Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Kanalizacja

Kanalizacja
Czym jest kanalizacja i dlaczego jest ona taka ważna dla każdego mieszkańca globu dowiecie z kolejnego odcinka historii wynalazków.

3200 p.n.e. Z tego okresu pochodzą najwcześniejsze ze znanych systemy odprowadzania z domów nieczystości. Odkryto je w wykopaliskach na szkockiej wyspie Orkney. Z budynków wiodły rury i kanały, którymi ścieki spływały wprost do morza.

od 3000 p.n.e. Cywilizacja minojska, odkryta i opisana dzięki wykopaliskom na Krecie, znała wodociągi i kanalizację odprowadzającą ścieki z wielokondygnacyjnych budynków - a nawet spłukiwane toalety! Stosowane przez Minojczyków rozwiązania, kojarzące się z dzisiejszymi, nie miały sobie równych aż do czasów rzymskich.

1. Schemat kanalizacji w starożytnym mieście Harappa

2800-2400 p.n.e. W miastach kultury Indus-Saraswati, wśród których były Harappa (1) i Mohendżo Daro, zbudowano wysoce zaawansowane systemy kanalizacyjne. Rury umieszczone pod kamiennymi płytami ulic odprowadzały ścieki z domów prywatnych do rzeki.

2447 p.n.e. Sumeryjskie miasto-państwo Ur, położone na terenie dzisiejszego południowego Iraku (na południe od Eufratu), zostało wyposażone w pełny system kanalizacyjny.

2400 p.n.e. Z tego okresu pochodzi system kanalizacyjny odprowadzania wód opadowych i ścieków, odkryty w pobliżu grobowca egipskiego króla Sahure. Tworzyły go rury z blachy miedzianej.

2000-1000 p.n.e. Teren Bliskiego Wschodu znany jest z wielu starożytnych innowacji w gospodarce wodnej i ściekowej. Babilońskie domy już od najwcześniejszych czasów wyposażano w pojemniki na szambo, wykonane z wypalanej gliny, a gliniane rury (2) stosowano m.in. do odprowadzania nieczystości. Archeolodzy odkryli również w Babilonie wielki kanał ściekowy. Układ składający się z kolektora i bocznych kanałów z węzłami funkcjonował już w VII w p.n.e. w Niniwie, zaś podobny system, z cegły, działał również w Bagdadzie.

W Jerozolimie część sieci kanalizacyjnej wydrążono w litej skale, a za czasów króla Dawida (ok. 1000 p.n.e.) budowano również toalety. Pierwsze bliskowschodnie ustępy powstały jednak w pałacu w Esznunna w Mezopotamii. Były to proste platformy, czasem z ukształtowanym siedziskiem z bitumu (smoły). Nie miały żadnych zamknięć wodnych odcinających je od cieku, który płynął pod spodem. W tym okresie powstały również pierwsze "oczyszczalnie biologiczne", budowane w ekosystemach bagiennych w starożytnych Chinach i Egipcie, wykorzystujące do utylizacji zanieczyszczeń roślinność wodolubną.

2. Rury kanalizacyjne znalezione w babilońskim Nippur

1580 p.n.e. W Egipcie powstają kanalizacje z regulacją ilości przepływu wody.

484-425 p.n.e. W zapiskach Herodota pochodzących z tego okresu można znaleźć informacje o wyposażeniu egipskich domów w toalety.

od 300 p.n.e. Starożytne Ateny wyposażone były w układ kanałów i kanał główny wyprowadzający wodę ściekową oraz deszczówkę poza miasto, do większego zbiornika. Ten połączony był z siecią mniejszych, zbudowanych z cegieł przewodów doprowadzających ścieki do pól uprawnych i sadów, w celu nawadniania i nawożenia upraw.

3. Fragment Cloaca Maxima w Rzymie

184 p.n.e. Po przeprowadzeniu modernizacji główny kolektor Rzymu, Cloaca Maxima (3), został przykryty. Kanał, o wymiarach 3,20×4,00 m, wykonano w całości z kamienia już w IV wieku p.n.e. Rzymianie znali również publiczne toalety, które jednak najczęściej niewiele miały wspólnego z prywatnością (4). Oszczędnie gospodarowali też wodą - ta używana do mycia w publicznych łaźniach często spływała do latryn, gdzie wykorzystywano ją do ich spłukiwania. Dopiero stąd trafiała do kanalizacji odprowadzającej ścieki komunalne do Tybru.

4. Publiczna latryna z czasów rzymskich

226 p.n.e.-800 n.e. W Palenque, w klasycznym okresie cywilizacji Majów, powstały budowle wyposażone w spłukiwane toalety i odpływy. Używano nawet filtrów oczyszczających wodę, wykonanych z porowatego piaskowca.

1370 W Paryżu, w dzielnicy Montmartre, powstaje pierwszy zamknięty kanał ściekowy. Miał 300 m długości, a zaprojektował go Hugues Aubird. Główną powodem budowy był okropny fetor z rynsztoków wypełnionych nieczystościami - zresztą wszechobecny w średniowiecznych miastach.

1530 W Paryżu wprowadzono prawo wymagające wyposażenia każdego nowo budowanego domu w szambo ściekowe.

1531 W Bunzlau na Śląsku (obecnie Bolesławiec), po uprzednim zabezpieczeniu dopływu świeżej wody, rozpoczęto budowę sieci kanalizacyjnej. Ścieki komunalne nie płynęły bezpośrednio do rzeki, lecz doprowadzano je i rozpryskiwano na nisko położonych łąkach i ogrodach. Zastosowane urządzenia wykorzystywano aż do początku XX wieku.

1596 Angielski pisarz i poeta John Harrington zaprojektował pierwszą nowożytną toaletę z możliwością spuszczania wody, jednak z powodu braku kanalizacji nie cieszyła się dużym zainteresowaniem. Nieczystości z toalety trafiały do szamba. Według historycznych źródeł Harrington stworzył projekt dla swojej matki chrzestnej, królowej Elżbiety I.

1775 Szkocki zegarmistrz, Alexander Cumming, patentuje kolanko umieszczane pod muszlą toaletową, które zapobiega wydobywaniu się nieprzyjemnych zapachów z instalacji kanalizacyjnej. Ten prosty wynalazek miał wielkie znaczenie dla upowszechnienia się domowych toalet.

1842 Korzystając z konieczności odbudowy Hamburga po wielkim pożarze, jaki miał miejsce w maju tego roku, podjęto decyzję o zbudowaniu w tym mieście podziemnej sieci kanalizacyjnej. Projekt opracował angielski inżynier William Heerlein Lindley (5). Tym samym Hamburg stał się pierwszą skanalizowaną aglomeracją w nowożytnej Europie.

Władze państw Starego Kontynentu zainteresowały się rozwojem systemów kanalizacyjnych dopiero w XVIII w. Duża koncentracja ludzi przy jednoczesnym braku systemowego rozwiązania zaczęła stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia mieszkańców - głównym motorem zainteresowania zbiorczymi instalacjami sanitarnymi były wielkie epidemie chorób zakaźnych, dziesiątkujące Europę. Lindley zaprojektował potem swoje systemy dla Frankfurtu nad Menem, Pragi, Włocławka i Warszawy, wpisując się do historii jako twórca nowożytnej kanalizacji.

5. Pomnik Williama Heerleina Lindleya w Warszawie

połowa XIX w. Pojawiają się nowe materiały konstrukcyjne - beton i żelbet, które szybko znajdują zastosowanie w budowie instalacji kanalizacyjnych. Wcześniej kanały o małych średnicach tworzono głównie z kamionki, a do kanałów o większych przekrojach używano cegły i kamienia (6). Jeszcze w XIX w. stosowano rury kamienne - m.in. w Dreźnie w roku 1848 wybudowano przewód z przewierconych ciosów piaskowca pozyskiwanego w Szwajcarii Saksońskiej.

W Pradze przewody do transportu wody wykonywano z przewierconego marmuru. Warto przy okazji dodać, że w XV wieku bardzo rozpowszechnione były rury drewniane, produkowane z przewiercanych pni drzew iglastych. Łączniki wykonywano z kutego żelaza. Pozostałości takich instalacji w dalszym ciągu są odkopywane, np. we Wrocławiu.

6. Typowe przekroje XIX-wiecznych kanałów

1866 Holenderski inżynier Charles T. Liernur (1828-1893) buduje w mieście Harlem pierwszy na świecie system kanalizacji podciśnieniowej (7). Do miast mających takie rozwiązanie wkrótce dołączyły: Amsterdam, Dordrecht, Leiden, Praga, Trouville, Hanau i Stansted. Wynalazca opatentował swoją koncepcję w Anglii, Holandii, Niemczech i Stanach Zjednoczonych.

Rozwiązanie Liernura mogło być zrealizowane dzięki maszynie parowej, która dawała napęd do wytworzenia niezbędnego podciśnienia w zbiorniku podciśnieniowym i systemie kolektorów. Ścieki z pojedynczych domostw spływały grawitacyjnie do komór zbiorczych, usytuowanych w ulicach.

Obsługa kanalizacji (zazwyczaj w nocy) ręcznie otwierała i zamykała zasuwy przy komorze zbiorczej, co powodowało cykliczne "odsysanie" z niej ścieków. Ręczna zasuwa pełniła funkcję dzisiejszego zaworu podciśnieniowego (opróżniającego). W kolejnej fazie ścieki systemem kolektorów trafiały do zbiornika próżniowego.

7. Schemat kanalizacji podciśnieniowej - wg XIX-wiecznego patentu

1868 W Londynie powstaje kanał wzdłuż Tamizy, który odprowadza ścieki komunalne na wschód, aby wpływały do rzeki już poza miastem. Ruch w kanale zasilany był systemem pomp. System ten opracował i zbudował inżynier Joseph Bazalgette, mając w pamięci epidemię cholery, a w jej wyniku śmierć 20 tys. mieszkańców. Bazalgette wybudował także wielkie zbiorniki, w których ścieki przechodziły procesy chemiczno-biologiczne, zmieniając swój wygląd, zapach i skład chemiczny.

1872 W USA po raz pierwszy zostaje zastosowana technologia oczyszczania ścieków w gruncie na nawadnianych i irygowanych polach, traktowanych jako dodatkowe stopnie oczyszczania ścieków z części pływających i zawiesin - miało to rozwinąć dotychczasowe metody, które w pierwszych obiektach inżynierskich służących mechanicznemu oczyszczaniu wykazywały niską efektywność. Podobny pomysł wykorzystano do oczyszczania ścieków we Wrocławiu, gdzie w XIX w. powstały tzw. pola irygacyjne Osobowice.

1891 Anglik William Dibdin wynajduje złoża kontaktowe (stosy ułożonych kamieni). Uznaje się to za symboliczny początek technologii biologicznego oczyszczania ścieków. Dwa lata później, również w Anglii, wprowadzono złoża zraszane.

8. Oczyszczalnia z osadem czynnym

1893 Anglicy Edward Ardern i William Lockett budują oczyszczalnię z osadem czynnym (8). W trakcie prowadzonych prac nad nową metodą zauważyli podczas długotrwałego napowietrzania ścieków powstanie osadu oraz przekształcenie w biomasę (zobacz także: Sięgnąć po energię żywiołów) części organicznej zawartej w ściekach.

Pierwszą prezentację wniosków swoich badań zorganizowali w 1914 r. w Manchesterze. Osad czynny jest żywą, kłaczkowatą zawiesiną bakterii heterotroficznych i pierwotniaków, zdolnych do utleniania związków organicznych, nitryfikacji, denitryfikacji lub wykazujących zdolność do nadmiernego kumulowania fosforu. Oczyszczanie ścieków z udziałem osadu czynnego polega na biosorpcji, a następnie na utlenianiu lub redukcji wybranych zanieczyszczeń przez mikroorganizmy.

1898 Angielski inżynier Thomas Wardle po raz pierwszy opisuje przebieg periodycznego sposobu działania oczyszczalni ścieków - w cyklicznej pracy reaktora wyróżnia fazy napełniania, napowietrzania, sedymentacji oraz opróżniania. Autor, ze względu na niewystarczająco jeszcze wówczas rozwiniętą technikę sterowania procesami, nie mógł jednak znaleźć szerszego zastosowania swojego wynalazku. Proces oczyszczania ścieków osadem czynnym z wykorzystaniem reaktorów sekwencyjnych popadł na wiele lat w zapomnienie, aż do roku 1952. Wtedy został odkryty na nowo, przez Sama Hoovera i Nandora Porgesa.

1936-1939 W czterystu domach w niemieckich miastach - m.in. w Lipsku, Dreźnie, Magdeburgu, Berlinie, Hamburgu, Kolonii i Heidelbergu - zainstalowano z powodzeniem systemy wodne i kanalizacyjne wykonane z rur z polichlorku winylu (PVC). Po wojnie wiele zniszczonych systemów kanalizacyjnych odtwarzano właśnie z wykorzystaniem tworzyw sztucznych jako budulca kanałów i mniejszych rur (9).

9. Rury z PVC

1956 Szwedzki inżynier Joel Liljendahl zgłasza patent toalet, z których ścieki odprowadzano przy pomocy podciśnienia. W 1959 r. wg jego projektu powstaje system kanalizacji podciśnieniowej na jednym z osiedli na północ od Sztokholmu. Od tego momentu rozpoczął się dynamiczny rozwój kanalizacji podciśnieniowej.

W 1968 r. szwedzka firma Elektrolux nabyła prawa do patentu Liljendahla. Z czasem go rozwinęła i poszerzyła ofertę. Kanalizacja podciśnieniowa znalazła zastosowanie na statkach, w samolotach i na polach namiotowych. Od roku 1970 rozszerzono zastosowanie systemu o gromadzenie i odprowadzanie ścieków komunalnych - rozpowszechniano go jako system Vacu-Flow.

Rodzaje kanalizacji

Japoński właz do studzienki kanalizacyjnej

I. Zgodnie z główną klasyfikacją rozróżniamy kanalizację:

  • rozdzielczą, w której funkcjonują dwie odrębne sieci - jedna odprowadza ścieki bytowo-gospodarcze wraz z przemysłowymi, druga zaś służy do odprowadzania wody deszczowej;
  • półrozdzielczą, w której również działają dwie sieci, współpracujące za pomocą urządzeń zwanych separatorami;
  • ogólnospławną, w której wszystkie ścieki są odprowadzane jedną siecią, wyposażoną w przelewy burzowe, oddzielające część ścieków deszczowych zmieszanych z pozostałymi - rozcieńczone ścieki trafiają do odbiornika z pominięciem oczyszczalni.

II. Kanalizację możemy podzielić w pokrewny sposób - na trzy rodzaje, w zależności od ścieków nią płynących:

  • kanalizacja sanitarna - służy do zbierania ścieków bytowo-gospodarczych. Podłączenie domowej instalacji do kanalizacji miejskiej wymaga sporządzenia projektu przyłącza oraz umowy z zakładem kanalizacji. Zabronione jest podłączanie do niej rur zbierających wody opadowe i gruntowe;
  • kanalizacja deszczowa - nazywana również burzową; jak sama nazwa wskazuje, zbiera wody opadowe. Wykonywana jest przede wszystkim na terenach o intensywnej zabudowie. Do rzadkości należy jej tworzenie na terenach podmiejskich i wiejskich oraz obszarach o zabudowie jednorodzinnej. Odprowadzać do niej wodę można jedynie po uprzednim porozumieniu z zarządcą kanalizacji, którym może być urząd gminy lub zakład komunalny;
  • kanalizacja ogólnospławna - zbiera zarówno ścieki bytowe, jak i deszczowe, do wspólnego kolektora. Podłączyć można się do niej na takich samych zasadach, jak do kanalizacji sanitarnej. Gdy chcemy do niej kierować wody opadowe, powinniśmy uwzględnić w projekcie sposób ich odprowadzania, w tym odpowiednie przekroje rur oraz osadniki, które będą zatrzymywać zanieczyszczenia niesione wraz z deszczówką.
Stacja pomp londyńskiej kanalizacji z czasów wiktoriańskich - obecnie muzeum

III. Gdy opisujemy kanalizację wg zasięgu, dzielimy ją na:

  • domową - obejmującą jeden budynek i najczęściej odprowadzającą ścieki do szamba;
  • lokalną - osiedlową, zakładową, wspólnotową;
  • miejską - obejmującą całe miasto;
  • grupową - dotyczącą zespołów miast lub wsi.

IV. Uwzględniając sposób przepływu ścieków, wyróżniamy kanalizację:

  • grawitacyjną,
  • ciśnieniową (pneumatyczną lub hydrauliczną),
  • podciśnieniowa (próżniową),
  • mieszaną.

Mirosław Usidus