Plovákové regulátory, štítové česle a štítové oddělovače odlehčovacích komor

Článek popisuje možnosti a výhody plovákových regulátorů, štítových česlí a štítových oddělovačů, jako zařízení sloužící k regulaci a mechanickému předčištění odpadních vod z odlehčovacích komor. Zařízení může sloužit k regulaci průtoku vod v jednotných i oddílných stokových sítích. Principiálně jsou všechna popisovaná zařízení založena na plováku vertikálně se pohybujícím v závislosti na výšce okolní vodní hladiny. Způsob instalace je závislý na konkrétních rozměrech a typu odlehčovací komory. Použité materiály vyhovují podmínkám při dlouhodobém styku s odpadní vodou. Dlouhodobými laboratorními a praxí ověřenými zkouškami byla zjištěna vysoká efektivita a spolehlivost zařízení. V druhé části článku je vyhodnoceno použití štítových česlí v rámci akce Klatovy - čisté město.

Michal Úterský, Petr Hlavínek, Jakub Raček, Ivan Potužák, Václav Kutil

Úvod

Problematika mechanického čištění naředěných vod odtékajících za deště z odlehčovacích komor přímo do vodoteče nabývá v poslední době na stále větším významu. V České republice 70 % území tvoří pahorkatiny s nadmořskou výškou 200 – 600 m n. m., tudíž rychlost povrchového odtoku je poměrně vysoká. Z těchto podmínek vyplývá také charakter stokové sítě, která je převážně zastoupena jednotnou kanalizací s potrubími o velkých sklonech a profilech. V poslední době dochází ke kontinuálnímu monitorování a zlepšování funkce oddělovačů (odlehčovacích komor) a k jejich rekonstrukcím. Tyto odlehčovací komory jsou jedním z prvků, u kterých se nabízí možnost využití řízení odtoku [1]. Využití plovákových regulátorů, štítových česlí a štítových oddělovačů pro regulaci přepadu s možností mechanického předčištění odlehčovaných odpadních vod se jeví jako správný krok ke snížení množství znečištění odtékajících z odlehčovacích komor do recipientu.

Odpadní voda z odlehčovacích komor

Odlehčovací komory jsou objekty na jednotné stokové síti, které slouží k oddělení dešťové vody, zejména při velkých přívalových deštích. Odlehčovací komory patří k jedněm z nejsložitějších objektů na stokové síti, a to jak z pohledu hydrotechnického návrhu, tak i z pohledu samotného stavebního provedení.

V polovině roku 2018 prosadilo Ministerstvo životního prostředí ve vlastní novele vodního zákona č. 113/2018 Sb. zásadní změnu pohledu na odvádění a čištění srážkových vod z jednotné kanalizace. Od ledna roku 2019 budou veškeré srážkové vody, odkanalizované jednotnou kanalizací, považovány za vody odpadní. Z důvodu převažujících jednotných systémů odkanalizování je nutné zajistit možnost odlehčení dešťových/odpadních vod nejen na stokové síti, ale i na samotné ČOV. Přijatá novela vodního zákona osvobozuje od placení poplatků za vypouštění odpadních vod z odlehčovacích komor na kanalizační síti. Zde je stanoveno přechodné období do 31. 12. 2022, kdy toto osvobození od poplatků platí všeobecně. Po tomto datu budou ale osvobozeny od placení poplatků jen ty odlehčovací komory, které budou plnit podmínky stanovené vyhláškou (č. 428/2001 Sb. § 19, odstavec 7). Stejně jako v předchozím případě se osvobození od poplatků vztahuje pouze na odlehčovací komory na stokové síti, a nikoliv na ČOV. Z hlediska ochrany životního prostředí je žádoucí, aby co největší objem odlehčených odpadních vod, prošel alespoň mechanickým předčištěním na ČOV, za což ale bude provozovatel ČOV sankcionován platbami za vypouštěné znečištění [5].

S ohledem na schválenou novelu vodního zákona se do popředí dostávající zařízení odlehčovacích komor v podobě plovákových regulátorů, štítových česlí a štítových oddělovačů.

Plovákový regulátor

Zařízení slouží k regulaci průtoku vod v jednotných i oddílných stokových sítích. Principielně se jedná o plovák, vertikálně se pohybující v závislosti na výšce okolní vodní hladiny. Pomocí různých typů regulátorů lze spolehlivě vyřešit instalaci zařízení i v těch nejsložitějších podmínkách. Relativně velký objem plováku umožňuje s vysokou přesností regulovat již velmi malé průtoky. Regulované množství lze proto nastavit již od 1 l·s^-1 až do více než 2000 l·s^-1 [1].

Použití plovákových regulátorů má tyto přednosti:

• není zapotřebí výškového rozdílu hladin;
• vysoká přesnost regulace +- 3,5 %, strmá odtoková křivka;
• regulace již od 1 l·s^-1;
• nastavenou velikost regulace lze uvnitř pracovního pásma regulátoru kdykoliv dodatečně změnit;
• fungují i při velmi vysokém vzdutí na vstupu - není třeba vnějšího zdroje energie;
• konstrukce umožňuje samočinné odblokování ucpaných hradítek;
• i při zpětném vzdutí je zajištěna vysoká přesnost regulace;
• tvar a rozměry regulátoru lze přizpůsobit konkrétním místním podmínkám;
• snadná možnost napojení na dálkové ovládání;
• v důsledku konstrukce a použitých materiálů dlouhodobá životnost a funkční spolehlivost;
• minimální nároky na provoz a údržbu, nutná pouze občasná vizuální kontrola [1].

S ohledem na extrémní vlivy, jimž jsou tato zařízení při provozu vystavena, byla při jejich konstrukci zvolena jednoduchá mechanika s použitím vysoce kvalitních materiálů - nerezové oceli a houževnaté plastické hmoty kladek, resp. vodících lišt hradítek [1].

Regulátor se osazuje do vlastní instalační šachty. Přívodní trubku se opatří otočnou přírubou. Na ni se pak osadí deskové šoupě a dále vlastní regulátor. Voda přitéká do skříně regulátoru přes hradítko S1 a odtéká přes hradítko S2. Hradítko S1 předškrtí vzdutí i v řádech metrů před regulátorem na řád centimetrů uvnitř skříně. Na hradítko S2 pak působí výrazně nižší vzdutí a může proto s vysokou přesností jemně doladit požadovanou hodnotu odtoku vody z regulátoru. Plovák i soustava pák působících na hradítka jsou vzájemně propojeny tak, že při případném ucpání hradítek S1 nebo S2 je samočinně spuštěn zvláštní provozní režim regulátoru, který zachycené nečistoty samočinně uvolní. Pro stanovení velikosti regulátoru je rozhodující hodnota škrcení, která by se měla nacházet zhruba v polovině jeho pracovního pásma. Pro návrh je dále nezbytné znát maximální hodnotu vzdutí hladiny na přítoku [2].

 

Instalace plovákového regulátoru je vhodná pro dešťové zdrže, odlehčovací komory, akumulační prostory, retenční nádrže a zdrže přítoky ČOV.

Štítové česle

Zvyšující se požadavky na kvalitu odlehčované vody, resp. na míru jejího mechanického předčištění, staví projektanty i provozovatele stokových sítí před úkol tento požadavek účinně řešit. Štítové česle jsou provozně ověřeným řešením určeným k ochraně vodoteče, resp. k zachycování mechanických nečistot v odlehčovacích komorách. Využitím principu plováku/závaží navazují na osvědčenou konstrukci štítového oddělovače. Blok česlí je osazen pod štítem na odlehčovací straně odlehčovací komory. Mezi lamelami směřujícími kolmo na přelivnou hranu se pohybují čistící nože umístěné na spodní hraně štítu. Z toho důvodu nejsou štítové česle na rozdíl od štítového oddělovače absolutně těsné, a i při zavřeném štítu dochází, v závislosti na míře jejich znečištění shrnutými shrabky, k určitému technologickému odlehčování čelní hranou lamel v množství 5-10 l.s^-1.m^-1. Při vysoké vodě se po dosažení otvírací hladiny štít odsune od přelivné hrany a nečistoty jsou zachycovány i na vodorovné hraně česlí. Po jejím opadnutí se v důsledku klesajícího plováku štít vrací zpět k přelivné hraně. Jeho čistící nože přitom shrnou zachycené nečistoty do průtočné části odlehčovací komory, odkud jsou proudem unášeny dále na ČOV [4].

Výhody štítových česlí:

• provozně osvědčená technologie zachycování mechanických nečistot v odlehčovacích komorách;
• není třeba vnější zdroj energie;
• důmyslná konstrukce;
• vysoká provozní spolehlivost;
• veškeré komponenty jsou zhotoveny z nerezové oceli [4].

Štítové česle lze navrhnout jak do nových, tak do stávajících odlehčovacích komor. Na základě dosavadních zkušeností lze konstatovat, že představují efektivní a provozně nenáročné řešení ochrany vodoteče před mechanickými nečistotami splavovanými z odlehčovacích komor.

Štítové oddělovače

Štítový oddělovač je přelivné zařízení výrazně zefektivňující proces oddělení v odlehčovací komoře. V podstatě se jedná o hladinový uzávěr jejího přelivu. Sestává z nerezové, žebry vyztužené desky různé výšky, umístěné nad přelivnou hranu, coby volné pokračování přelivného prahu. Vodotěsnost zajišťuje pryžové těsnění připevněné na styčné ploše dosedacího rámu. Tato deska se horizontálně pohybuje v ocelových přímočarých pojezdech připevněných na bočních stěnách odlehčovací části komory. Z pojezdů je propojena přes kladku ocelovými táhly s plovákem sloužícím zároveň jako protizávaží [1].

Principem tohoto zařízení je vertikální štít z nerezové oceli pohybující se horizontálně ve dvou lineárních pojezdech připevněných na stěnách komory. Sílu působící na štít proti vodě vzduté v odlehčovací části komory vyvíjí plovák propojený přes táhla a kladky s lyžinami pojezdu. Celkovou hmotností plováku je pak určena výška vzdutí v průtočné části odlehčovací komory, při níž se štít otevírá. Každý štítový oddělovač je svým způsobem atypický výrobek, jehož rozměry jsou důsledkem optimálního řešení dané situace v konkrétní odlehčovací komoře [3].

Funkce štítového oddělovače:

1. v průtočné části komory - zajišťuje nepřekročení maximální zadané úrovně hladiny nejvyššího vzdutí . Jakmile voda dostoupá do této výše, dochází k otevření štítu a odlehčení. Proto tuto úroveň hladiny nazýváme u štítového oddělovače též hladinou otvírací;
2. v odlehčovací části komory - zajišťuje odlehčení zadaného množství vody - funguje jako norná stěna, - při vzdutí z vodoteče působí zároveň jako uzávěr zpětného vzdutí [1].

Výhody štítového oddělovače:

• zadaná maximální hladina v OK není překročena;
• zvolenou výšku otvírací hladiny lze průběžně přestavovat;
• lze jej dodatečně osadit i do stávající OK;
• použitím štítu se podstatně zvětší aktivní objem OK;
• přelivná hrana je kratší, snižují se náklady na stavbu;
• plná propustnost odlehčované vody i při zpětném vzdutí až do rozdílu hladin 100 mm;
• minimální nároky na údržbu;
• maximální rozměrová variabilita ve vazbě na místní podmínky;
• vysoká provozní spolehlivost s nízkými nároky na údržbu.

Štítový oddělovač funguje i jako oddělovač přebytečné vody v odlehčovací komoře, uzávěr zpětného vzdutí do odlehčovací komory, norná stěna, vyplachovací klapka.

 

V rámci akce Klatovy-čisté město bylo osazeno štítovými oddělovači celkem sedm odlehčovacích komor. Osazeno bylo celkem 17 bloků štítových česlí o délce 2,0-2,4 m. Protože se zařízení osazuje do připravené OK (odlehčovací komory) již zkompletované, bylo nutné potřebnou délku štítových česlí rozdělit na více částí. Na každou odlehčovací komoru proto připadají dva až tři bloky.

 

Štítové česle se navrhují s 50% rezervou propustnosti, což znamená, že jsou schopny propouštět zadané množství vody ještě při 50 procentním zanešení plochy lamel nečistotami. Při návrhu štítočeslí pro jednotlivé odlehčovací komory bylo třeba zohlednit některá omezení daná místními podmínkami. Především byla firma REKUPER Sychrov, s.r.o. limitována disponibilní délkou jednotlivých komor při požadovaném množství vody, které bylo třeba odlehčit. Výškové poměry byly poměrně nepříznivé, a proto se výška otvírací hladiny štítů nad přelivnou hranou mohla pohybovat pouze mezi 25 a 35 cm, přičemž optimální je 45-55 cm. Tyto vlivy bylo proto třeba zohlednit v konstrukci zařízení. Především se zvětšila šířka průliny mezi lamelami na 10 mm. Aby bylo dosaženo větší síly při zpětném stírání shrabků, byla v některých komorách závaží umisťována atypicky do jejich průtočné části, aby mohla být při vzdouvání hladiny zaplavována- viz obr. 7. Využitím principu Archimedova zákona bylo proto možné o jejich objem zvýšit váhu, která zvýšila stírací sílu působící na zavírající se štít.

Vystrojování jednotlivých komor bylo koordinováno s postupem celkové rekonstrukce klatovského kanalizačního systému. Protože různé větve kanalizační sítě byly z důvodu výstavby různě odstavovány, anebo vzájemně propojovány, stávalo se, že povodí připadající na konkrétní OK bylo výrazně větší, než projektované. To mělo za následek přelití štítočeslí odlehčovanou vodou, protože jí zkrátka přitékalo příliš. Pak nezbylo, než po opadnutí vody zanešenou plochu ručně vyčistit – viz obr. 8.

 

Podstatně závažnější problém představoval po stavbě zbylý štěrk a kamenivo soustavně splavované z povrchu do kanalizace. Drobnější štěrk propadnul mezi lamelami, větší kameny zůstaly ležet na nich. Kameny frakce 10 mm však zapadly mezi lamely a zablokovaly uzavření štítu. Navíc byly čistícím nožem osazeným kolmo na lamely mezi ně dále zatlačovány. Opakovaným výskytem této závady a jejím následným odstraňováním se nepříjemně komplikoval provoz odlehčovacích komor- viz obr. 9.

Bylo proto třeba zajistit, aby kameny této frakce byly při zavírání štítu shrabovány spolu s ostatními shrabky. Za tím účelem bylo nutné vyměnit všechny pásy s čistícími noži připevněné na spodní hraně štítů. V novém provedení byly nože ohnuty o 15° směrem ven a kameny jimi proto byly při zavírání štítu nadzvedávány až k přelivné hraně. Tato konstrukční změna se pak promítla do všech štítových česlí dodávaných jak do ČR tak do SRN – viz obr. 10.

 

Významnou výhodou štítových česlí je, že ke svému provozu nepotřebují vnější zdroj energie. Protože jsou však v Klatovech komory umístěny v městské zástavbě, využil provozovatel dostupnosti elektrické energie a zavedl poměrně sofistikovasný systém dálkového sledování režimu činnosti štítových oddělovačů ve všech komorách. Jednak jsou v průtočné části každé OK umístěny plovoucí baňky s čidlem předávajícím informaci, zda je průtočná hladina zvýšená. Dále jsou na každém bloku štítočeslí umístěna čidla, která avizují, zda je štít uzavřen či otevřen-viz obr. 11.

 

Z klatovského dispečinku Šumavských vodáren a kanalizací lze pak přes počítač kdykoliv zkontrolovat, co se v jednotlivých komorách odehrává, případně ihned lokalizovat závadu - pokud není v průtočné části hladina zvýšená a štít není dovřen, je něco v nepořádku se shrabky – viz obr. 12.

 

K řádné funkčnosti štítových česlí nelze zapomenout ani na jejich pravidelnou kontrolu a údržbu. V Klatovech se tak děje podle přesného rozpisu kontrol a v případě potřeby se štítočesle zároveň ostříkají tlakovou vodou.

Občas se setkáváme ze strany provozovatelů kanalizací s přáním, aby zařízení bylo pokud možno bezúdržbové. Takový požadavek však nelze při nejlepší vůli splnit. Nutnost údržby a kontroly je například v Německu podložena sjednocující normou, kterou vydala Asociace německého strojního inženýrství – VDMA - pod názvem Strojně technologické vybavení objektů na stokové síti – pokyny k provozu, údržbě a opravám. Lze si jenom přát, aby se podle těchto zásad potupovalo i při provozování technologických zařízení v podmínkách našich kanalizací a správci sítí tato pravidla přijali za vlastní.

 

Závěr

Plovákové regulátory slouží k přiškrcení průtoku na požadovanou hodnotu, štítové oddělovače výrazně zefektivňují oddělování vody v odlehčovacích komorách. Obě zařízení mohou být použita jak každé nezávisle, tak osazena souběžně. V takovém případě se jejich funkce optimálně vzájemně doplňují a společně vytvářejí efektivní technologický soubor [1]. Štítové česle i štítové oddělovače jsou vhodným zařízením, které usměrňuje odtok z odlehčovacích komor a zároveň řeší problém mechanického předčištění odlehčované odpadní vody.

Dlouhodobými provozními zkouškami byla prokázána schopnost spolehlivého fungování výše popsaných zařízení. Plovákové regulátory, štítové česle a štítové oddělovače představují výrazný technologický pokrok při řešení problematiky čištění odlehčovaných vod v odlehčovacích komorách. Pro svoje jednoduché technické řešení a provozní spolehlivost najdou v budoucnu bezesporu široké uplatnění v návrzích jak nových, tak rekonstruovaných odlehčovacích komor.

Instalaci výše uvedených zařízení lze bez větších problémů aplikovat jak na stávající, tak na nově navrhované objekty odlehčovacích komor. Tímto řešením můžeme zajistit mechanické předčištění na všech odlehčovacích komorách, které mají významný podíl na vnosu hrubých nečistot do recipientu.

Na základě dosavadních zkušeností s provozem štítových česlí v Klatovech lze konstatovat, že po odstranění jejich počátečních problémů se v praktickém provozu systém zachycování pevných nečistot tímto způsobem plně osvědčil a štítové česle dokázaly, že jsou co do technického řešení kvalitním výrobkem plnícím spolehlivě funkci, pro kterou byly vyvinuty.

Literatura

1. Podklady poskytnuté prof. Hlavínkem (VUT FAST Brno) a firmou REKUPER SYCHROV, s.r.o.
2. PLOVÁKOVÉ REGULÁTORY "STANDARD". In: Www.rekuper.cz [online]. Husa 28, Paceřice 463 44, 2019 [cit. 2019-02-09]. Dostupné z: https://www.rekuper.cz/plovakove-regulatory-standard
3. ŠTÍTOVÝ ODDĚLOVAČ. In: www.rekuper.cz [online]. Husa 28, Paceřice 463 44, 2019 [cit. 2019-02-09]. Dostupné z: https://www.rekuper.cz/stitovy-oddelovac
4. ŠTÍTOVÉ ČESLE. In: Www.rekuper.cz [online]. Husa 28, Paceřice 463 44, 2019 [cit. 2019-02-09]. Dostupné z: https://www.rekuper.cz/stitove-cesle
5. WANNER, Filip. Odlehčování odpadních vod a tichá novelizace novely vodního zákona. In: Www.nase-voda.cz [online]. Nature media, 2018 [cit. 2019-02-11]. Dostupné z: https://www.nase-voda.cz/odlehcovani-odpadnich-vod-ticha-novelizace-novely-vodniho-zakona/

Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I". Tento článek je výsledkem spolupráce se společností REKUPER SYCHROV, s.r.o. a Šumavské vodovody a kanalizace a.s.

Autoři

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Centrum AdMaS, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

prof. Ing. Petr Hlavínek, CSc., Centrum AdMaS, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

Ing. Jakub Raček, Ph.D., Centrum AdMaS, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 651/139, 612 00 Brno

Ing. Ivan Potužák, REKUPER SYCHROV, s.r.o., Husa 28, Paceřice 463 44

Václav Kutil, Šumavské vodovody a kanalizace a.s., Koldinova 672/II, 339 01 Klatovy

Recenze

Článek byl recenzován. Recenze jsou uloženy v redakci.

Bibliografická citace

Úterský, M., Hlavínek, P., Raček, J., Potužák, I., Kutil, V. Plovákové regulátory, štítové česle a štítové oddělovače odlehčovacích komor. Vodovod.info - vodárenský informační portál[online]. 26.3.2019, 03/2019, [cit. 2019-03-26]. Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157. 

English Summary

The article describes the possibilities and advantages of floating regulators, shield screens and shield separators, as a device for controlling and mechanical pre-treatment of relieved waters from CSO (Combined Sewer Overflow) chambers. The device can be used to regulate the flow of water in single and separate sewerage systems. In principle, all are based on a float that moves vertically depending on the height of the surrounding water level. The method of installation depends on the particular dimensions and type of the CSO chamber. The materials used meet the requirements for contact with waste water. Long-term laboratory and practice-tested tests have demonstrated the high efficiency and reliability of the equipment.