 i BPKukup, teško oksidiraju. * * * Za industrijske otpadne vode koje su onečišćene (zagađene) organskom tvari uobičajeno je BPK5 izražavati brojem tzv. ekvivalent stanovnika [ES], tj. usporedbom BPK5 industrijske otpadne vode s BPK5 otpadne vode po stanovniku. Dobije se dijeljenjem ukupnog BPK5 s vrijednošću od 60 [g O2 stanovnik-1 d-1] (što uz prethodno navedeni BPK5 za kućanske otpadne vode od 400 [mg l-1] odgovara količini otpadne vode od 150 [l stanovnik-1 d-1] ).

365

2.6.2. SVOJSTVA PRIJEMNIKA Za ispuštanje pročišćenih (i nepročišćenih) otpadnih voda kao prijemnici se mogu koristiti: (I) prirodni (vodotoci, jezera, mora) i umjetni (kanali, akumulacije) vodni sustavi, (II) tlo. U praksi je najčešće ispuštanje u vodne sustave, prvenstveno prirodne, tako da će se naredne analize odnositi na ovu vrstu prijemnika. U pogledu ispuštanja otpadnih voda, kod vodnih su sustava od temeljne važnosti sljedeće dvije skupine njihovih osobina: (1) hidrološke i hidrauličke osobine, (2) fizikalne, kemijske, biološke i bakteriološke osobine. (1) Hidrološke i hidrauličke osobine prijemnika ogledaju se u sljedećim pokazateljima: (a) količini vode (protoku) i uvjetima tečenja, odnosno o dinamici izmjena vodnih masa (kod jezera, mora i umjetnih vodnih sustava), (b) razini vode, (c) pronosu nanosa, (d) pojavi leda.

366

(2) Fizikalne, kemijske, biološke i bakteriološke osobine prijemnika su uglavnom sadržane u ovim pokazateljima: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k)

boji, mirisu i okusu, mutnoći, temperaturi, koncentraciji vodikovih, H+, iona, elektroprovodljivosti, ukupnom suhom ostatku, ukupnoj tvrdoći, otopljenim plinovima, otopljenim, koloidnim i lebdećim organskim i anorganskim tvarima, mikroorganizmima, životnim (biljnim i životinjskim) zajednicama.

Ispuštanjem otpadnih voda u prijemnike dolazi do promjene vrijednosti ovih pokazatelja, odnosno do promjene svojstava prijemnika. Promjena je toliko izraženija koliko je niži stupanj pročišćavanja otpadnih voda. Sukladno prethodnim tumačenjima možemo zaključiti da je temeljni problem sadržan u tome što se s otpadnim vodama ispuštaju i znatne količine razgradivih otpadnih tvari, čime se osjetno povećava potrošnja otopljenog kisika iz prijemnika. Dodatno, kisik troši vodna flora i fauna, uključujući i mikroorganizme (prvenstveno bakterije) koji u isto vrijeme konzumiraju kisik i organsku tvar kojom se hrane.

367

Dakle, ispuštanjem otpadnih voda u prijemnike može doći do osjetnog smanjenja otopljenog kisika, a u ekstremnim situacijama može i sasvim nestati, tako da u potonjem slučaju dolazi do potpunog izumiranja akvatičnog života. Zato se u prijemnicima javlja tendencija obnavljanja kisika (iz zraka i procesom fotosinteze). Međutim prisutstvo (plivajućih) mineralnih ulja i tvrdih deterdženata, te koloidnih i lebdećih tvari u vodi znatno umanjuje oksigenaciju. Obnavljanje kisika također usporavaju i otpadne vode s povišenom temperaturom, jer je kisik slabije topiv u toplijoj nego u hladnijoj vodi. Obnavljanje kisika u vodi ovisi i o temperaturi vode i tlaku zraka. Za vodu se kaže da je zasićena (saturirana) kisikom ako sadrži maksimalnu količinu otopljenog kisika koju može primiti pri datoj temperaturi i tlaku. Dijagram saturacijske vrijednosti otopljenog kisika, O2 , u vodi pri njezinim različitim temperaturama i normalnom tlaku zraka prikazan je na slici 2.6::02.

Slika 2.6::02 Dijagram saturacijske vrijednosti otopljenog kisika u vodi pri različitim temperaturama vode i normalnom tlaku zraka 368

Količina otopljenog kisika u vodi može se i procijeniti na osnovi organizama koji žive u vodi. Tako npr. jako zagađenu vodu karakterizira prisutstvo sivog fungusa (biljaka bez klorofila), a čistu (ili malo onečišćenu) vodu prisutstvo zelenih algi, planktona, školjki, riba i drugih viših oblika života. Za održavanje riba treba na najnepovoljnijem dijelu (potezu) prijemnika osigurati sljedeće minimalne količine otopljenog kisika: za pastrvu 7 [mg l-1], za ostalu plemenitu ribu 5 [mg l-1], a za šarana, soma i drugu običnu ribu 3.5 [mg l-1]. Nezagađeni prijemnici u načelu sadržavaju količinu otopljenog kisika koja približno odgovara saturacijskoj vrijednosti. Ispuštanjem otpadnih voda opterećenih organskom tvari u takav prijemnik doći će (zbog djelovanja mikroorganizama) do postupnog smanjenja otoljenog kisika u vodi. Vrijednost smanjenja kisika ovisi o količinskom odnosu čiste spram otpadnoj vodi i njezinim osobinama. Ako su količine otpadnih voda i organskih tvari u njima male u usporedbi s količinom vode (protokom) u prijemniku, onda će u prijemniku biti dovoljno otopljenog kisika za aerobnu razgradnju organske tvari, odnosno neće doći do poremećaja prvotnih osobina prijemnika. Međutim, kod aerobnog stanja u prijemniku i dalje će postojati bakteriološka zagađenost koja predstavlja potencijalnu opasnost po zdravlje ljudi (ako prethodno nije izvršena dezinfekcija ispuštene vode). U recipijentima u kojima količina otopljenog kisika nije dovoljna za proces aerobne razgradnje doći će do anaerobnih procesa, odnosno do truljenja, pojave neugodnih mirisa i sl. Prema tome, količina otopljenog kisika predstavlja temeljni kriterij čistoće, odnosno onečišćenja (zagađenja), prijemnika.

369

Primjer odnosa otopljenog kisika u prijemniku i vremena ispuštanja otpadnih voda u taj prijemnik grafički je predočen dijagramom na slici 2.6::03. Na osi apscisa je prikazano vrijeme, t, u danima, gdje početna točka predstavlja trenutak kada se otpadne vode ispuštaju u recipijent. Os ordinata na gornjem dijelu dijagrama prikazuje obnovljeni kisik u prijemniku, a krivulja (OK) toga dijela dijagrama prikazuje ukupnu količinu obnovljenog kisika od trenutka ispuštanja otpadnih voda u prijemnik do proizvoljnog trenutka poslije toga. Prema laboratorijskim ispitivanjima količina obnavljanja kisika na 1 [m²] slobodne vodne površine za 24 [h] iznosi: 1.4 [g] kod stajaćih voda bez vjetra, 5.4 [g] kod laganog riječnog toka i do 50 [g] kod brzog riječnog toka ili prilikom umjetnog miješanja vode. Os ordinata na donjem dijelu dijagrama prikazuje utrošeni kisik i njegov manjak.

Slika 2.6::03 Dijagram otopljenog kisika u prijemniku u funkciji vremena OK – krivulja obnavljanja kisika; MK0 – početni manjak kisika; D – krivulja deoksigenacije (MK0 + BPK); MK – krivulja manjka kisika (OK – D); MKcr – kritični manjak kisika

370

Prva krivulja, zvana krivulja deoksigenacije (D), toga dijela dijagrama prikazuje ukupnu količinu otopljenog kisika koja je do nekog trenutka utrošena procesom razgradnje organske tvari (BPK), uključujući i pretpostavljeni manjak kisika (MKO) prije ispuštanja otpadnih voda u prijemnik (zbog razgradnje organske tvari koja je već prisutna u prijemniku). Zato ova krivulja ne počinje na osi ordinata s vrijednošću nula. Druga krivulja, zvana krivulja manjka kisika (MK), toga dijela dijagrama prikazuje koliki je manjak kisika u prijemniku u bilo koje vrijeme od trenutka ispuštanja otpadnih voda. Dobije se kao razlika krivulje (OK) i (D). Sukladno količini i stupnju onečišćenja (zagađenja) otpadnih voda i brzini obnavljanja kisika ova će krivulja imati pliće ili dublje sedlo. Prema tome, najgore stanje u prijemniku je u trenutku kada MK krivulja dosiže najnižu točku, odnosno kritični manjak kisika (MKcr). Ova krivulja ujedno ukazuje da u pogledu manjka kisika najgore stanje u prijemniku nije na mjestu ispuštanja otpadnih voda, nego nizvodno. Nakon kritične točke povećava se količina otopljenog kisika i prijemnik se postupno vraća u prvotno stanje. Ovakve analize omogućuju postavljanje prognoze što će se s prijemnikom dogoditi kad se u njega ispuste otpadne vode, tj. koliki će manjak kisika nastati, a naročito hoće li se sadržaj otopljenog kisika spustiti ispod one granice koja se u danim prilikama još može tolerirati. Za definiranje manjka kisika u prijemniku postoje i matematički modeli, kao npr. Streeter – Phelpsov model (1925), koji se (iako najstariji) uz manje ili veće popravke koristi i danas. 371

Prethodna razmatranja ukazuju da svaki prijemnik ima sposobnost razgradnje (mineralizacije) organske tvari, što nazivamo samopročišćavanje prijemnika. Ovaj proces se u prijemnicima odvija na istim biološkim načelima kao i na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda, osim što se: (i)

razgradnja organske tvari u prijemniku odvija na duljini toka ili vodnoj površini od nekoliko kilometara, a na uređaju za pročišćavanje na nekoliko metara, (ii) optimalni uvjeti okoline za razvoj mikroorganizama i kontrolu teže održavanju u prijemniku nego na uređaju, (iii) proces samopročišćavanja prijemnika poklapa s ostalim ljudskim djelatnostima (vodoopskrba, ribolov, sport, navodnjavanje itd.) Iz ekonomskih je razloga očito da je u praksi prisutno nastojanje maksimalnog iskorištenja procesa samopročišćavanja prijemnika. Međutim, ovakva su nastojanja ograničena potrebom očuvanja dinamičke ravnoteže u prijemniku. Proces samopročišćavanja u prijemniku (vodotoku) odvija se u četiri područja, slika 2.6::04. To su:

(A) (B) (C) (D)

područje onečišćenja (zona degradacije), područje razgradnje (zona dekompozicije), područje oporavka (zona regeneracije), područje čiste vode.

372

Slika 2.6::04 Područja samopročišćavanja prijemnika A – područje onečišćenja; B – područje razgradnje; C – područje oporavka; D – područje čiste vode; 1 – ispuštanje otpadnih voda; 2 – početno stanje otopljenog kisika; 3 – krivulja otopljenog kisika u prijemniku; 4 – početno stanje BPK; 5 - BPK

(A) Područje onečišćenja počinje odmah nizvodno od točke (mjesta) ispuštanja otpadnih voda u prijemnik. U ovom je području vrlo uočljiva zagađenost, nastaje izražena redukcija otopljenog kisika, bitno se smanjuje broj riba, velika je mutnoća, a ako je brzina toka mala dolazi do taloženja krutina i do stvaranja naslaga mulja koji trune i doprinosi daljnjoj degradaciji prijemnika. Također je intenzivan i biološki život, s velikim brojem bakterija, uključivo i patogenih. (B) Područje razgradnje karakterizirano je procesom anaerobne razgradnje organske tvari u vodi, jer je potrošen gotovo sav otopljeni kisik. U ovoj zoni nema riba, voda je tamne boje i neugodnog mirisa. Slično kao i u prvom području, nastavlja se proces taloženja i formiranja mulja. Ako je količina kisika u prijemniku dovoljna da se stalno održava aerobno stanje (veliko početno razrjeđenje), ovo područje može sasvim izostati tako da prijemnik iz prve zone odmah prelazi u treću.

373

(C) Područje oporavka karakterizirano je postupnim povećanjem otopljenog kisika u prijemniku, smanjenjem broja mikroorganizama i količine organske tvari, čime i izgled vode postaje sve prirodniji. Također, u ovoj zoni mogu opstati viši oblici života (ribe). Proces taloženja se i dalje odvija, a mulj se razgrađuje pod utjecajem crva i ličinki. (D) Područje čiste vode sadrži otopljen kisik blizu njegove saturacijske vrijednosti, što znači da je razgradnja organske tvari praktički završena, mikroorganizmi (uključujući i bakterije) su u relativno malom broju, a ostali organizmi koji se inače nalaze u čistoj vodi su mnogobrojni. Prema tome, u ovom je području voda iste kvalitete kao i prije ispuštanja otpadnih voda.

2.6.3. UVJETI ISPUŠTANJA OTPADNIH VODA Mada je ispuštanje otpadnih voda posljednja operacija upravljanja sustavom odvodnje, uvjeti za njegovu provedbu imaju povratne posljedice na potrebni stupanj pročišćavanja otpadnih voda, i prema tome, nikako se ne mogu odvojiti od ovog problema. Istodobno s ispuštanjem otpadnih voda treba kontrolirati stanje vodnih sustava u koje se ove vode ispuštaju, kako bi se spriječile sve neželjene promjene u ekosustavu. Poremećaji koji nastaju u ekološkim sustavima zbog ispuštanja otpadnih tvari su dugotrajniji i s višegodišnjim zakašnjenjem pojavljivanja njihovog utjecaja na okoliš. Prema tome, uvjeti ispuštanja se ne smiju odrediti temeljem povratnih informacija, jer bi nakon nastalih promjena već bilo prekasno za promjenu načina upravljanja sustavom odvodnje.

374

Zato se pri ispuštanju otpadnih voda moraju primijeniti određeni kriteriji, odnosno propisani standardi, s kojima se zaštićuju ekološki sustavi od neželjenih promjena Budući da uvjeti ispuštanja otpadnih voda ovise i o svojstvima otpadnih voda i o svojstvima prijemnika, svi standardi za zaštitu ekosustava mogu se svrstati u dvije temeljne skupine: (I) standardi prijemnika, (II) standardi ispuštene vode (efluenta). (I) Standardi prijemnika određuju namjenu ili način iskorištavanja prijemnika i granične vrijednosti pojedinih pokazatelja kvalitete prijemnika. (II) Standardi ispuštene vode određuju dopuštene dotoke pojedinih onečišćivača i granične vrijednosti emisija u otpadnim vodama, odnosno potrebni stupanj pročišćavanja otpadnih voda. Primjenom prve skupine standarda u povoljnijem su položaju potrošači koji otpadne vode ispuštaju u veću vodnu masu prijemnika (npr. otvoreno more). Takvi standardi omogućuju besplatno iskorištavanje procesa samopročišćavanja prijemnika. Standardima koji se odnose na ispuštene vode postiže se stroža kontrola ispuštenih otpadnih tvari, što u načelu iziskuje veće troškove pročišćavanja otpadnih voda. U biti, oba ova pristupa zasnivaju se na potrebi da se zaštite prijemnici, samo što se propisi o standardu efluenta postepeno s vremenom sve više pooštravaju s ciljem da se postigne zadovoljavajuća kvaliteta prijemnika, odnosno da se unos onečišćenja (zagađenja) ne prilagodi kapacitetu prijemnika.

375

Kod nas polazište u zakonskoj regulativi za zaštitu voda čini Zakon o vodama (1965), koji je kasnije više puta mijenjan (posljednja verzija je iz 2009. godine), a prema kojemu se »zaštita vodnog okoliša ostvaruje donošenjem provedbenih propisa iz ovog područja, nadzorom nad stanjem kakvoće voda i izvorima onečišćenja, kontrolom onečišćenja, zabranom ispuštanja onečišćujućih tvari u vode i zabranu drugih radnji i ponašanja koja mogu izazvati onečišćenje vodnog okoliša i okoliša u cjelini, građenjem i upravljanjem građevinama odvodnje i pročišćavanja otpadnih voda te drugim mjerama usmjerenim očuvanju i poboljšanju kakvoće i namjenske korisnosti voda». Pri tome se pod vodnim okolišem podrazumijeva vodni sustav, uključivo vodne i o vodi ovisne ekosustave (organizme i njihove zajednice), čovjeka te materijalnu i kulturnu baštinu koju je stvorio čovjek u ukupnosti uzajamnog ponašanja. Iz narečenog Zakona o vodama (NN 153/09, 130/11, 56/13 i 14/14) u vezi ciljevi zaštite voda i vodnog okoliša proizlaze sljedeća dva važna propisa: (1) Uredba o standardu kakvoće voda (NN 73/13 i 151/14), (2) Pravilnik o graničnim vrijednostima emisija otpadnih voda (NN 80/13 i 43/14).

376

(1) Uredbom o standardu kakvoće voda propisuje se standard kakvoće (a) površinskih voda, uključivo i priobalnih voda i voda teritorijalnog mora te (b) podzemnih voda. (a) Stanje površinskih voda određuje se na temelju (a1) ekološkog i (a2) kemijskog stanja tijela ili skupine tijela površinskih voda*. *Tijelo površinske vode je određen volumen elementa površinske vode kao što je jezero, akumulacija, potok, rijeka ili kanal, ili dio potoka, rijeke ili kanala te priobalne vode i vode teritorijalnog mora. (a1) Ekološko stanje površinskih voda ocjenjuje se u odnosu na biološke, hidromorfološke i osnovne fizikalnokemijske i kemijske elemente koji prate biološke elemente. Tijelo površinske vode razvrstava se na temelju rezultata ocjene elemenata kakvoće u kategorije ekološkog stanja: (i) vrlo dobro ekološko stanje, (ii) dobro ekološko stanje, (iii) umjereno ekološko stanje, (iv) loše ekološko stanje i (v) vrlo loše ekološko stanje. (a2) Kemijsko stanje površinskih voda ocjenjuje se u odnosu na pokazatelje kemijskog stanja. Tijelo površinske vode razvrstava se na temelju rezultata ocjene elemenata kakvoće u kategorije kemijskog stanja i to: (i) dobro kemijsko stanje i (ii) nije postignuto dobro kemijsko stanje. U konačnosti, stanje svakog tijela površinske vode određuje se na temelju ekološkog ili kemijskog stanja toga tijela, ovisno o tome koje je lošije (npr. stanje tijela površinske vode je dobro ako ima (1) vrlo dobro ili dobro ekološko stanje i (2) dobro kemijsko stanje), i prikazuje se na kartama vodnih područja odgovarajućim bojama navedenim u zagradama: vrlo dobro stanje (plavom bojom ██), dobro stanje (zelenom bojom ██), umjereno stanje (žutom bojom ██), loše stanje (narančatom bojom ██) i vrlo loše stanje (crvenom bojom ██).

377

(b) Stanje podzemnih voda određuje se na temelju (b1) količinskog i (b2) kemijskog stanja tijela podzemne vode**. ** Tijelo podzemne vode je određen volumen podzemne vode u jednom ili više vodonosnika. (b1) Količinsko stanje podzemnih voda određuje se u odnosu na razinu podzemne vode i njezinu izdašnost. (b2) Kemijsko stanje podzemnih voda određuje se u odnosu na općenite parametre (električnu vodljivost, otopljeni kisik , pH vrijednost) i onečišćujuće tvari (nitrate, amonij, specifične onečišćujuće tvari). U konačnosti, stanje tijela podzemne vode određuje se na temelju rezultata monitoringa stanja podzemnih voda, a ocjenjuje se u odnosu na količinsko i kemijsko stanje ovisno o tome koje je lošije i prikazuje se na kartama vodnih područja odgovarajućim bojama navedenim u zagradama: dobro stanje (zelenom bojom ██) i vrlo loše stanje (crvenom bojom ██).

378

(2) Pravilnikom o graničnim vrijednostima emisija otpadnih voda primarno se propisuju kriteriji i uvjeti prikupljanja, pročišćavanja i ispuštanja komunalnih otpadnih voda te iznimno dopuštena ispuštanja u podzemne vode, granične vrijednosti emisija (dozvoljene koncentracije onečišćujućih tvari i/ili opterećenja) u tehnološkim otpadnim vodama prije njihovog ispuštanja u sustav javne odvodnje te učestalost i metodologija uzorkovanja i ispitivanja sastava otpadnih voda. * * * Time zaključujemo da je Uredbom o standardu kakvoće voda i Pravilnikom o graničnim vrijednostima emisija otpadnih voda zapravo uvodena kombinacija standarda prijemnika i standarda efluenta.

2.6.4. VRSTE PROČIŠĆAVANJA OTPADNIH VODA Pročišćavanje otpadnih voda obavlja se primjenom (a) fizikalnih, (b) bioloških i (c) kemijskih postupaka ili procesa, tako da je s obzirom na primijenjene postupke i procese, slika 2.6::05, uobičajeno razlikovati: (A) (B) (C) (D)

prethodno pročišćavanje (preliminarno pročišćavanje), prvi stupanj (I) pročišćavanja (primarno pročišćavanje), drugi stupanj (II) pročišćavanja (sekundarno pročišćavanje), treći stupanj (III) pročišćavanja (tercijarno pročišćavanje).

379

Slika 2.6::05 Vrste pročišćavanja otpadnih voda 380

(A) Prethodno pročišćavanja (ili prethodni stupanj pročišćavanja) podrazumijeva primjenu postupaka kojima se iz otpadnih voda uklanjaju krupnije plivajuće tvari, šljunak, pijesak, ulja i masti. Napomena: Ova definicija, koja je općeprihvaćena u praksi i vezana je uz stanje tehnologije, razlikuje se od definicije iz narečenog Pravilnika o graničnim emisijama otpadnih voda, prema kojemu prethodno pročišćavanje označava predobradu (predtretman) otpadnih voda primjenom postupaka pročišćavanja otpadnih voda u skladu sa zahtjevima za ispuštanje tehnoloških, rashladnih, procjednih i oborinskih te ostalih otpadnih voda u sustav javne odvodnje. (B) Prvi stupanj (I) pročišćavanja označava primjenu fizikalnih i/ili kemijskih postupaka pročišćavanja komunalnih otpadnih voda koji obuhvaćaju taloženje raspršenih (suspendiranih) tvari ili druge postupke kojima se BPK5 ulaznih otpadnih voda smanjuje za najmanje 20 [%] prije ispuštanja, a ukupne suspendirane tvari ulaznih otpadnih voda za najmanje 50 [%]. (C) Drugi stupanj (II) pročišćavanja općenito označava primjenu bioloških postupaka pročišćavanja komunalnih otpadnih voda sa sekundarnim taloženjem i/ili druge postupke kojima se uklanja najmanje: 90 [%] suspendirane tvari ulaznih otpadnih voda (granična vrijednost 35 [mg l-1]); 70 [%] BPK5 ulaznih otpadnih voda (granična vrijednost 25 [mg l-1]); 75 [%] KPK ulaznih otpadnih voda (granična vrijednost 125 [mg l-1]). (D) Treći stupanj (III) pročišćavanja označava primjenu postupaka pročišćavanja komunalnih otpadnih voda kojima se uz drugi stupanj pročišćavanja još dodatno uklanja najmanje: 80 [%] ukupnog fosfora (granična vrijednost 2 [mg l-1] za naselja od 10 000 do 100 000 [ES] ili 1 [mg l-1] za naselja veća od 100 000 [ES]; 70 [%] ukupnog dušika (granična vrijednost 15 [mg l-1] za naselja od 10 000 do 100 000 [ES] ili 10 [mg l-1] za naselja veća od 100 000 [ES]). Svako od ovih pročišćavanja provodi se na objektu s pripadnom elektrostrojarskom opremom, koji nazivamo uređaj za pročišćavanje.

381

Pri tome je propisano da se komunalne otpadne vode pročišćavaju na uređajima s najmanje drugim (II) stupnjem pročišćavanja. Jedino u slučaju kada uspostava sustava javne odvodnje s pročišćavanjem komunalnih otpadnih voda nije ekonomki opravdana u odnosu na učinke zaštite vodnog okoliša, koriste se pojedinačni sustavi ili drugo odgovarajuće pročišćavanje kojim se postiže ista razina zaštite vodnog okoliša.. Drugim riječima, odgovarajuće pročišćavanje označava primjenu bilo kojeg postupka pročišćavanja komunalnih otpadnih voda, uključivo i nižu razinu pročišćavanja otpadnih voda od prvog stupnja (I) pročišćavanja, uz minimalnu primjenu postupaka kojima se iz otpadne vode uklanjaju krupne raspršene i plutajuće tvari, uključujući ulja i/ili masnoće, i/ili načinom ispuštanja, uključujući i podmorske ispuste, koja omogućava da prijemnik zadovoljava odgovarajuće ciljeve kakvoće voda. Ispuštanje otpadnih voda u podzemne vode iznimno je dopušteno samo neizravno, i to u slučajevima kada je prijemnik tih voda toliko udaljen od mjesta ispuštenja da bi odvođenje pročišćenih otpadnih voda prouzročilo nesrazmjerne materijalne troškove u odnosu na ciljeve zaštite podzemnih voda te ako se dokaže da ispuštanje pročišćenih otpadnih voda u podzemne vode nema negativnog utjecaja na stanje podzemnih voda i vodnog okoliša. Pročišćavanje otpadnih voda koje se temelji na postupcima koji se primjenjuju do uključivo drugog stupnja pročišćavanja obično se naziva konvencionalno pročišćavanje, dok se postupci koji se primjenjuju kod trećeg stupnja pročišćavanja nazivaju i napredna tehnologija.

382

2.6.4 – 1. Prethodni stupanj pročišćavanja Postupci koji se primjenjuju kod ovog stupnja pročišćavanja pretežno se temelje na fizikalnim pojavama i zakonitostima. Stoga se mogu nazvati i fiziklanim postupcima, mada neki od njih imaju i osobine fizikalno – kemijskih procesa. Također, prethodni stupanj pročišćavanja se često naziva i mehaničko pročišćavanje. Postupci prethodnog stupnja pročišćavanja se provode radi poboljšanja kvalitete otpadnih voda (prvenstveno smanjenja krupne otpadne tvari, šljunka, pijeska, masnoća) kako bi se uklonile one tvari koje mogu oštetiti dijelove uređaje za više stupnjeve pročišćavanja, odnosno ovaj stupanj pročišćavanja prethodi prvom, a time i drugom i trećem stupnju pročišćavanja. Ovi postupci najčešće obuhvaćaju: (A) rešetanje i/ili usitnjavanje (dezintegraciju), (B) taloženje (u pjeskolovu, PJ) i isplivavanje, (C) izjednačivanje (egalizaciju). Izjednačivanje se u načelu primjenjuje za industrijske otpadne vode. (1) Rešetanje je proces uklanjanja krupnih tvari (lišća, krpa, stakla, komadića drveta, plastike) iz otpadnih voda radi zaštite crpki i drugih dijelova uređaja za pročišćavanje. Ovaj se proces odvija na rešetkama, čiji učinak ovisi o slobodnom otvoru među šipkama rešetke. U kanalizaciji se uglavnom koriste: (a) grube rešetke, sa slobodnim otvorom 50 do 100 [mm], (b) srednje rešetke, sa slobodnim otvorom 10 do 25 [mm], (c) fine rešetke, sa slobodnim otvorom 3 do 10 [mm]. 383

Najveći učinak imaju fine rešetke na kojima se zaustavlja i dio raspršenih tvari. Učinak pročišćavanja na finim rešetkama iznosi: (i) (ii) (iii) (iv)

smanjenje BPK5 za 3 do 10 [%], smanjenje raspršenih tvari za 2 do 20 [%], smanjenje bakterija za 10 do 20 [%], smanjenje KPK za 5 do 10 [%].

Rešetke mogu biti ravne i lučne, slika 2.6::06. Čiste se ručno ili mehanički. Ručno se čiste rešetke na manjim uređajima i grube rešetke koje se na većim uređajima postavljaju kao zaštita srednjih i finih rešetki. Širina rešetke, br [m], definirana je izrazom:

gdje su: Q – protok, [m³ s-1], s – debljina šipke rešetke, [mm], e – slobodni otvor među šipkama, [mm], h – dubina (vode) u kanalu, [m], v – brzina (vode), [m s-1], f – stupanj zapunjenja rešetke, [1], (0.8 do 0.9). 384

Slika 2.6::06 Rešetke s mehaničkim čišćenjem (a) ravna rešetka; (b) lučna rešetka 1 – pogonski motor; 2 – izlazni lijevak; 3 – sanduk (podest) za otpatke; 4 – nosač rešetke; 5 – lanac; 6 – zgrtač; 7 – češalj za čišćenje rešetke; 8 – pogonski lančanik; 9 - zid kanala; 10 – ležište rešetke

Brzina vode u kanalu se obično uzima od 1.0 do 1.5 [m s-1], a da bi se izbjeglo taloženje otpadnih tvari ne bi smjela biti manja od 0.6 [m s-1]. Gubici visine, ∆H [m], pri protjecanju kroz rešetku iznose 0.1 do 0.4 [m].

385

U tehnologiji pročišćavanja otpadnih voda ponekad se umjesto finih rešetki za uklanjanje krupnijih suspenzija koriste sita, slika 2.6::07. Izvode se od nehrđajuće žice ili prorupčanog lima s veličinom otvora od 0.3 [mm] (mikrosita) do 3.0 [mm] (makrosita). Zavisno od konstrukcije, na sitima se zadržava 10 do 80 [%] raspršenih tvari, uz smanjenje BPK5 za 15 do 25 [%]. Čišćenje sita je automatsko (četkama s mlazom vruće vode ili zrakom).

Slika 2.6::07 Sito 1 – dovod otpadne vode; 2 – elektromotor; 3 – četke za čišćenje; 4 – odvod otpadne tvari; 5 – odvod pročišćene vode

386

(2) Usitnjavanje otpadne tvari je proces koji ili potpuno zamjenjuje rešetanje ili se primjenjuje nakon prolaska otpadne vode kroz grubu rešetku. Krupne otpadne tvari usitne se (isjeku) na veličinu 3 do 8 [mm] i odvode dalje na pročišćavanje bez opasnosti od začepljenja crpki i drugih dijelova uređaja. Danas se sve više izbjegava primjena usitnjavanja, budući da usitnjene otpadne tvari i dalje ostaju u otpadnoj vodi. Dodatno, primjećeno je da se usitnjavanjem povećava stvaranje pjene na uređaju. Usitnjavanje otpadne tvari se obavlja usitnjivačima (kominutorima). U praksi se najčešće upotrebljavaju usitnjivači sa slobodnim prolazom vode, slika 2.6::08. Gubitak visine, ∆H [m], na ovom tipu usitnjivača iznosi 0.1 do 0.3 [m].

Slika 2.6::08 Usitnjivač sa slobodnim prolazom vode 1 – dovod; 2 – odvod; 3 – usitnjivač; 4 – zapornice; 5 – obilazni vod (engl. bypass) s rešetkom (za slučaj kvara usitnjivača) 387

(3) Taloženje (sedimentacija) se kod razmatranog stupnja pročišćavanja primjenjuje za izdvajanje šljunka, pijeska i ostalih krupnijih čestica mineralnog porijekla iz otpadnih voda. To je potrebo radi zaštite rotora crpki, te cjevovoda od abrazije, kao i ostalih dijelova uređaja. Radi orijentacije, kao prosječna vrijednost uzima se količina pijeska (s 50 do 60 postotnim sadržajem vode) 5 do 12 [dm³] po stanovniku na godinu. Građevine u kojima se odvija ovaj proces zovu se pjeskolovi, slika 2.6::09. U pravilu se postavljaju kod mješovitih sustava odvodnje i na oborinskoj kanalskoj mreži.

Slika 2.6::09 Pjeskolovi (a) pravokutni trokomorni; (b) okrugli jednokomorni 1- dovod; 2 – zapornice; 3 – crpke za veđenje pijeska; 4 – komora za pijesak; 5 - odvod

388

Pjeskolovi se izvode kao taložnici, dakle kao spremnici u kojima se smanjuje brzina vode i tako omogućava taloženje zrnatih čestica. Radi sprječavanja istovremenog taloženja i čestica organskih tvari, nastoji se postići minimalna (horizontalna) brzina protjecanja vode kroz pjeskolov oko 0.3 [m s-1]. Pri ovoj će se brzini praktički istaložiti sve čestice pijeska promjera većeg od 0.25 [mm]. Vrijeme zadržavanja (protjecanja) vode kroz pjeskolov uzima se 45 do 90 (najčešće 60) [s]. Preporučljivi odnosi dubine i duljine, te duljine i širine pjeskolova istovjetni su odgovarajućim odnosima kao i kod taložnika, točka 1.7.2 – 4. Pjeskolovi imaju pravokutni i okrugli tlocrt, slika 2.6::09. Pretežno su višekomorni, kako bi se omogućilo vađenje pijeska i izravnavanje oscilacija u dotoku. Kod manjih uređaja pjeskolovi se čiste ručno, a kod većih mehanički.

389

(4) Isplivavanje je proces uzlaznog kretanja čestica raspršenih u vodi kojima je gustoća manja od gustoće vode. Kod pročišćavanja otpadnih voda ovaj se proces pretežno koristi za uklanjanje ulja i masti. Razlikuje se prirodno i stimulirano isplivavanje. Prirodno isplivavanje se ostvaruje kod čestica kojima je gustoća manja od gustoće vode, a stimulirano najčešće upuhivanjem komprimiranog zraka (aeracijom) u sitnim mjehurićima, koji se lijepe na čestice gustoće veće od gustoće vode, koje se potom izdižu na površinu. Učinak flotacije ovisi o više činilaca: vremenu zadržavanja vode u spremniku, gustoći, veličini i masenom protoku čestica, te brzini protjecanja i temperaturi vode. Prirodnim isplivavanjem može se smanjiti sadržaj plivajućih tvari 80 do 90 [%], a stimuliranim i do 98 [%] (ako je temperatura vode niža od 30 do 35 [°C]). Isplivavanje se odvija u flotatorima. To su jedno ili višekomorni spremnici slični taložnicima, pretežno pravokutnog tlocrta, koji ispred odvoda (izlaznog preljeva) imaju manju pregradu sa sakupljačem plivajućih tvari, a aerirani flotatori i sustav za upuhivanje komprimiranog zraka (pod tlakom cca 0.6 [bara]), slika 2.6::10. Volumen (dimenzije) flotatora odabiru se iz uvjeta da vrijeme zadržavanja vode u bazenu bude 3 do 5 [min]. Brzina protjecanja vode obično se uzima 0.015 [m s-1].

390

Slika 2.6::10 Aerirani jednokomorni flotator 1 – dovod; 2 – sustav za upuhivanje komprimiranog zraka; 3 – pregrada sa sakupljačem plivajućih tvari; 4 – zgrtač plivajućih tvari; 5 - odvod

Kod aeriranih flotatora količina upuhivanja zraka iznosi reda veličine 5 [m3 h-1] po metru kubnom volumena spremnika. Za praksu se preporučuju sljedeće vrijednosti i odnosi karakterističnih parametara flotatora: (a) širina, 2.0 do 6.0. [m], (b) dubina (vode), 1.0 do 2.5 [m], (c) odnos dubine i širine, 0.3 do 0.5. Kod pročišćavanja kućanskih otpadnih voda, u kojima prosječna količina plivajućih tvari (ulja i masti) iznosi 1 do 5 [l stanovnik-1 godina-1] ne izvode se posebno flotatori, već se uklanjanje plivajućih tvari obavlja u pjeskolovu, slika 2.6::1. 391

Slika 2.6::11 Aerirani dvokomorni pjeskolov i flotator 1 – sustav za upuhivanje komprimiranog zraka; 2 – uzdužne pregrade; 3 – hrastove platice

(5) Izjednačivanje je proces zadržavanja otpadnih voda u spremniku da se izjednače temeljna svojstva vode (koncentracija vodikovih, H+, iona, boja, mutnoća, BPK, KPK i dr.), uz dodatne učinke zbog fizikalnih, kemijskih i bioloških promjena tokom zadržavanja. Budući da je ovaj proces u načelu primjeren za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda, vrijeme zadržavanja ovisi o industrijskim (tehnološkim) procesima i ne može biti kraće od trajanja cjelokupnog ciklusa. Radi sprječavanja taloženja i postizanja boljeg miješanja vode upotrebljavaju se mehaničke mješalice i primjenjuje se aeracija. Upuhivanjem zraka potpomaže se biološka i kemijska oksidacija otpadne tvari.

392

* * * Dakle, prethodnim se stupnjem pročišćavanja iz otpadnih voda uglavnom uklanja manji dio onečišćenja/ zagađenja (krupni otpaci, brzo taložive krute čestice, ulja i masti), dok veći dio onečišćenja/zagađenja ostaje u otpadnim vodama (organske i anorganske tvari u raspršenom, otopljenom i koloidnom stanju, mikroorganizmi, hranjive soli, pesticidi, deterdženti, otrovne, radioaktivne tvari i sl.). Za uklanjanje potonje skupine otpadnih tvari potrebno je primijeniti više stupnjeve pročišćavanja otpadnih voda (I, a naročito II i III stupanj).

2.6.4 – 2. Prvi stupanj pročišćavanja Postupcima prvog stupnja pročišćavanja se iz prethodno pročišćenih otpadnih voda prvenstveno uklanjaju taložive suspendirane tvari, uz dodatni efekt istodobnog smanjenja BPK5 . Ovi se postupci temelje se na fizikalno – kemijskim procesima koji u općem slučaju obuhvaćaju: (A) zgrušavanje (koagulaciju), miješanje i pahuljičenje (flokulaciju), (B) taloženje (u prethodnim ili primarnim taložnicima, PT) i isplivavanje. Taloženje je obavezan postupak prvog stupnja pročišćavanja, dok ostali postupci (sukladno svojstvima otpadnih voda) doprinose bržem i efikasnijem taloženju, odnosno pročišćavanju. Navedeni postupci su već prethodno tumačeni, poglavito u prvom poglavlju Opskrba vodom prilikom opisa kondicioniranja vode, točka 1.7, tako da se ovdje neće detaljnije obrazlagati, već će se samo iznijeti njihove određene posebnosti u odnosu na proces kondicioniranja vode. Nešto šire će se tumačiti procesi s kojima se do sada nije susretalo, kako kod ovog tako i kod ostalih stupnjava pročišćavanja (II i III). 393

(1) Zgrušavanje je proces remećenja agregatne stabilnosti koloidnih čestica u otpadnoj vodi pomoću koagulanata (mineralnih soli i polielektrolita). Vrsta i doziranje sredstava za zgrušavanje određuje se ispitivanjem otpadnih voda. (2) Miješanje se provodi zbog bržeg dodira koloidnih čestica i koagulanta u otpadnoj vodi. (3) Pahuljičenje je proces spajanja koloidnih čestica, prethodno destabiliziranih procesom zgrušavanja, u veće pahuljice (flokule) koje se znatno brže talože. (4) Taloženje se kod pročišćavanja otpadnih voda primjenjuje za uklanjanje taloživih raspršenih (organskih i anorganskih) tvari. Općenito, kod pročišćavanja otpadnih voda razlikujemo dva stupnja taloženja: ▪ taloženje u prethodnim taložnicima, iz kojih se voda nakon prvog odvodi na drugi stupanj pročiščavanja, tj. na biološke procese, ▪ taloženje u naknadnim taložnicima, u koje se dovodi voda pročišćena biološkim procesima u sklopu drudrugog stupnja pročišćavanja. Taloženje u prethodnim taložnicima se primjenjuje za uklanjanje suspenzija koje se u otpadnim vodama nalaze u obliku zrna i pahuljica. Učinak pročišćavanja otpadnih voda u prethodnim taložnicima iznosi približno: (i) (ii) (iii) (iv)

smanjenje BPK5 za 25 do 40 [%], smanjenje ukupnih raspršenih tvari za 40 do 70 [%], smanjenje bakterija za 25 do 75 [%], smanjenje KPK za 20 do 35 [%]. 394

Budući da se u otpadnim vodama nalaze izmiješane suspenzije u obliku zrna i pahuljica, učinak pročišćavanja u prethodnim taložnicima ovisi i o vremenu zadržavanja vode, tablica 2.6::II.

Dubina primarnog taložnika, Hs [m] Površinsko opterećenje, PO [m h-1]

1,5

2,0

2,5

3,0

Vrijeme zadržavanja, Ts [h]

0,80

1,87

2,5

3,12

3,75

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

1,20

1,25

1,68

2,08

2,50

1,40

1,07

1,42

1,78

2,14

1,60

0,94

1,25

1,56

1,87

Tablica 2.6::II Vrijeme zadržavanja otpadnih voda (s manjim udjelom industrijskih otpadnih voda) u funkciji površinskog opterećenja i dubine primarnog taložnika

395

Za industrijske i otpadne vode s pretežnim udjelom industrijskih otpadnih voda podaci za dimenzioniranje taližnika utvrđuju se na osnovi ispitivanja. Prethodni taložnici su tlocrtnim, funkcionalnim i konstrukcijskim rješenjima analogni taložnicima za kondicioniranje vode, točka 1.7.2 – 4, s tim da su dodatno opremljeni skupljačem plivajućih tvari (pjene s vodne površine), slika 2.6::12.

Slika 2.6::12 Pravokutni prethodni taložnik 1 – dovod; 2- zgrtač mulja; 3 – muljna komora; 4 – odvod mulja; 5 – skupljač plivajućih tvari; 6 - odvod

396

2.6.4 – 3. Drugi stupanj pročišćavanja Drugi stupanj se primjenjuje nakon provedenog prvog stupnja pročišćavanja. U načelu, kod drugog stupnja pročišćavanja uobičajeni su biološki postupci koji mogu biti nadopunjeni i nekim fizikalno – kemijskim postupcima. Generalno, drugi stupanj pročišćavanja obuhvaća: (A) biološke procese (npr. u aeriranim spremnicima s aktivnim muljem, lagunama, prokapnicima, okretnim biološkim nosačima, anaerobnim digestorima), (B) taloženje (u naknadnim ili sekundarnim taložnicima, NT) i isplivavanje, (C) dezinfekciju. Drugim stupnjem pročišćavanja najčešće su obuhvaćene prva i drugu skupinu postupaka, dok se dezinfekcija primjenjuje samo u posebnim slučajevima kada se želi smanjiti broj patogenih mikroorganizama.

397

(1) Biološki procesi se primarno primjenjuju za pročišćavanje kućanskih otpadnih voda i industrijskih otpadnih voda s pretežnim udjelom organske (biološki razgradive) tvari i sa sadržajem opasnih tvari ispod kritičnih koncentracija. Pročišćavanje biološkim procesima temelji se na aktivnosti mikroorganizama koji razgrađuju mrtvu organsku tvar upotrebljavajući je kao hranu za gradnju novih stanica (umnožavanje). Uz razvoj mikroorganizama kao produkt bioloških procesa nastaju plinovi i nerazgradivi ostatak. Prema količini otopljenog kisika u otpadnoj vodi i prema prilikama u staništu mogući su sljedeći procesi: (i) aerobna gradnja i razgradnja stanica, (ii) anaerobno kiselo vrenje i metanska razgradnja, (iii bakteriološka oksidacija i redukcija. (i) Aerobni procesi nastaju kada u vodi ima dovoljna količina otopljenog kisika. Kisik se troši prilikom razgradnje raspršene i koloidne organske tvari koju mikroorganizmi upotrebljavaju kao hranu. Istodobno mikroorganizmi razgrađuju vlastite stanice (respiracija) uz ponovnu potrošnju kisika. Aerobnim procesima se proizvodi višak žive i mrtve organske i anorganske tvari koji se naziva viškom mulja. (ii) Anaerobni procesi nastaju kad u vodi nema otopljenog kisika. Ovaj se proces odvija u dvije faze. U prvoj (kiseloj) fazi bakterije kiselog vrenja razgrađuju organsku tvar do organskih kiselina koje su hrana za metanske bakterije u drugoj (metanskoj) fazi razgradnje. Prilikom anaerobnih procesa nastaje mnogo manje novih stanica (mikroorganizama) nego tokom aerobnih. (iii) Bakteriološka oksidacija i redukcija omogućuje oksidaciju željeza, mangana i sumpornih spojeva te redukciju i oksidaciju dušikovih spojeva.

398

Uz uvjete u staništu, biološki procesi su vrlo osjetljivi i na sastav otpadnih voda, prvenstveno na količinu hranjivih tvari (umnožavanje mikroorganizama u otpadnim vodama razmjerno je koncentraciji hranjivih tvari), količinu otopljenog kisika, temperaturu (povećanjem temperature ubrzavaju se biološki procesi), koncentraciju vodikovih, H+, iona (za većinu procesa optimalno je područje vrijednosti pH između 6.5 i 8.5) i koncentraciju otrovnih tvari (koje ili usporavaju biološke procese ili mogu uništiti mikroorganizme). S obzirom na način održavanja mikroorganizama na uređajima s biološkim procesima pročišćavanja otpadnih voda, u praksi se najčešće primjenjuju objekti čija je sistematizacija prikazana u tablici 2.6::III:

Način održavanja mikroorganizama

Mikroorganizmi suspendirani u vodi

Mikroorganizmi pričvršćeni na podlozi (u obliku biološke opne)

Objekti Aerobni procesi 1. Aerirani spremnici s aktivnim muljem (bioaeracijski bazeni) 2. Lagune (aerobne i aerirane)

Anaerobni procesi

1. Digestori (anaerobni) 2. Lagune (anaerobne)

1. Prokapnici (biološki filtri) 1. Lagune (anaerobne) 2. Okretni biološki nosači 2. Procjeđivači (anaerobni) (biodiskovi)

Tablica 2.6::III Najčešći objekti za odvijanje bioloških procesa prema načinu održavanja mikroorganizama

399

(1.1) Aerirani spremnici s aktivnim muljem se izvode kao bazeni u koje se uvodi otpadna voda i upuhuje zrak ili kisik uz istodobno miješanje sadržaja spremnika, čime se ubrzava dodir pahuljica hranjivih tvari i mikroorganizama. Aktivnim muljem nazivamo masu mikroorganizama raspršenih u spremniku koji u aerobnim prilikama mogu razgraditi organsku tvar. Učinak bioaeracijskih bazena ovisi o opterećenju aktivnim muljem. Za otpadne vode s malim udjelom industrijskih voda (BPK = 150 do 350 [mg l-1]) postiže se smanjenje organske tvari od 75 do 95 [%]. Manja vrijednost se odnosi na zimsko razdoblje (T < 11 [°C]), a veća za ljetno razdoblje (T > 13 [°C]). Sustav aeracije i miješanja vode u spremniku treba osigurati prosječnu koncentraciju kisika 1 do 2 [mg l-1] i spriječiti taloženje aktivnog mulja. Potonji uvjet zahtijeva visoki stupanj turbulencije u spremniku što se osigurava brzinom strujanja oko 0.5 [m s-1].

400

Upuhivanje zraka ili kisika u spremnike s aktivnim muljem i miješanje otpadnih voda moguće je postići na dva osnovna načina: (a) dubinskom aeracijom, (b) površinskom aeracijom. (a) Dubinska aeracija se izvodi pomoću pridneno raspoređenih raspršivača (difuzora), slika 2.6::13(a), kojima se upuhuje komprimirani zrak ili kisik (pod tlakom 0.6 do 0.8 [bara]) za aeraciju i miješanje. Za postizanje dobrih efekata dubinske aeracije preporuča se da volumen bioaeracijskog bazena ne bude veći od 150 [m3], s odnosom širine prema dubini 1:1 i najvećom dubinom 4.0 [m]. (b) Površinska aeracija se najčešće izvodi pomoću centrifugalnih turbinskih aeratora, slika 2.6::13(b). Oni se izvode tako da se u visini razine vode na vertikalnoj osovini okreće rotor (turbina) koji usisava vodu, vrtloži je i rasprskava iznad površine. Stupanj aeracije bitno ovisi od oblika i promjera turbine, te njezine promjenjive dubine uronjenja i brzine rotacije (4 do 6 [m s-1]).

401

Slika 2.6::13 Aerirani spremnici s aktivnim muljem (a) s dubinskim aeracijom; (b) s površinskom aeracijom 1 – dovod zraka ili kisika; 2 – aeracijska turbina

Klasični bioaeracijski bazeni se obično izvode pravokutnog tlocrta s vremenom zadržavanja otpadnih voda oko 6 [h]. Iz aeriranih spremnika s aktivnim muljem otpadna voda se s mješavinom otpadnih tvari i mikroorganizama dovodi u naknadni taložnik. Odatle se dio aktivnog mulja vraća u bioaeracijski bazen kako bi se povećala koncentracija mikroorganizama, a ostatak (višak mulja) se odvodi na obradu mulja, slika 2.6::14.

402

Slika 2.6::14 Tiipična pogonska shema konvencionalnog uređaja s aktivnim muljem 1- dovod; 2 – aerirani spremnik s aktivnim muljem; 3 – naknadni taložnik; 4 – povrat mulja; 5 – odvod viška mulja; 6 - odvod

(1.2) Lagune su relativno plitki, prostrani, zemljani spremnici u kojima se razgrađuju organske tvari. Stoga je pročišćavanje otpadnih voda u lagunama analogno samopročišćavanju voda u vodnim sustavima. Dio mikroorganizama u lagunama je raspršen u vodi, a dio se nalazi na dnu. Sukladno iznosu organskog opterećenja, dubini vode u laguni i klimatskim prilikama (temperatura, vjetar, sunčevo zračenje) razgradnja organske tvari se odvija aerobnim ili anaerobnim procesima uz fotosintezu algi. Ljeti se u lagunama s kućanskim otpadnim vodama može postići smanjenje organske tvari za 80 do 95 [%]. Uz biološke procese u lagunama se istodobno odvija i taloženje i isplivavanje. Ukoliko se obnavljanje kisika obavlja isključivo na prirodan način, otapanjem iz zraka i/ili fotosintezom, riječ je o oksidacijskim ili stabilizacijskim barama.

403

Lagune mogu biti: (a) (b) (c) (d)

aerobne, anaerobne, fakultativne (aerobno – anaerobne), aerirane.

Osobine ovih vrsta laguna prikazane su u tablici 2.6::IV.

Vrsta lagune

Srednja dubina [m]

Vrijeme zadržavanja [d]

Dnevno organsko opterećenje BPK5 [kg ha-1]

Aerobne

0.5 do 1.5

10 do 40

40 do 120

Anaerobne

2.5 do 5.0

20 do 50

200 do 500

Fakultativne

1.0 do 2.5

7 do 30

50 do 200

Aerirane

2.0 do 6.0

3 do 10

do 500

Tablica 2.6::IV Osobine vrsta laguna Za aerirane lagune potrebno je, zbog veće mase organske tvari u obliku pahuljica, predvidjeti naknadno taloženje. Iz ekonomskih se razloga (zbog niskih investicijskih i pogonskih troškova) nastoji što češće koristiti lagune. Međutim, one su uglavnom prikladne za manja naselja i za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda koje su biološki razgradive.

404

(1.3) Prokapnici su spremnici ispunjeni čvrstim tijelima (kamenom, troskom, lomljenom opekom i crijepom, plastičnim komadima) krupnoće 20 do 80 [mm], na kojima je opna od mikroorganizama. Mikroorganizmi razgrađuju organsku tvar koja se iz otpadnih voda adsorbira na opnu. Prokapnici se obično izvode kao armirano betonski spremnici s ispunom debljine 1.8 do 2.0 (3.0) [m] iznad koje se dovodi (rasprskava) otpadna voda koja je prošla proces prethodnog taloženja. U pridnenom dijelu prokapnika se izvodi drenaža na odvod vode, a na drenažu se polaže ispuna, slika 2.6::15. Voda prokapljuje kroz ispunu, a u suprotnom smjeru struji svježi zrak.

Slika 2.6::15 Prokapnik 1 – dovod; 2 – prskalice; 3 – ispuna; 4 – drenaža; 5 - odvod 405

Dovod vode na prokapnike moguć je: (a) rotacijskim prskalicama uz stalni dotok i prskanje, (b) fiksnim prskalicama (američki sustav) uz naizmjeničan (intermitentan) dotok i prskanje. U oba slučaja potrebno je osigurati pretlak (min 0.2 [bara]), što se postiže ukapanjem prokapnika ili crpljenjem. Razgradnjom organske tvari povećava se broj mikroorganizama (biološka opna), prionljivost za ispunu se smanjuje i opna se otkida te odnosi s pročišćenom vodom. Taj gubitak biološke opne naziva se ispiranje prokapnika. Zato je potrebno naknadno taloženje pročišćene vode kako bi se zadržala otkinuta biološka opna. Za učinak prokapnika mjerodavno je dnevno organsko opterećenje (dnevna masa organske tvari na jedinicu volumena prokapnika) i dnevno hidrauličko opterećenje (dnevni protok otpadne vode kroz jedinicu površine prokapnika). Prema vrijednostima ovih veličina definirana je i opterećenost prokapnika, tablica 2.6::V. Dnevno opterećenje Opterećenost prokapnika

Smanjenje BPK5 [%]

Hidrauličko [m3 m-2]

Organsko [kg m-3]

Niska

1 do 10

0,08 do 0,48

75 do 85

Visoka

10 do 40

0,48 do 1.0

75 do 85

Vrlo visoka

40 do 200

0,8 do 6.0

70 do 90

Tablica 2.6::V Opterećenost prokapnika prema dnevnom (hidrauličkom i organskom) opterećenju i smanjenju organske tvari 406

(1.4) Okretni biološki nosači se sastoje od okruglih ploča (diskova) nanizanih s malim međuprostorom na (jednu ili više) horizontalnu osovinu i uronjenih do (približno) polovice promjera u spremnik s otpadnom vodom, slika 2.6::16.

Slika 2.6::16 Okretni biološki nosač 1 – dovod; 2 – okrugle ploče; 3 – odvod; 4 – pogonski motor

Biološka opna nalazi se na površini ploča i prozračuje laganim okretanjem osovine tako da je uvijek polovica ploče u vodi. Učinak pročišćavanja ovisi o organskom opterećenju površine ploča i kod kućanskih otpadnih voda dosiže i do 94 [%]. Kao i kod prokapnika, pročišćena voda se odvodi na proces naknadnog taloženja. (1.5) Anaerobni digestori (uz čestu primjenu kod obrade mulja) primjenjuju se za pročišćavanje otpadnih voda s vrlo visokim organskim opterećenjem (s više od 2.0 [kg] BPK5 po [m3]), što je pogodno za pročišćavanje otpadnih voda prehrambene industrije. Anaerobna razgradnja (anaerobna digestija ili trulenje) organske tvari obavlja se u zatvorenim spremnicima bez pristupa zraka gdje se organska tvar razgrađuje istodobno s postupkom kiselog i metanskog vrenja. Konačni proizvod ovakvog vrenja je metan koji se može neposredno upotrijebiti kao gorivo. 407

Za anaerobnu digestiju se obično koriste dvije vrste digestora, slika 2.6::17: (a) konvencionalni (jedan spremnik bez grijanja i miješanja), slika 2.6::17(a), (b) visokoopterećeni (obično dva spremnika od kojih se prvi grije i u kojemu se miješa voda i drugi bez grijanja i miješanja), slika 2.6::17(b). Tipičan primjer konvencionalnog digestora je septička jama, koja se primjenjuje za objekte gdje ne postoji sustav javne odvodnje.

(a)

(b)

Slika 2.6::17 Anaerobni digestori (a) konvencionalni; (b) visokoopterećeni 1 – dovod vode; 2 – anaerobna digestija vode; 3 – grijač vode; 4 – mješalica; 5 – mulj; 6 – pjena; 7 – odvod mulja; 8 – odvod vode; 9 – odvod plina 408

Grijanjem i miješanjem u visokoopterećenom digestoru ubrzava se proces, pa je zadržavanje vode u spremniku kraće, tablica 2.6::VI.

Vrsta digestora Konvencionalni Visokoopterećeni

Vrijeme zadržavanja [d] 30 do 90 1 do 20

Dnevno organsko opterećenje [kg m-3] 0.5 do 1.6 1.6 do 6.4

Tablica 2.6::VI Vrijednosti parametara konvencionalnog i visokoopterećenog digestora Efekt razgradnje organske tvari anaerobnom digestijom iznosi oko 55 [%], a proizvodnja plina do 1.12 [m3] po kilogramu razgrađene organske tvari. Plin sadrži 65 do 70 [%] metana. (2) Taloženje u naknadnim taložnicima primjenjuje se za bistrenje vode pročišćene biološkim procesima u kojoj se još nalazi pahuljičastog mulja. To je često i posljednja faza drugog stupnja pročišćavanja otpadnih voda, odnosno komunalnih otpadnih voda općenito. Budući da se radi o uklanjanju pahuljičastih suspenzija, učinak taloženja u naknadnim taložnicima znatno ovisi o vremenu zadržavanja vode. Također, bitan utjecaj na učinak taloženja u ovoj vrsti taložnika ima udio industrijskih otpadnih voda. Naknadni taložnici najčešće imaju kružni tlocrt. Za izbor dimenzija naknadnih taložnika za bistrenje industrijskih voda potrebna su prethodna ispitivanja. (3) Dezinfekcija je proces uništenja patogenih mikroorganizama, kod otpadnih voda najčešće primjenom klora. Uobičajene doze klora iznose 5 do 20 [mg l-1]. 409

2.6.4 – 4. Treći stupanj pročišćavanja Treći stupanj pročišćavanja otpadnih voda primjenjuje se samo u slučajevima kada je nužan vrlo visok stupanj pročišćavanja, odnosno kada je iz otpadnih voda potrebno ukloniti neke osebujne tvari (npr. otopljene soli, mikroorganizme, pesticide, deterdžente, otrovne i radioaktivne tvari i sl.). Kod komunalnih otpadnih voda treći stupanj pročišćavanja se najčešće primjenjuje za uklanjanje hranjivih soli (prvenstveno dušika i fosfora) nakon provedenog drugog stupnja, kako bi se u vodoprijemniku spriječio proces eutrofikacije. Načelno, postupci koji se primjenjuju u trećem stupnju pročišćavanja primjenjuju se i u industrijskim (tehnološkim) procesima (npr. u prehrambenoj industriji), te su za potrebe pročišćavanja otpadnih voda na odgovarajući način prilagođeni (modificirani). Pročišćavanje otpadnih voda trećim stupnjem bazirano je na: (A) fizikalnim procesima (procjeđivanju, adsorpciji, membranskim procesima), kojima se iz vode uklanjaju mutnoća, miris, boja, otopljene soli te mikroorganizmi), (B) kemijskim procesima (neutralizaciji, kemijskom obaranju ili kemijskoj precipitaciji, ionskoj izmjeni, oksidaciji i redukciji, dezinfekciji), kojima se iz vode uklanjaju otopljene tvari, teški metali, mikroorganizmi, mijenja pH vrijednost te provodi pretvorba nekih opasnih spojeva u manje opasne, (C) biološkim procesima (uklanjanju dušika i fosfora), kojima se uklanjaju (smanjuju) dušikovi i fosforni spojevi. Općenito se ovi postupci u načelu primjenjuju kombinirano, kako bi se postigao traženi (visok) standard pročišćene otpadne vode.

410

Analogno tumačenju prvog i drugog stupnja pročišćavanja, i treći stupanj sadrži neke procese koji su prethodno tumačeni, tako da se ovdje neće obrazlagati. Za ostale procese trećeg stupnja pročišćavanja, s kojima se nismo susretali, dat će se (zbog rijetkosti, odnosno specifičnosti njihove primjene) samo uvodne informacije. (1) Procjeđivanje se prvenstveno koristi radi uklanjanja raspršenih i koloidnih tvari zaostalih u otpadnim vodama nakon bioloških ili kemijskih procesa. Kod završnog pročišćavanja otpadnih voda (uključujući i obradu mulja) procjeđivanje se može provesti na: (a) površinskim procjeđivačima, kod kojih se voda procjeđuje prolaskom kroz prorupčanu podlogu (mikrosita) ili kroz platno (trakasti procjeđivači, tlačni i gravitacijski procjeđivači), (b) dubinskim procjeđivačima (gravitacijski, tlačni, vakuumski), kod kojih se voda silazno, uzlazno ili dvosmjerno procjeđuje kroz filtarski sloj sastavljen od zrnatog (granuliranog) materijala. U tehnologiji pročišćavanja otpadnih voda češća je upotreba dubinskih procjeđivača, dok se površinski procjeđivači češće koriste kod obrade mulja. Procjeđivanjem otpadnih voda na dubinskim procjeđivačima postiže se: (i) (ii) (iii) (iv)

smanjenje ukupnog fosfora za 70 do 98 [%], smanjenje KPK za 20 do 45 [%], smanjenje BPK za 40 do 70 [%], smanjenje mutnoće za 60 do 95 [%].

Učinak procjeđivanja, izbor filtarskog materijala i hidrauličko dimenzioniranje dubinskih procjeđivača najbolje je odrediti ispitivanjem na modelima. 411

(2) Adsorpcija je proces u kojem se, tokom procjeđivanja kroz sloj zrnatog (krutog) materijala, otopljene i koloidne tvari vezuju na površinu krute tvari. Kruta tvar na čijoj se površini događa ovaj proces naziva se adsorbent, a tvar koja se vezuje adsorbat. Kao adsorbenti se za filtarski materijal koriste fina ilovača, silicij, aktivna glina i naročito aktivni ugljen. Adsorpcijom aktivnim ugljenom se iz otpadnih voda uklanjaju deterdženti, fosfati, nitrati, fenoli, mirisi i boje, te smanjuje KPK. Učinak adsorpcije je vrlo visok (i do 99 [%]), te predstavlja završnu fazu pročišćavanja otpadnih voda. (3) Membranski procesi jesu procesi pročišćavanja otpadnih voda pomoću polupropusnih membrana koje propuštaju vodu, ali su nepropusne za tvari koje treba ukloniti izvode (slika 1.7::20). U tehnologiji pročišćavanja otpadnih voda od membranskih procesa se primjenjuju: (a) (b) (c) (d)

reverzna osmoza, elektrodijaza, ultraprocjeđivanje, mikroprocjeđivanje.

Za sve membranske procese je bitno da je otpadna voda prethodno pročišćena konvenconalnim procesima tokom kojih su iz vode uklonjene raspršene i koloidne tvari. (a) Reverzna osmoza je proces koji se temelji na osmozi, s tim da se u spremniku s većom koncentracijom (otpadnom vodom) poveća tlak iznad osmotskog, tako da će voda iz spremnika s većom koncentracijom dotjecati u spremnik s manjom kocentracijom (čistom vodom). Zbog obrnutog toka vode u odnosu na tok osmoze, proces je nazvan reverznom osmozom. Proces reverzne osmoze se primjenjuje za uklanjanje otopljenih organskih tvari (soli kalcija, magnezija, natrija) i otopljenih organskih spojeva (saharoza, proteina) iz otpadnih voda. 412

(b) Elektrodijaliza je proces uklanjanja iz vode iona (kationa i aniona) koji prolaze kroz polupropusne membrane zbog djelovanja električnog polja. Membrane su selektivne, tako da jedne propuštaju (odvajaju) katione, a druge anione, a u međuprostoru ostaje pročišćene voda. Proces elektrodijalize se primjenjuje za odslanjivanje vode, uklanjanje kroma iz otpadnih voda, pročišćavanje nekih otopina i sl. (c) Ultraprocjeđivanje je proces propuštanja otpadnih voda kroz membrane koje propuštaju vodu, a zadržavaju makromolekule veće od pora membrane. Prvenstveno se primjenjuju u prehrambenoj industriji za uklanjanje otopljenih tvari kod ponovne uporabe industrijskih otpadnih voda (npr. za izdvajanje proteina i šećera). Ultrafiltracija se također primjenjuje za uklanjanje virusa, pri omekšanju vode za industrijsku proizvodnju pare kao i za prethodno pročišćavanje vode procesima reverzne osmoze i elektrodijalize. (d) Mikroprocjeđivanje se primjenjuje za poboljšanje kvalitete prethodno pročišćene otpadne vode, uglavnom za smanjenje koncentracije raspršenih i koloidnih tvari (mutnoće), fosfora, bakterija te smanjenje BPK.

413

(4) Neutralizacija je proces za promjenu koncentracije vodikovih, H+, iona (vrijednost pH) u industrijskim otpadnim vodama. Naime, ove vode često sadrže kisele i bazične sastojke u količinama s kojima se ne smiju ispuštati u vodne sustave, gdje se dopušta ispuštanje otpadnih voda s vrijednošću pH od 6.5 do 9.5. Najjednostavnije se postiže miješanjem otpadnih voda iz različitih pogona, odnosno miješanjem kiselih s bazičnim otpadnim vodama. Druga je mogućnost dodavanje reagensa (npr. natrijeve lužine u kisele vode, a sumporne kiseline u bazične vode). Izbor reagensa i količina (doziranje) utvrđuje se eksperimentalno. (5) Kemijsko obaranje je proces kojim se uklanjaju nepoželjne otopljene tvari iz otpadnih voda dodavanjem kemijskih sredstava (reagensa), pri čemu se kemijskim reakcijama stvaraju netopivi spojevi (prvenstveno soli kalcija, magnezija i silicija, te fluoridi i fosfati) koji se obaraju, odnosno talože na dno spremnika. Ovim se procesom iz otpadnih voda mogu ukloniti i teški metali (kadmij, bakar, krom, nikal, cink, olovo, željezo i srebro). U otpadnoj vodi u kojoj se nalaze tvari u raspršenom i otopljenom obliku odvija se istodobno zgrušavanje i obaranje, budući da se za kemijsku precipitaciju koriste reagensi kao i za zgrušavanje. (6) Ionska izmjena je proces zamjene iona između krutine (ionskog izmjenjivača) i vode (otopine elektrolita). Ionski izmjenjivači se za pročišćavanje otpadnih voda izvode kao zatvoreni dubinski procjeđivači. Najčešće se primjenjuju za omekšavanje vode i za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda koje sadrže teške metale, fosfate i dušik.

414

(7) Oksidacija i redukcija su procesi odvijanja oksidacijsko - redukcijskih reakcija u kojima se gube (oksidacija) ili dobivaju (redukcija) elektroni. U postupcima pročišćavanja otpadnih voda oksidacija se primjenjuje za dezinfekciju, smanjenje BPK, boje i mirisa, uklanjanje željeza i mangana te pretvorbu cijanida u manje opasne spojeve. Redukcijski procesi se navčešće primjenjuju za uklanjanje šesterovalentnog kroma iz otpadnih voda. (8) Biološko uklanjanje dušika iz kućanskih otpadnih voda odvija se procesom biološke razgradnje složenih organskih spojeva koji sadrže dušik. Biološkom razgradnjom pomoću mikroorganizama (bakterija) ovi spojevi prelaze u amonijak, NH3, koji potom u prvoj fazi oksidira u nitrite, NO2-, a u drugoj fazi u nitrate, NO3-. Ovaj proces nazivamo nitrifikacija. Biološkom razgradnjom nitrati (uz dodavanje ugljikovih spojeva i bez kisika) reduciraju u plinoviti dušik, N2, koji odlazi u atmosferu, što nazivamo denitrifikacija. (9) Biološko uklanjanje fosfora temelji se na procesima adsorpcije i ugradnje fosfora u biomasu. Naime, u kućanskim otpadnim vodama fosfor se pojavljuje kao organski fosfor, P, i u obliku fosfata, PO43-, kojima se, kao hranjivim solima, koriste bakterije za izgradnju novih stanica. Uklanjanje fosfora biološkim postupkom provodi se uvođenjem otpadne vode najprije u anaerobni, a potom u aerobni spremnik, u kojima mikroorganizmi koriste fosfate iz vode za izgradnju novih stanica. U aerobnom spremniku mogući su i postupci nitrifikacije, tako da se često primjenjuju uređaji s istodobnim smanjenjem fosfornih i dušikovih spojeva.

415

2.6.5. ZBRINJAVANJE MULJA Zbrinjavanje mulja obuhvaća postupke: (I) obrade, (II) konačnog odlaganja mulja. Procesima pročišćavanja otpadnih voda uklanjaju se nepoželjni sastojci vode – raspršene i otopljene otpadne tvari koje kao koncentrirani otpad nazivamo (otpadni) mulj. Volumen mulja može doseći do 1 [%] volumena pročišćenih otpadnih voda. Pretežno sadrži (i) vodu (čak i preko 90 [%]) te (ii) organsku i (iii) anorgansku tvar. Sirovi mulj je neugodnog izgleda i mirisa, a zbog sadržaja štetnih i opasnih tvari te patogenih organizama, predstavlja opasnost za ljudsko zdravlje i okoliš, te se ne smije ispuštati iz uređaja, odnosno odlagati, prije dodatne obrade, a što je u načelu složenije od procesa pročišćavanja otpadnih voda i često iziskuje veće troškove.

2.6.5 – 1. Obrada mulja Obrađeni mulj je otpadni mulj koji je podvrgnut (i) biološkim, (ii) fizikalno – kemijskim i (iii) toplinskim postupcima, te dugotrajnom skladištenju (najmanje šest mjeseci), ili bilo kojim drugim postupcima kojima se znatno smanjuje fermentabilnost i opasnost po zdravlje koje bi proizašle iz njegovog korištenja. 416

Postupci obrade mulja su u ovisnosti o načinu njegovog korištenja, odnosno mjestu i načinu konačnog odlaganja, kao i o veličini uređaja, tj. količini sirovog mulja, te stupnju pročišćavanja otpadnih voda. Smanjenje sadržaja vode u mulju jedan je od temeljnih ciljeva obrade mulja. (A) Glavni postupci obrade mulja jesu: (1) Zgušnjavanje je postupak povećanja koncentracije krutina u mulju, odnosno smanjenja vode, a time i smanjenje ukupnog volumena. Zgušnjavanje mulja se najčešće provodi u zgušnjivačima postupcima taloženja ili isplivavanja. (2) Stabilizacija je postupak kojim se smanjuje, ometa ili sprječava (stabilizira) mogućnost daljnje biološke razgradnje (truljenja, gnjiljenja) organskog dijela mulja. Moguća je: (a) kemijska stabilizacija, koja se najčešće obavlja vapnom, a moguća je i klorom; (b) toplinska stabilizacija, koja se provodi zagrijavanjem mulja do 250 [°C] pri tlaku do 27.5 [bara]; (c) biološka stabilizacija, koja se temelji na postupcima anaerobne razgradnje organske tvari (anaerobna digestija) ili na postupcima aerobne razgradnje organske tvari (aerobna digestija). Kod većih uređaja uobičajena je stabilizacija primjenom anaerobne digestije, kada se proizvodi bioplin – metan (slika 2.6::17). (3) Uklanjanje vode (dehidracija) je postupak kojim se iz stabiliziranog mulja uklanja slobodna voda. Može se postići (a) prirodnim procjeđivanjem i sušenjem (isparavanjem) na poljima za sušenje mulja, (b) mehaniččkim cijeđenjem na vakuumskim cjediljkama ili cjediljkama pod tlakom i (c) centrifugiranjem na centrifugama za mulj. 417

(B) Dodatni postupci obrade mulja, kojima mogu biti nadopunjeni glavni postupci, jesu npr.: (4) Poboljšanje kakvoće (kondicioniranje) je postupak kojim se povećava učinak uklanjanja vode te smanjuje broj organizama i neugodni mirisi. U praksi je najčešća primjena: (a) kemijskog poboljšanja kakvoće, koje se provodi dodavanjem (organskih i anorganskih) reagensa, (b) toplinskog (termičkog) poboljšanja kakvoće, koje se provodi zagrijavanjem mulja na temperaturi od 160 do 210 [°C], u trajanju od 30 do 60 [min]. Toplinski kondicionirani mulj je praktički sterilan, bez neugodnog mirisa. Za ovu vrstu kondicioniranja mulja karakteristična je veća potrošnja energije (veći pogonski troškovi). Toplinsko kondicioniranje mulja je ujedno i stabilizacija mulja. (5) Toplinska obrada uključuje postupke: (a) sušenja, kojim se isparavanjem na temperaturama od 200 do 400 [°C] uklanja vlaga iz mulja. Konačni proizvod sadrži oko 90 [%] suhe tvari, odnosno 10 [%] vode (vlage); (b) spaljivanja, kojim se provodi potpuno izgaranje (oksidacija) organske tvari u mulju pri temperaturama od 750 do 1 000 [°C]. Konačni proizvod je pepeo, odnosno anorganska tvar. (c) pirolize, kojim se provodi izgaranje organske tvari u mulju bez prisutnosti zraka (kisika) pri temperaturama uglavnom od 300 do 900 [°C], a produkt su plinovi (metan, vodik i ugljikov monoksid), katran, pougljena kruta tvar i pepeo. Mulj može biti podvrgnut postupcima spaljivanja i pirolize zajedno s komunalnim (krutim) otpadom.

418

(6) Kompostiranje je postupak kad pretežni dio organske tvari u mulju nastavlja s aerobnom ili anaerobnom razgradnjom do anorganske tvari. Konačni proizvod je sličan humusu sa sadržajem vode 40 do 50 [%]. Ako ne sadrži teške metale, može se koristiti u poljoprivredi i srodnim djelatnostima (npr. šumarstvu, cvječarstvu, za uređenje krajolika, povećanje proizvodnje pašnjaka). S obzirom na količinu hranjivih soli, naročito dušika, fosfora i kalija, kompost nema svojstvo gnojiva već poboljšivača tla.

2.6.5 – 2. Konačno odlaganje mulja Obrađeni mulj se u konačnosti može odlagati: (1) na nadziranim odlagalištima, (2) na poljoprivrednim i tlima srodnih djelatnosti. (1) Na nadziranim odlagalištima, tj. sanitarnim deponijama danas se najčešće odlaže mulj. Međutim, u zemljama Europske unije nije dopušteno odlaganje mulja s većim sadržajem organske tvari. Zato je takav mulj potrebno podvrći dodatnim postupcima obrade (npr. termičkim) kako bi se smanjila količina organske tvari u mulju. (2) Na poljoprivrednim i tlima srodnih djelatnosti mogućnost upotrebe mulja ovisi o njegovom sastavu, tj. o možebitnom sadržaju štetnim i opasnih tvari, te naročito o udaljenosti od uređaja.

419

Prema našem Pravilniku o gospodarenju muljem iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda kad se mulj koristi u poljopoprivredi (NN 38/08), takav mulj se, između ostaloga, mora prethodno stabilizirati, kako bi se u njemu uništili patogeni organizmi, potencijalni uzročnici oboljenja. Ovim načinom konačnog odlaganja mulja doprinosi se njegovom korištenju. Istaknimo da je jedan od mogućih (i «vrlo jednostavnih») načina konačnog odlaganja mulja i njegovo ispuštanje u vodne sustave, naročito more. Međutim, ispuštanje mulja u vodne sustave u zemljama Europske unije nije dopušteno. Ovo određenje je već prisutno i u našoj zakonskoj regulativi (čl. 69. Zakona o vodama, NN 153/09, 130/11, 56/13 i 14/14).

420

2.7. ISPUSTI Ispusti su građevine kojima se nepročišćene pročišćene otpadne vode ispuštaju u prijemnik.

ili

Prema vrsti prijemnika mogući su: (I) ispusti kojima se otpadne vode ispuštaju u prirodne (vodotoke, jezera, more) i umjetne (kanale, akumulacije) vodne sustave. (II) ispusti kojima se otpadne vode ispuštaju u tlo (podzemne vode). Budući da je u praksi najčešće ispuštanje u vodne sustave, u nastavku će se iznijeti osnovne informacije o ovoj vrsti ispusta. Kod ovih ispusta moguća je njihova klasifikacija u odnosu na: (a) položaj ispusta prema razini vode u prijamniku: (a1) površinski ili nepotopljeni ispusti (ispust je iznad razine vode u prijemniku), (a2) podvodni ili potopljeni ispusti (kada je ispust ispod razine vode u prijemniku),

421

(b) položaj ispusta prema obali prijemnika: (b1) obalni ispust (kada ispust završava na samoj obali), (b2) priobalni ispust (kada ispust završava blizu obale), (b3) izvanobalni ispust (kada ispust završava dalje od obale), (c) hidrodinamički režim u prijemniku:

(c1) ispusti kojima se otpadne vode ispuštaju u stajaćice (jezera, mora, kanale, akumulacije), (c2) ispusti kojima se otpadne vode ispuštaju u tekućice (vodotoke - rijeke, potoke).

Od nabrojenih vrsta ispusta moguće su neke kombinacije. Tako npr. ispusti kojima se otpadne vode ispuštaju u stajaćice i tekućice mogu biti površinski i podvodni, te obalni, priobalni i izvanobalni (prvenstveno morski i jezerski). Obalni ispusti mogu biti površinski i podvodni, dok su priobalni i izvanobalni ispusti, naravno, podvodni. Od nabrojenih kombinacija nekoliko je prikazano na slici 2.7::01. Iz sanitarnih razloga i zbog potrebe što intenzivnijeg miješanja otpadnih voda s vodama prijemnika uvijek se preporuča izvedba podvodnih ispusta. Na kraju kopnene dionice ispusta često se izvodi ispusno okno koje služi za reviziju ispusta, a kod obalnih ispusta i za smještaj zaštitnih armatura i uređaja (zasuna, žabljih poklopaca, rešetki i dr.). Svaki od prethodno navedenih ispusta ima svoje specifične osobine sukladno količini i kvaliteti otpadnih voda, te osobinama prijemnika.

422

Zato kod analize svakog ispusta u načelu provodimo: (1) hidraulički proračun, (2) ekološki proračun, (3) proračun mehaničke otpornosti i stabilnosti.

Slika 2.7::01 Ispusti (a) površinski obalni; (b) podvodni obalni; (c) izvanobalni (podmorski) 1 – betonski zid; 2 – kamena obloga; 3 – betonska obloga; 4 – opteživači; 5 - jahači 423

(1) Hidrauličkim proračunom se definiraju brzine (naročito izlazne), dimenzije i visinski položaj ispusta u odnosu na razinu vode u prijemniku. Ovim se proračunom trebaju zadovoljiti dva temeljna zahtjeva: (a) ispuštanjem otpadnih voda ne smije se stvoriti uspor u kanalizacijskoj mreži ili na uređaju za pročišćavanje, (b) radi što intenzivnijeg miješanja otpadnih voda s vodama prijemnika potrebno je da su izlazne brzine (prvenstveno kod podvodnih ispusta) najmanje 1,5 [m s-1], tako da je na kraju ispusta potrebno imati određeni pretlak. Zbog potonjeg razloga na kraju podvodnog ispusta se obično postavlja difuzor. Hidraulički proračun se provodi za sve karakteristične kombinacije protoka u ispustu i razine vode u prijemniku (kombinacije najmanjeg i najvećeg protoka s najnižom i najvišom razinom vode). (2) Ekološkim proračunom se definira položaj ispusta u prijemniku (početno razrjeđenje na mjestu ispusta i naknadno razrjeđenje do branjene zone), te sukladno tome potrebni stupanj pročišćavanja otpadnih voda. (3) Proračunom mehaničke otpornosti i stabilnosti definiraju se naprezanja u ispusnom cjevovodu i njegova stabilnost (prvenstveno na isplivavanje) u odnosu na pretpostavljena djelovanja (utjecaje, opterećenja) kojima će biti izložen tokom izvedbe i eksploatacije. Ovaj je proračun posebno značajan kod podvodnih (prvenstveno podmorskih) ispusnih cjevovoda.

424