IDEJNI PROJEKT IN VGRADNJA NOVEGA MERILNIKA PRETOKA ODPADNE VODE NA IZTOKU IZ CČN DOMŽALE

Transcription

1 Primož RODIČ * AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA IDEJNI PROJEKT IN VGRADNJA NOVEGA MERILNIKA PRETOKA ODPADNE VODE NA IZTOKU IZ CČN DOMŽALE UVOD Centralna čistilna naprava Domžale (CČN Domžale) je z nazivno velikostjo PE druga največja čistilna naprava v državi (za Ljubljano in pred Mariborom). Na čistilni napravi se izvaja čiščenje odpadne vode iz občin Kamnik, Domžale, Trzin in Mengeš. Po končanem procesu čiščenja se voda odvaja v Kamniško Bistrico. V okviru monitoringa, ki ga določa Pravilnik o prvih meritvah in obratovalnem monitoringu odpadnih vod ter o pogojih za njegovo izvajanje (Ur.l. RS, 35/96, 29/00, 106/01), se pred iztokom izvaja med drugim tudi stalna pretoka. Staro merilno vrste Khafagi-Venturi je bilo v letu 2006 zaradi dotrajanosti, deformacije in vprašljive verodostojnosti zamenjano s klasičnim m vrste Venturi. V tem prispevku so predstavljeni kriteriji, ki so narekovali izbiro novega merilnika, idejni načrt, vgradnja in končna določitev pretočne enačbe in merilne negotovosti. Celotno ureditev merilnega mesta od idejnega načrta do vgradnje (razen izvedbe korita) je izvedel Inštitut za hidravlične raziskave iz Ljubljane. STARI MERILNIK PRETOKA KHAFAGI-VENTURI Merilno mesto za merjenje pretoka se nahaja na koncu ravnega pravokotnega kanala širine 1.16 m, višine 1.0 m, dolžine 13 m in naklona 0.25%, tik pred vertikalnim jaškom. Staro merilno vrste Khafagi-Venturi je imelo nominalni premer zožitve 52 cm. Školjka korita je bila izdelana iz umetne mase, vgrajena v kanal in zalita z betonom (slika 1). Slika 1: Staro merilno korita vrste Khafagi-Venturi (pogled gorvodno). Lokacija opisanega merilnega mesta je ugodna, saj raven in ustrezno dolg dovodni kanal enakomernega preseka zagotavlja enakomeren hitrostni profil pred m, jašek za m pa zagotavlja modularnost vodnega toka, kar pomeni, da nikoli ne more biti potopljeno z dolvodne strani oz. je vedno zagotovljen kritični tok v zožitvi. Prehod iz mirnega v deroči tok preko kritičnega toka je namreč pogoj, da se pretok lahko (posredno) meri samo z merjenjem enega parametra, t.j. globine vode pred m. Zaradi tega spadajo korita s kritično globino in ravnim dnom (Venturi, Khafagi-Venturi, Palmer-Bowlus,...) za primerna prav za merjenje pretoka odpadne vode, saj po eni strani princip merjenja temelji na hidravličnem fenomenu, točnost merjenja je razmeroma velika * Primož RODIČ dipl. ing. gradb., Inštitut za hidravlične raziskave, Hajdrihova 28, Ljubljana

2 AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA (naj 5%, gl. ISO 8363), korita omogočajo nemoten prehod usedlin, ustrezno vgrajena korita iz trdnega materiala pa so varna pred deformacijami in poškodbami. Korito vrste Khafagi-Venturi je izpeljanka klasičnega korita Venturi pravokotnega prereza. Zasnoval ga je Anwar Khafagi l Korito spada med t.i. kratka korita oz. korita s kratko zožitvijo. Za različne obsege pretokov se uporabljajo korita različnih velikosti, ki so si med seboj geometrijsko podobna. Razmerje med širino zožitve in širino dovodnega kanala je pri vseh koritih konstantno, t.j. b e /B 0 = 0.4. Na sliki 2 je prikazan primer korita Khafagi-Venturi za kanal širine B 0 = 30 cm in zožitev širine b e = 12 cm. Slika 2: Primer korita vrste Khafagi-Venturi (B 0 = 30cm) Pomembna razlika med klasičnim m Venturi in m Khafagi-Venturi je v tem, da je pri prvem zožitev konstantnega prereza in se kritični tok vedno pojavi v zožitvi, pri drugem pa se širina korita vzdolž korita spreminja in je najmajša le v enem prerezu, tako da pri določenem pretoku ni možno vnaprej vedeti širine prereza, v katerem se pojavi kritični tok. Za klasična korita Venturi je tako možno teoretično določiti pretočno enačbo (za praktično uporabo je vpeljana uporaba koeficientov). Pretočna enačba za korita Khafagi-Venturi pa je določena eksperimentalno, in sicer: Q = e 3 / 2 5 / b h h kjer je: Q...pretok [l/s] b e...širina korita v najožjem delu [cm] h...globina vode v dovodnem kanalu [cm]. V primeru starega korita Khafagi-Venturi na CČN Domžale je bilo v zadnjem času opaženo odstopanje plastične obloge, zaradi česar ga je upravljalec utrdil z dvema razporama. V tem času je bilo večkrat premerjeno. Zadnja je pokazala, da je najša širina korita pri vrhu korita b e enaka 52 cm, medtem ko je širina zožitve pri dnu korita enaka 49.5 cm. Ugotovljeno je bilo tudi, da kljub temu, da kontura korita ustreza konturi korita tipa Khafagi-Venturi, razmerje širine zožitve b e in širine dovodnega kanala B 0 ni enako 0.4, temveč zaradi ožjega dovodnega kanala Širina dovodnega kanala bi namreč morala biti 130 cm, kar sicer ustreza tipskim m, ki so na voljo na tržišču. Opisane nepravilnosti so najbrž posledica nepravilne vgradnje (pritisk zalitega betona za steno korita je verjetno pretrgal stik stene korita z dnom korita in v spodnjem delu deformiral ) ter neupoštevanja oz. neznanja delovanja tovrstnega merilnika pretoka. Pri vgradnji je bilo na gorvodnem delu verjetno odrezano in prilagojeno širini dovodnega kanala. Zaradi opisanih sprememb in nepravilnosti je bil dejanski pretok za 3% (pri ših pretokih) do 5% (pri večjih pretokih) ši od pretoka, določenega po osnovni enačbi za. Začasno je bila pretočna enačba in merilna negotovost meritve sicer temu prilagojena. Trajnejša rešitev bi lahko bila sanacija obstoječega korita (utrditev sten korita), pri čemer pa bi bila edina spejemljiva metoda za določitev nove pretočne enačbe eksperimentalna metoda z vzporednim merjenjem pretoka. Ta možnost je bila v konkretnem primeru praktično neizvedljiva med drugim tudi zato, ker bi bilo na čistilni napravi težko če že ne nemogoče zagotoviti stalni pretok, kar je pogoj za tovrstno.

3 IDEJNI PROJEKT NOVEGA MERILNIKA PRETOKA AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA Upravljalec čistilne naprave se je odločil, da se merilno mesto trajno sanira, pri čemer ni izključeval ene izmed alternativnih možnosti izvajanja (ultrazvočni merilnik pretoka). Pri izbiri ustrezne rešitve je bilo potrebno upoštevati naslednje naročnikove zahteve: minimalni in maksimalni pretok je 80 l/s oz. 450 l/s, maksimalna zajezba gorvodno je 60 cm, dovodni kanal in iztok v vertikalni jašek naj po možnosti ostaneta nespremenjena, zaželjen je minimalni gradbeni poseg ter hitra (t.j. največ v 8 urah) ureditev novega merilnika pretoka V tabeli 1 so predstavljene različne variante ureditev novega merilnika pretoka ter ocena sti izbrane kriterije, pri čemer so v oceni upoštevani tudi robni pogoji za konkretno merilno mesto: varianta ultrazvočni merilnik pretoka standardno Khafagi- Venturi (B 0 =130cm) Khafagi- Venturi po meri pravokotno Venturi po meri trapezno Venturi po meri preliv (trikotni, trapezni, pravokotni) st za izvajanje stalnih pretoka odpadne vode (potrebno občasno čiščenje usedlin) (potrebno redno čiščenje usedlin) st željeni obseg (Q max = 401 l/s) merilna negotovost <10% (ISO TS/15769) <2% (Endress- Hauser) <5% <5% <5% <1% st glede občutljivosti na poškodbe st zahtevnost izdelave merilnika po meri - (možna poškodba noža) - (natančna izvedba krivin) st enostavnost vgradnje (prilagodite v dovodnega kanala) st hitrost vgradnje (ureditev dovodnega kanala) st glede sprotne kontrole (ni možno kontrolirati hitrosti vodnega toka) Tabela 1: Kriteriji in ovrednotenje sti različnih variant novega merilnika pretoka na iztoku iz CČN Domžale. Glede na ocene v zgornji tabeli in v dogovoru z naročnikom je bila kot najprimernejša možnost izbrana varianta novega pravokotnega korita vrste Venturi, prilagojenega obstoječim robnim pogojom. Te vrste merilnik je že sam po sebi primeren za merjenje odpadnih voda, hkrati pa je razmeroma enostaven za izdelavo in vgradnjo. Zaradi dolvodnih robnih pogojev oz. iztekanja v vertikalni jašek dolga razširitev korita ni bila potrebna, tako da dolžina novega korita ne presega dolžine starega korita.

4 AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA Idejni projekt novega merilnika pretoka je bil izdelan na podlagi standarda ISO 4359, Liquid flow measurement in open channels rectangular, trapezoidal and U-shaped flumes. Na sliki 3 so prikazani oblika in pogoji, ki jih je potrebno upoštevati pri dimenzioniranju merilnika). Slika 3: Pravokotno merilno vrste Venturi (ISO 4359). Tloris novega merilnika je obstoječe stanje prikazan na sliki 4. Osnovne dimenzije novega merilnika so naslednje: širina zožitve b = 55 cm dolžina zožitve L = 140 cm radij zaokrožitve stene od dovodnega kanala do zožitve R = 140cm dolžine prehodnega dela od dovodnega kanala do zožitve 87.2cm dolžina dolvodne razširitve 112.9cm višina korita 70 cm (ali več) dolžina merilnika do konca zožitve cm oz. do konca z razširitve 340cm ravno dno na celotni dolžini merilnika Slika 4: Tloris novega merilnika pretoka Venturi in primerjava s starim merilnikom Khafagi-Venturi Standard ISO 4359 zahteva, da mora biti merilnik trden, vodotesen ter odporen na erozijo. Površina materiala, iz katerega je izdelan merilnik, mora biti čim bolj gladka. Vgradnja merilnika mora biti skrbno izvedena, pri čemer mora biti os merilnika poravnana z osjo dovodnega kanala, dno merilnika horizontalno in poravnano z dnom dovodnega kanala. Merilno mesto za globino vode v kanalu se izvede 3-4 h max, t.j m od začetka korita gorvodno. Globina vode se meri nivo dna korita. VGRADNJA NOVEGA MERILNIKA PRETOKA Novo merilno (začetni prehodni del in zožitev) je bilo iz nerjavečega železa izdelano v enem kosu (prehodni del v zožitev in sama zožitev) v kovinarski delavnici. Vgradnja je potekala oktobra

5 AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA 2006 med rednim letnim remontom, ko je bila odpadna voda preusmerjena mimo čistilne naprave. Korito je bilo vgrajeno in pripravljeno za nadaljevanje v 8 urah, kolikor je trajala prekinitev obratovanja čistilne naprave. Pred vgradnjo je bila odstranjena obloga starega merilnega korita tipa Khafagi-Venturi. Pri tem je bilo ugotovljeno, da tudi dno korita ni bilo poravnano z nivojem dna dovodnega kanala, temveč približno 1cm nižje. Za vgradnjo novega korita je bilo potrebno delno odstraniti obstoječo betonsko oblogo in pripraviti prostor za. Zaradi teže je bilo vloženo v kanal s pomočjo dvigala in na koncu zalito z betonom (slika 5). Slika 5: Vgrajen novi merilnik pretoka na iztoku iz CČN Domžale (pogled gorvodno). Merilna sonda za merjenje globine vode je bila prestavljena na razdaljo 1.8 m od začetka korita, kot zahteva standard ISO PRETOČNA ENAČBA IN MERILNA NEGOTOVOST MERITVE Za določitev pretočne krivulje in merilne negotovosti meritve po standardu ISO 4359 je bila takoj po vgradnji izvedena izmera najpomembnejših geometrijskih karakteristik merilnika. Meritev nivoja dna korita v zožitvi je v vseh merjenih točkah pokazala isto višino. Glede na to višino je bila določena višinska razlika nivoja ultrazvočne merilne sonde in nivoja dna korita. Izmera dejanske širine zožitve v koritu je pokazala ša odstopanja od predvidene širine zožitve 55.0 cm. Tako je bila na višini 5 cm od dna korita izmerjene širina korita cm, na višini 25 cm od dna korita cm, na višini 45 cm od dna korita pa cm. Vsa ta odstopanja so bila nato upoštevana pri določitvi pretočne krivulje, ki ima naslednjo obliko: 2 Q = g C v C D b h e 3 / 2 kjer je: Q...pretok [m 3 /s] C v...koeficient vpliva hitrosti v dovodnem kanalu C D...pretočni koeficient b e...širina korita v zožitvi [m] h...globina vode v dovodnem kanalu [m].

6 AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA Na podlagi analize prispevkov k skupni merilni negotovosti je bila določena tudi merilna negotovost merilnika pri 95% meji zaupanja. Pretočna krivulja in merilna negotovost meritve pri 95% meji zaupanja sta predstavljeni v grafikonu na sliki 6. Pretočna krivulja in merilna negotovost pri 95% meji zaupanja merilnika pretoka na iztoku iz CČN Domžale h [cm] XQ [%] Q [l/s] pretočna krivulja merilna negotovost Slika 6: Pretočna krivulja in merilna negotovost novega merilnika pretoka na iztoku iz CČN Domžale. ZAKLJUČEK Pretok odpadne vode, ki ga v okviru monitoringa odpadnih vod izvajajo zavezanci, je le eden izmed množice parametrov, ki jih navaja Pravilnik o prvih meritvah in obratovalnem monitoringu odpadnih vod ter o pogojih za njegovo izvajanje. Gre za splošni postopek, ki ga»pokriva«standard DIN Pretok ima na končni rezultat monitorniga odpadne vode pomembno vlogo, saj množi količine bioloških, anorganskih in anorganskih parametrov. Izbira načina merjenja pretoka in dimenzioniranje merilne naprave, ki v danih možnostih zagotavlja največjo točnost, je ključnega pomena in mora biti izvedena na podlagi poznavanja hidravličnega fenomena in principa merjenja. Tudi sama vgradnja mora biti skrbno izvedena, tako da so zanesljivo izpolnjeni vsi potrebni robni pogoji. Zadnje dejanje vsake ureditve merilnega mesta pa mora poleg določitve pretočne krivulje vključevati tudi analizo in določitev merilne negotovosti meritve