Szczecińskie doświadczenia w stosowaniu drogowych urządzeń

Szczecińskie doświadczenia w stosowaniu drogowych urządzeń

SZCZECIŃSKIE DOŚWIADCZENIA W STOSOWANIU
DROGOWYCH URZĄDZEŃ OCZYSZCZAJĄCYCH
Marcin Denisiuk,
Opiekun naukowy: mgr inż. Stanisław Majer
Michał Zawadzki
Opiekun koła: mgr inż. Stanisław
Koło Naukowe Profil
Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Szczecińska,
1. STRESZCZENIE
W ostatnim okresie w rejonie szczecińskim w ramach poprawy stanu sieci dróg krajowych
zrealizowano między innymi następujące inwestycje:
-
obejście Wolińskiego Parku Narodowego, obwodnice Wolina i Dargobądza w ciągu
drogi krajowej nr 3,
-
modernizacja drogi krajowej nr 10 na odcinku Szczecin - Stargard Szczeciński.
Zakres wykonanych prac w ramach inwestycji obejmował również budowę sytemu odprowadzania
wód opadowych z pasa drogowego.
2. WSTĘP
W referacie zostały przedstawione dotychczasowe doświadczenia w utrzymaniu, eksploatacji i
sprawności separatorów stosowanych jako podstawowe urządzenie oczyszczające wody opadowe z
jezdni. Wykazano niską skuteczność tych urządzeń na liniowych odcinkach dróg. Autorzy
wykazują, że bardziej adekwatne w systemach odwodnień liniowych jest zastosowanie urządzeń
infiltracyjno-trawiastych i osadnikowo-retencyjnych.
3. ZASTOSOWANIE DROGOWYCH URZĄDZEŃ OCZYSZCZAJĄCYCH
Obowiązująca ustawa prawo wodne [1] pod pojęciem ścieków rozumie odprowadzane do
odbiornika (wody i gruntu) wody opadowe lub roztopowe, ujęte w systemy kanalizacyjne,
pochodzące z powierzchni zanieczyszczonych, w tym z centrów miast, terenów przemysłowych i
składowych, baz transportowych oraz dróg i parkingów o trwałej nawierzchni. Rozporządzenie
Ministra Środowiska [2] podaje zakres dróg, z których należy oczyszczać wody opadowe i
roztopowe oraz ich stopień oczyszczenia - „Wody opadowe i roztopowe ujęte w szczelne, otwarte
lub zamknięte systemy kanalizacyjne z powierzchni szczelnej terenów przemysłowych,
składowych, baz transportowych, portów, centrów miast, dróg ekspresowych, dróg krajowych i
wojewódzkich oraz parkingów o natężeniu odpływu, co najmniej 15 l na sekundę, na 1 hektar
powierzchni szczelnej, powinny być oczyszczone przed wprowadzeniem do wód lub do ziemi w
taki sposób, aby w odpływie zawartość zawiesin ogólnych nie była większa niż 100 mg/dm3, a
substancji ropopochodnych - nie większa niż 15 mg/dm3. Poprzednio obowiązujące
Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 5 listopada
1991 roku określało dopuszczalne stężenia dla wód opadowych z terenów stacji paliw płynnych,
baz przeładunkowych przed odprowadzeniem do wód i ziemi w wysokości:
-
zawiesina ogólna w ilości 50mg/dm3,
-
substancje ropopochodne o stężeniu 15mg/dm3,
-
substancje ekstrahujące się eterem naftowym o stężeniu 50mg/dm3
Katalog Drogowych Urządzeń Ochrony Środowiska (2002 r.) [4] podaje, że drogowe
urządzenia oczyszczania ścieków należy stosować w terenach nie objętych zasięgiem kanalizacji
ogólnospławnej lub deszczowej przy drogach, dla których prognozowane stężenie zawiesin
ogólnych w spływach opadowych nie przekroczy wartość dopuszczalnej 50 mg/l. tj. przy drogach,
na których średnie dobowe natężenie ruchu drogowego w obu kierunkach w okresie
prognostycznym nie przekroczą wartości podanych w tabeli 1. Kossakowski [6] uściśla, że
wartości te dotyczą zbiorników infiltracyjnych.
Tabela 1. Kryteria ruchowe stosowania zbiorników infiltracyjnych [7], [8]
Lp.
1
1.1
1.2
1.3
2
2.1
2.2
2.3
Zbiornik infiltracyjny można stosować, gdy w okresie
prognostycznym
średnie dobowe natężenie ruchu
dla drogi z liczbą pasów
drogowego w obu kierunkach nie
ruchu
przekracza liczby pojazdów na dobę
poza terenem zabudowy
1x2
1 700
2x2
2 700
2x3
3 100
na terenie zabudowanym
1x2
1 400
2x2
2 300
2x3
2 600
Urządzenia oczyszczające ścieki drogowe zaleca się lokalizować przy granicy pasa
drogowego w miejscach naturalnych obniżeń terenu, do których możliwe jest doprowadzenie
grawitacyjne ścieków opadowych z jak największego odcinka.
Do zanieczyszczeń spowodowanych ruchem drogowym zalicza się [3]:
 kropelkowe ubytki paliwa i olejów,
 emisje ze spalania paliw,
 ubytki z okładzin hamulcowych,
 ubytki ze ścierania nawierzchni.
Dlatego pożądane jest podczyszczenie wód opadowych przed ich przesączeniem w grunt. W wielu
przypadkach do rozłożenia i zatrzymania szkodliwych substancji wystarcza przepływ wody przez
porośniętą, humusową warstwę gruntu [3].
4. PODZIAŁ I CHARAKTERYSTYKA URZĄDZEŃ OCZYSZCZAJĄCYCH
Pod względem oczyszczania ścieków opadowych drogowe urządzenia oczyszczające można
podzielić na urządzenia [4]:
 trawiaste,
 infiltracyjne,
 retencyjne,
 olejowo – separacyjne.
Ze względu na położenie tych urządzeń w stosunku do powierzchni terenu wyróżniamy:
 urządzenia powierzchniowe,
 urządzenia podziemne (komorowe).
Klasyfikacje drogowych urządzeń oczyszczających pod względem sposobu oczyszczania,
położenia w stosunku do powierzchni terenu oraz formy podano w tabeli 2. W tabeli tej podano
również potencjalne wady i zalety tych urządzeń.
Tabela 2. Charakterystyka drogowych urządzeń oczyszczających [4]
Rodzaj urządzenia
Zakres stosowania
Skarpa infiltracyjno- na łagodnych skarpach, na
trawiasta
skarpach rowów trójkątnych
Rowy infiltracyjnoprzy drogach zamiejskich
trawiaste
przejęcie
Zbiorniki
zanieczyszczonych wód z
infiltracyjnoodcinków dróg poza
trawiaste
terenami zabudowy
przejęcie
Zbiorniki
zanieczyszczonych wód z
osadnikowoodcinków dróg poza
retencyjne
terenami zabudowy
zabezpieczenie wód
Zbiorniki
powierzchniowych i
infiltracyjnopodziemnych przed
retencyjne
skutkami nadzwyczajnych
zagrożeń środowiska
w terenie zabudowanym
Studnie chłonne
przy ulicach
nieskanalizowanych
Skuteczność
Zalety
Wady
40%
1*, 2, 4,5
7, 8, 9
60%
3, 4, 5
10, 11
100%
3, 4, 5
8, 10, 11
100%
1, 3,5, 6
11, 12
100%
3, 4, 5
8, 10, 11
100%
2, 4, 5
7, 8, 10, 13
1*- prostota konstrukcji, 2 - mała zajętość terenu, 3 - dość wysoka pojemność retencyjna, 4 - małe
niebezpieczeństwo zamulenia warstwy infiltracyjnej, 5 - niski koszt utrzymania i eksploatacji, 6 małe niebezpieczeństwo zalewania okolicznych terenów w czasie wyjątkowo dużych deszczów
nawalnych lub gwałtownych roztopów, 7 - niska pojemność retencyjna, 8 - niebezpieczeństwo
zalewania okolicznych terenów w czasie wyjątkowo dużych deszczów nawalnych lub
gwałtownych roztopów, 9 - brak skuteczności w czasie roztopów 10 - ograniczenie stosowania w
terenach o niskim poziomie wód gruntowych, 11 - duża zajętość terenu, 12 - niebezpieczeństwo
całkowitej utraty właściwości infiltracyjnych urządzenia w skutek głębokiego zamulenia warstwy
filtracyjnej, 13 - trudności w naprawie uszkodzeń i wykonywaniu prac konserwacyjnych
Do najczęściej spotykanych błędów przy projektowaniu urządzeń oczyszczania wód opadowych z
jezdni wg [4] należy zaliczyć m.in.:
-
stosowanie separatorów substancji ropopochodnych na liniowych odcinkach dróg,
podczas gdy należy je stosować jedynie na stacjach paliw, parkingach, MOP-ach itp.;
stężenie substancji ropopochodnych w spływach opadowych nawet przy granicy
przepustowości drogi nie przekracza wartości dopuszczalnych a w przypadku
nadzwyczajnych zagrożeń ochrony środowiska (wypadki cystern) również nie spełniają
swojej roli
-
budowa uszczelnień dna urządzeń oczyszczania wód opadowych przy przyjęciu
błędnego założenia o potrzebie ochrony wód gruntowych przed infiltrującymi wodami.
5.
OGÓLNA
CHARAKTERYSTYKA
SEPARATORÓW
STOSOWANYCH
DO
OCZYSZCZANIA WÓD OPADOWYCH Z DRÓG
Wyróżniamy dwa podstawowe typy separatorów stosowanych do podczyszczania ścieków
opadowych - separatory lamelowe oraz koalescencyjne. Separatory lamelowe są urządzeniami
przeznaczonymi do zatrzymania substancji ropopochodnych jak i zawiesin łatwo opadających,
które gromadzą się w komorze osadowej separatora. Urządzenia te znajdują zastosowanie przede
wszystkim w układach zlewni miejskich, w sieciach deszczowych zakładów przemysłowych, baz
paliwowych, baz sprzętu, placów manewrowych, dróg szybkiego ruchu. Lokalizacje urządzeń
warunkują: konieczność okresowych przeglądów, czyszczenie i opróżnianie przez wozy
asenizacyjne oraz rodzaj włazów. Zaleca się lokalizowanie separatora poza terenem dróg,
parkingów, placów manewrowych, ale z możliwością dojazdu do urządzenia wozem
specjalistycznym w celu zapewnienia bezkolizyjnej obsługi, przeprowadzania okresowych kontroli
wnętrza oraz czyszczenia. Ścieki do separatora powinny dopływać grawitacyjnie.
Separatory koalescencyjne przeznaczone są do oddzielania związków ropopochodnych wód
opadowych i ścieków technologicznych płynących grawitacyjnie przed wprowadzeniem ich do
odbiornika. Główne zastosowanie znajdują przy oczyszczaniu ścieków opadowych z terenów stacji
benzynowych, magazynów paliw, warsztatów samochodowych, parkingów, itp., także myjni
samochodowych. Separatory te podczyszczają zanieczyszczenia, którymi są: benzyny, oleje
napędowe lub opałowe, oleje pochodzenia mineralnego. Urządzenia te nie są przeznaczone do
zatrzymywania substancji ropopochodnych z wód ściekowych, jeżeli występują one w postaci
emulsji wodnej. Emulsje takie mogą powstawać podczas mycia w myjniach samochodowych.
Ścieki przed wprowadzeniem do separatorów muszą być podczyszczone w osadniku. Ze względu
na konieczność okresowych kontroli wnętrza separatora oraz jego czyszczenia, zaleca się
lokalizowanie urządzenia poza terenami parkingów, dróg, itp. Lokalizacja separatora musi
umożliwiać dojazd do urządzenia wozu specjalistycznego oraz przeprowadzenie czynności
eksploatacyjnych. Program kontroli i prac konserwacyjnych oraz sposobu czyszczenia separatorów
przedstawia tabela 3.
Tabela 3. Program kontroli i czyszczenia separatorów [5]
Okresy
Kontrola i sprawdziany Możliwe wyniki, uwagi
Prace
konserwacyjne i
oczyszczające
Separatory lamelowe
pierwszy rok
separatora - co dwa
tygodnie, następne
lata w zależności od
rodzaju zlewni
(zaleca się co 2 – 3
miesiące
kontrola ilości
zanieczyszczeń stałych w
komorze wlotowej
kontrola grubości warstwy
oleju
kontrola poziomu osadu w
osadniku
Duża ilość zanieczyszczeń
Usunięcie
zanieczyszczeń
grubość warstwy oleju
przekracza 10+15 cm
usunięcie oleju przez
koncesjonowany zakład
poziom osadu powyżej
połowy komory osadowej
półroczne
kontrola sekcji lamelowych
Uszkodzenie mechaniczne
sekcji
Zanieczyszczenie
czyszczenie urządzenia
przez koncesjonowany
zakład
wymiana sekcji
żaluzjowych
oczyszczenie sekcji
co dwa tygodnie
kontrola grubości warstwy
oleju
kontrola poziomu osadu w
części osadowej
kontrola poziomu osadu w
dodatkowym osadniku
kontrola
materiału
koalescencyjnego
kontrola pływaka
Separatory koalescencyjne
miesięczne
grubość
warstwy oleju
przekracza 1 O cm
grubość warstwy osadu
przekracza 30 cm
poziom osadu powyżej
polowy komory osadowej
usunięcie oleju przez
koncesjonowany zakład
usunięcie osadu przez
koncesjonowany zakład
usunięcie osadu przez
koncesjonowany zakład
Zanieczyszczenie
oczyszczenie materiału
Zanieczyszczenie
oczyszczenie pływaka
6. DOŚWIADCZENIA W EKSPLOATACJI SYSTEMÓW ODPROWADZANIA WÓD
DESZCZOWYCH NA PODSTAWIE WYBRANYCH INWESTYCJI DROGOWYCH
Jak wspomniano obowiązek podczyszczania wód opadowych z dróg wymusił stosowanie zupełnie
nowych rozwiązań przy projektowaniu odwodnienia drogi. W zakończonych i realizowanych
inwestycjach zastosowano separatory jako podstawowe urządzenia oczyszczające wody opadowe.
W ramach tzw. Pożyczki Portowej Banku Światowego oraz ze środków Europejskiego Funduszu
Odbudowy i Rozwoju, Europejskiego Banku Inwestycyjnego wykonano w roku 2001
modernizacje drogi krajowej Nr 3 na odcinku przejścia przez Woliński Park Narodowy (WPN) od
km 14+970 do km 19+759 oraz w roku 2003 budowę obwodnicy Dargobądza od km 19+759 do
km 22+543.
Przy modernizacji drogi krajowej nr 3 przez WPN zastosowano separatory koalescencyjne do
oczyszczania dróg opadowych. Stan separatorów po trzyletnim okresie eksploatacji jest
nieodpowiedni, wkładki filtracyjne zostały zanieczyszczone butwiejącymi liśćmi (rys. 1), a cześć
separatorów została uszkodzona mechanicznie – rys 2. Na prawie całej długości modernizowanego
odcinka
zastosowano
umocnienie
dna
rowów
betonowymi
korytkami
ściekowymi,
uniemożliwiając tym samym infiltracje wód opadowych do gruntu, zwiększając jednocześnie
prędkość przepływu wody w korycie. Na niektórych odcinkach jednak dopuszczono do
przelewania się wody opadowej przez system przelewów z pominięciem separatorów (rys. 3),
wskazuje to na brak konsekwencji i nie przestrzegania przyjętych założeń projektowych (podważa
to zasadność stosowania separatorów).
Rys.1. Zanieczyszczenie wkładki separatora
Rys. 2. Uszkodzenie wkładki separatora
Zastosowanie na obszarze leśnym separatorów koalescencyjnych, doprowadziło do praktyczniej
utraty ich zdolności oczyszczających, jeżeli już zdecydowano się zastosować separatory powinny
to być separatory lamelowe, a nie koalescencyjne, które mają zastosowanie na terenach stacji
benzynowych, parkingów oraz myjni samochodowych [5]. Korzystne warunki gruntowo wodne –
grunty nie spoiste, głębokie występowanie zwierciadła wody gruntowej predysponowały
zastosowanie urządzeń infiltracyjno trawiastych.
Rys.3. Przykład zastosowania przelewu na rowie za układem osadnik separator
Przy budowie obwodnicy Dargobądza również nie ustrzeżono się błędów przy projektowaniu i
budowie systemu odwodnienia. W kilku przypadkach umiejscowienie separatorów lamelowych
uniemożliwia prawidłową eksploatacje i konserwację tych urządzeń (rys. 4).
Rys. 4. Błędna lokalizacja separatora
Kolejnym przykładem na błędne rozwiązanie systemu odwodnienia jest odprowadzenie wody z
jezdni za pomocą kaskady tuż przed wpustami połączonymi z separatorem (rys. 5 i 6).
Rys. 5. Rys. 6. Błędne połączenie kaskady z separatorami
Rys. 7. Separator i zbiornik retencyjny
W ramach modernizacji drogi krajowej nr 10 na odcinku Szczecin – Stargard Szczeciński
wykonano system oczyszczania ścieków opadowych w postaci separatorów oraz zbiorników
retencyjnych. Woda spływając z pasa drogowego trafia najpierw do separatorów a następnie jest
kierowana bezpośrednio do zbiornika retencyjnego (rys. 7). Jest to przykład na niepotrzebne
podwajanie systemu podczyszczania wód opadowych; w omawianym przypadku występują bardzo
dobre warunki gruntowo-wodne do zastosowania zbiorników infiltracyjno-trawiastych, które w
zupełności zdałyby egzamin jako samodzielne urządzenia oczyszczające.
7. WNIOSKI KOŃCOWE
Reasumując można stwierdzić, że stosowanie separatorów na odcinkach liniowych jest
bezzasadne, gdyż ilość zanieczyszczeń spływających z pasa drogowego wraz z wodami
opadowymi nie przekracza dopuszczalnych norm. W analizowanych przypadkach nie ustrzeżono
się błędów w lokalizacji tych urządzeń, gdyż w niektórych przypadkach nie zapewniono do nich
swobodnego dojazdu w celu kontroli i czyszczenia. Niejednokrotnie zaprojektowano odpływ wody
opadowej, w postaci przelewów bądź kaskad, bezpośrednio do gruntu tuż przed separatorami
Urządzenia takie jak separatory wymagają stałej kontroli i konserwacji, jak również okresowego
ich czyszczenia z zebranych przez nie zanieczyszczeń. Z doświadczeń autorów wynika, że
czynności te są zaniedbywane. Dlatego też, bardziej racjonalnym rozwiązaniem jest stosowanie
urządzenia oczyszczania wód opadowych w postaci zbiorników infiltracyjno – trawiastych czy też
osadnikowo – retencyjnych. Charakteryzują się one łatwością w naprawie uszkodzeń i
wykonywaniu prac konserwacyjnych oraz niskim kosztem eksploatacji. Stanowią również
niewątpliwie ozdobę krajobrazu w przeciwieństwie do betonowych kręgów separatorów.
Stosowanie drogowych urządzeń oczyszczania ścieków opadowych w postaci separatorów
powinno być ograniczone tylko do miejsc, w których jest ono niezbędne, np.: przy placach
manewrowych, stacjach benzynowych, przy miejscach obsługi podróżnych.
8. LITERATURA
[1] Dz.U.01.115.1229 Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne.
[2] Dz.U.02.212.1799 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie
warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w
sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego
[3] Geiger W., Dreiseitl H., Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych. Oficyna
Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz 1999
[4] Katalog drogowych urządzeń ochrony środowiska. IBDiM, Warszawa, 2002
[5] „Katalog Urządzeń Ochrony Wód” firmy Ekol - Unicon
[6] Kossakowski M. Przydrożny zbiornik infiltracyjny. „Drogownictwo 2004 s.13 – 16
[7] Zasady ochrony środowiska w drogownictwie, GDDP, Warszawa 1999
[8] Zasady ochrony środowiska w projektowaniu, budowie i utrzymaniu dróg. Dział 07. Ochrona
wód w otoczeniu dróg, GDDP, Warszawa 1993