Dr inż. Andrzej Kolonko

Politechnika Wrocławska

 

STAN SIECI WODOCIĄGOWYCH W POLSCE

• Wg danych GUS w roku 2007 długość sieci wodociągowej rozdzielczej wynosiła około 257 tys. km i zwiększyła się w stosunku do roku poprzedniego o około 2,3 % (około 6 tys. km). W układzie przestrzennym nadal największe zagęszczenie sieci występuje na terenach województwa śląskiego, kujawsko-pomorskiego, łódzkiego i małopolskiego.
• W skali kraju większa część sieci wodociągowych jest usytuowana na terenach wiejskich. Ich udział stanowi około 78 % ogółu sieci w Polsce. Na tych terenach przybyło około 5 tys. km nowej sieci.
• Sposób gospodarowania wodą obrazuje wskaźnik zużycia wody w przeliczeniu na jednego mieszkańca. Wskaźnik ten wahał się w miastach od 42,4 m³ w województwie mazowieckim do 30,3 m³ w podlaskim, natomiast na terenach wiejskich od 34,3 m³ w województwie wielkopolskim do 14,4 m³ w województwie małopolskim.

STAN SIECI WODOCIĄGOWYCH A JAKOŚĆ WODY

Sieci wodociągowe w Polsce są więc praktycznie już zbudowane zarówno w miastach jak i na obszarach wiejskich. Obecnie głównym problemem przy zaopatrzeniu ludności w wodę pitną jest zapewnienie jej odpowiedniej jakości. Większość zakładów uzdatniania wody dostarcza wodę o prawidłowych parametrach. Jednak dobra jakościowo woda trafia do sieci wodociągowych i tam zaczynają się pojawiać problemy. Skorodowane i pokryte twardymi osadami stare rury stają się przyczyną pogarszania jakości wody ulegającej wtórnemu zanieczyszczeniu. Ponadto eksploatacja takich sieci prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacyjnych. Duża część przewodów wodociągowych musi więc zostać wymieniona lub poddana rehabilitacji technicznej.

Spadające zużycie wody pitnej sprawia, że maleją prędkości przepływu a przez to wydłużają się czasy jej przetrzymania. Powoduje to wtórne zanieczyszczenie, szczególnie w przypadku sieci wodociągowych zbudowanych z rur stalowych i żeliwnych, nie posiadających ochronnej powłoki wewnętrznej zabezpieczającej w postaci powłoki z zaprawy cementowej lub z tworzywa sztucznego. Są one w znacznym stopniu skorodowane. Z ekonomicznego punktu widzenia eksploatacja takich przewodów jest nieopłacalna.

Wnętrze przewodu wodociągowego przed czyszczeniem

 

 

 

STRUKTURA MATERIAŁOWA PRZEWODÓW WODOCIĄGOWYCH

Zgodnie z danymi uzyskanymi podczas badań przez prof. Kwietniewskiego widoczny jest wyraźny wzrost udziału rur z PEHD oraz z żeliwa sferoidalnego przy spadku udziału żeliwa szarego i azbestocementu. Tendencja taka utrzymuje się już od roku 1995, przy czym znacznie wzrastał udział przewodów wodociągowych z PVC, co jest efektem szerokiego stosowania tego materiału do budowy przyłączy wodociągowych. Jednak przewodów wodociągowych zbudowanych z niezabezpieczonych przed korozją rur stalowych i żeliwnych jest wciąż większość.

 

RENOWACJA PRZEWODÓW WODOCIĄGOWYCH

1. Wymiana tradycyjna wykopowa 288,589 km (59,1%)
2. Renowacja 138,26km (28,2%) w tym:
   1. Natryskiwanie zaprawy cementowej 122,490 km (25,0%); w latach 1991-2005 - 500 km
   2. Wykładanie rurą ciasno pasowaną np. U-liner, Compact pipe - 7,370 km (1,5%).
   3. Relining długimi rurami - 8,400 km (1,7%)
3. Wymiana bezwykopowa (berstlining, spliting) - 61,290km (12,7%)

RAZEM 488,139 km (100%)

 

ANALIZA WYNIKÓW

Zestawione wyniki pokazują wyraźnie, iż tradycyjna wymiana wykopowa i renowacja poprzez pokrywanie zaprawą cementową powierzchni wewnętrznej rur to dwie wiodące technologie odnowy przewodów wodociągowych. Tradycyjnie wymieniono blisko 60%, a cementowaniu poddano 25% całkowitej długości odnawianych przewodów wodociągowych.

W ramach renowacji stosowano również relining długimi rurami i wykładziną ciasno pasowaną, ale w niewielkim zakresie. Ich udział jednak rośnie.

 

Klasyfikacja metod renowacji wg PN-EN 13689

 

Metoda tradycyjna w wykopie czy bezwykopowa

• Uwarunkowania ekonomiczne
• Uwarunkowania społeczne
• Uwarunkowania eksploatacyjne
• Uwarunkowania ekologiczne
• Uwarunkowania techniczne
• Uwarunkowania prawne

 

Bezwykopowe metody rehabilitacji technicznej przewodów wodociągowych

• Cementacja
• Relining rurą ciągłą z PE
• Relining krótki
• Relining metodami z grupy close-fit
• Wklejanie rękawa uszczelniającego
• Wymiana bezwykopowa

 

Kryteria stosowania metody cementacji

• Konieczność zachowania przekroju w celu przywrócenia pierwotnej przepustowości
• Przepisy p/poż. (przewody o małych średnicach)
• Wystarczające parametry wytrzymałościowe przewodu
• Brak znacznych oddziaływań dynamicznych np. w przypadku odcinków rurociągów ułożonych pod liniami kolejowymi
• Woda nie zawierająca wysokich stężeń siarczanów

 

Właściwości ochronne warstwy zabezpieczającej z zaprawy cementowej

• Ochrona bierna przed korozją polega na stworzeniu szczelnej zapory oddzielającej materiał konstrukcyjny ścianki rury od transportowanego medium
• Ochrona czynna przed korozją polega na stworzeniu w strefie kontaktowej pomiędzy wykładziną a metaliczną powierzchnią wewnętrzną rury środowiska silnie alkalicznego pH>12, w którym nie dochodzi do korozji nawet w obecności tlenu. Przy wysokiej jakości wykładzin cementowych jaką się obecnie uzyskuje, wystarczająco skuteczna jest ochrona bierna.

 

Zdolność warstwy ochronnej z zaprawy cementowej do samoregeneracji

Mechanizm samozasklepiania się rys polega z jednej strony na pęcznieniu zaprawy cementowej, z drugiej strony zaś na wypełnianiu ich solami wapnia krystalizującymi podczas kontaktu zaprawy cementowej z wodą na krawędziach istniejących rys.

Przebieg procesu samoregeneracji

 

 

Ocena trwałości rur poddanych cementacji

Szczelność i trwałość wykładziny z zaprawy cementowej chroniącej rurę (szacowana na 50 -100 lat) wynika z jej następujących właściwości:

• odpowiednia grubość,
• szczelność strukturalna dzięki odpowiedniemu składowi zaprawy i niskiej wartości wskaźnika w/c,
• odporność na uszkodzenia mechaniczne dzięki wysokiej wytrzymałości zaprawy,
• zasadowy odczyn zaprawy cementowej,
• zdolność do samoregeneracji - zasklepianie się rys.

Schemat cementacji odcinka przewodu wodociągowego o przekroju przełazowym

 

Przebieg cementacji przewodów przełazowych

 

Przebieg cementacji przewodów przełazowych

 

Etapy cementacji

• Inwentaryzacja + budowa tymczasowej instalacji zapewniającej dostawę wody
• Podział na odcinki robocze
• Czyszczenie
• Ocena stanu technicznego
• Cementacja
• Pielęgnacja warstwy zaprawy cementowej
• Odbiór techniczny
• Włączenie do sieci

Zestaw do czyszczenia mechanicznego                      Zestaw do czyszczenia wysokociśnieniowego

 

Pokaz czyszczenia wysokociśnieniowego	Przebieg cementacji	Wygładzanie powierzchni – czy celowe?

                  

Analiza kosztów

Porównanie kosztów renowacji przewodów wodociągowych metodą cementacji oraz z zastosowaniem wklejanego rękawa dla różnych średnic (Doświadczenia ZWiK Łódź):

Porównanie kosztów renowacji przewodów wodociągowych metodą cementacji oraz wymiany przewodu na nowy w wykopie otwartym dla różnych średnic (Doświadczenia ZWiK Łódź):

Metody „close fit” są uzasadnione ekonomicznie dla mniejszych średnic, choć przy średnicy DN 300 pipespliting i wprowadzenie nowego rurociągu jest tańszym rozwiązaniem o około 25% (Doświadczenia ZWiK Łódź).

 

Zalety przewodów wodociągowych z rur żeliwnych lub stalowych poddanych cementacji

• odporność na korozję,
• odporność na inkrustację,
• zwiększona szczelność,
• poprawa jakości wody (zapobieganie wtórnemu zanieczyszczeniu),
• zmniejszenie oporów przepływu, co pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia energii elektrycznej,
• zwiększona przepustowości,
• duża odporność na ścieranie,
• duża odporność termiczna (do 100 st.C),
• zbliżona rozszerzalność termiczna powłoki cementowej oraz rury żeliwnej lub stalowej,
• możliwość poddania przewodu w przyszłości renowacji innymi metodami.

 

Dotychczasowe doświadczenia w zakresie stosowania cementacji

• Pierwsze realizacje w Polsce – 1991 (18 lat)
• Pierwsze realizacje w Europie – 1958 (51 lat)
• Pierwsze realizacje na świecie USA – 1933
• Dotychczasowe doświadczenia są pozytywne, a cementację można określić jako pierwszą bezwykopową metodę rehabilitacji rurociągów podziemnych.

 

Polskie realizacje

Do roku 2005 w całej Polsce przeprowadzono cementację około 500 km przewodów wodociągowych o różnych średnicach. Liderem są niewątpliwie Wodociągi Łódzkie, gdzie do bieżącego roku przeprowadzono cementację ponad 200 km przewodów wodociągowych (w tym około 150 km magistral systematycznie cementowała ich własna ekipa własnym sprzętem).

 

Perspektywy cementacji w Polsce

Cementacja przewodów wodociągowych była już prowadzona w Łodzi, Warszawie, Katowicach, Krakowie, Wrocławiu, Gdańsku, Kielcach, Tarnowie, Opolu Nowym Sączu, Nowym Targu, Głogowie, Brzegu Dolnym i Elblągu. Dołączają takie miejscowości jak Gdynia czy Toruń.

 

Cementacja w okresie 2005-2008

• Remkan ponad 35 km
• Preuss 10 km
• Nurt 45 km
• ZWiK Łódź ok. 40 km

 

Skala zagadnienia na świecie

W najbliższym czasie trzeba będzie bardzo intensywnie nadrabiać zaległości w tej dziedzinie. Przeprowadzone przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (U.S. EPA) szczegółowe analizy przewidują, że w ciągu najbliższych dwudziestu lat na potrzeby rehabilitacji systemów dostarczania wody i odprowadzania ścieków trzeba będzie przeznaczyć 138 miliardów dolarów, z tego 56% na renowację przewodów wodociągowych. Dotychczas nakłady finansowe były kierowane głównie na rehabilitację przewodów kanalizacyjnych.

 

Optymalny wskaźnik modernizacji przewodów wodociągowych

Z doświadczeń niemieckich wynika, że optymalny wskaźnik modernizacji to około 2% długości sieci rocznie. W Polsce, gdzie długość sieci wodociągowych wynosi około 260 tys. km należałoby poddawać renowacji 2600 km. Przyjmując, że zajmujemy się tylko przewodami magistralnymi z rur stalowych i żeliwnych wartość ta wynosiłaby kilkaset km rocznie.

 

Wnioski

W Polsce należy zdecydowanie zwiększyć skalę i tempo renowacji przewodów wodociągowych z uwagi na ich postępującą degradację. Ze względu na konkurencyjność cenową oraz pozytywne doświadczenia cementacja będzie nadal w Polsce stosowana. Dzięki konkurencyjnej cenie cementacja pozwoli przy ograniczonych środkach zwiększyć zakres i tempo działań renowacyjnych.