Využití optovláknového DTS k lokalizaci nelegálních kanalizačních přípojek

Abstrakt

Optovláknové DTS (Distribution Temperature System) jsou unikátní distribuované teplotní systémy využívající optického vlákna jako teplotního senzoru. Při své činnosti využívají nelineárního jevu v optickém vlákně (Ramanův nelineární jev, Brillouinův nelineární jev). Výhody takového senzorického systému spočívají v odolnosti vůči elektromagnetickému záření, mají malé rozměry, je možné jejich bezpečné použití v hořlavých a výbušných prostředích a lze je snadno instalovat. Optovláknové DTS lze tedy s výhodou použít i v takových prostředích a procesech, kde je v ohrožení lidské zdraví nebo nežádoucí častý přístup. Mezi takové prostředí patří kanalizační sítě a s nimi spojené prostory. Tento článek se zabývá možnostmi využití optovláknového DTS pro lokalizaci nelegálního vypouštění splaškové vody do dešťové kanalizace.

1 Úvod

V celosvětovém měřítku dochází k úbytku pitné vody, a proto roste potřeba ji co nejvíce chránit. S tím souvisí i snaha zabránit průnikům odpadních vod do vodních toků před jejich vyčištěním. Obce či města používající jednotnou kanalizační síť mají čistírny odpadních vod zatíženu veškerou odpadní vodou. Při nelegálním napojení tak nemusí být ohrožena pitná voda. Při používání oddílné kanalizační sítě dochází k rozdělení vod na splaškové a dešťové. Při nelegálním napojení splaškové vody do dešťové sítě dojde ke kontaminaci a přímému znečištění povrchových vod.

2 Odpadní vody

Podle zákona o vodách č. 254/2001 Sb., tzv. vodní zákon, se za odpadní vody považují vody použité v sídlištích, obcích, domech, závodech, ve zdravotnických zařízeních a jiných objektech či zařízeních, pokud mají tyto vody změněnou teplotu nebo složení a mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. Jiné vody považované za odpadní vody, jsou odtoky ze srážkové vody, pokud byly po spadnutí znečištěné a pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod. [1]

Obecně se dají rozdělit odpadní vody do tří kategorií, splaškové vody, srážkové vody, průmyslové odpadní vody. Každý z těchto druhů odpadní vody má specifické složení a proto je potřeba k tomuto přihlédnout a přistupovat ke každému druhu jednotlivě. Sváděním odpadní vody v jednotných kanalizačních systémech přináší problémy.

3 Nelegální přípojky v kanalizačních sítích

Obrázek 1: Napojení splaškové přípojky do dešťové kanalizace

K 1. 1. 2008 skončila platnost povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních. Dalším důležitým krokem je implementace směrnice v oblasti ochrany vod před znečištěním dusičnany. Zákon má za cíl omezovat znečištění a tím vzniká povinnost správců vodních stok sledovat a omezovat znečištění vodných toků. Vyhledávají nelegální připojení hlavně ty, které jsou připojené ke kanalizaci na srážkovou vodu, která nepoužívá čističku vody a je do ní vypouštěná odpadní voda (obrázek 1). Tím se škodlivé látky dostávají do vodních toků a to má dopad na životní prostředí. Druhý případ je opačný, dešťová voda vtéká do splaškové kanalizace a dochází ke zředění, tím vzrůstá objem čištěné vody. Čistička odpadní vody je dimenzovaná na konkrétní objem vody a počítá se s konkrétním množstvím „živin“ pro biologické procesy. Následkem masívního vzrůstu objemu vody při dešťových srážkách dojde k výpadku biologicko-chemického procesu čistění vod, navýšení spotřeby energie a k negativnímu ovlivnění výsledku čištění. Z tohoto hlediska jsou oba případy havarijní. [2]

4 Vyhledávání nelegálních přípojek

Pro vyhledávání nelegálních přípojek do kanalizačního řádu se v současnosti se požívají tyto metody:

Vizuální průzkum – procházení kanalizační sítě se zaměřením na vyústění do vodních toků. Vyhledávají se praskliny na potrubích a viditelné černé napojení. Nevýhodou jsou vyžadované znalosti v oborech jako např. hydrobiologie, botanika, hydrologie, hydrochemie a vodohospodářské stavby.

Kouřový test – technika, kterou se zavede do dešťové kanalizace nejedovatý kouř a vyhledávají se nelegální přípojky nebo trhliny a netěsnosti v potrubí kanalizace. Pracovníci by měli být rozmístění v místech podezřelých na nelegální přípojku nebo prasklinu na potrubí a sledovat únik kouře. Při testování kouřem se obyčejně testuje více podezřelých míst. [3]

Průzkum televizním inspekčním systémem CCTV – pro lokalizaci zdroje znečištění slouží mobilní videokamera, kterou je možné řídit vzdáleně. Prostřednictvím kamery se celý záznam nahrává na videokazetu, DVD nebo na externí paměť.

Barvící zkouška – spočívá ve vyhledání přípojky nebo prokázání o připojení objektu do stokové sítě. Používá se nejedovaté barvivo, které se vlije do záchodu nebo dřezu a následně se vyhledává v dešťové kanalizaci vstupní místo. Barvící zkouška patří jako doplněk při vizuální zkoušce. Test je poměrně rychlý, trvá cca 30 minut. [3]

Letecké infračervené nebo tepelné fotografie – mohou být použity k nalezení nelegálního vypouštění odpadních vod pomocí teploty. Získané vzdušné infračervené nebo tepelné snímky zaznamenají vzrůst teploty při vypouštění odpadní vody do srážkové kanalizace. Místo, kde vzrostla teplota se ještě ověří jinou metodou. Letecká infračervená nebo tepelná technologie je stále vyvíjena a není běžně používána. [3]

Metoda DTS – patří mezi nejnovější metody vyhledávání nelegálních přípojek. Jako první přišli s touto metodou na univerzitě v Holandsku, kde byla i otestována. Jedná se o snímání teploty podél optického kabelu nataženého ve srážkové kanalizaci pomocí zařízení DTS. Při zvýšení teploty v kanalizaci např. během vypouštění odpadních vod, DTS zařízení snímá teplotu a místo teplotní změny. Tímto způsobem se lokalizuje nelegální připojení. Tento článek je zaměřen právě na využití této metody při lokalizaci tzv. černých přípojek.

5 Laboratorní testování DTS

Cílem první části naší práce bylo zrealizovat měření, které by se přibližovalo reálnému měření.

Obrázek 2: Charakteristické snímání teploty zařízením DTS

Obrázek 3: Schéma měřené trasy v laboratorních podmínkách

Obrázek 4: Zachycené kontaminované místo zařízením DTS

K měření byl použit multimodový optický kabel s průměrem jádra vlákna 50 μm o délce 160 m a Sentinel DTS zařízení od SensorNet.

Na příkladu zapojení DTS v laboratorním prostředí (obrázek 2) je možné představit si měření pomocí tohoto systému.

Na obrázcích 3 a 4 je patrná změna teploty při styku vlákna s vodou. Princip založený na změně teploty při vtékání splaškové vody do dešťové kanalizace byl aplikován i v reálných podmínkách v pražské kanalizaci.

6 Měření pomocí DTS v realných podmínkách

Obrázek 5: Schéma zapojení měřené trasy

Měření bylo provedeno v Praze 15 na ulici Rezlerova. Jednalo se o přibližně 225 m dlouhý úsek od vstupní šachty srážkové kanalizace (obrázek 5).

Měření bylo provedeno za asistence firmy Veolia, která zajistila potřebné body k zajištění měřeného pracoviště. V měřeném úseku docházelo k vtoku splaškové vody do kanalizace se srážkovou vodou. Naším úkolem bylo změřit trasu pomocí zařízení DTS a identifikovat místo nelegálního vtoku odpadní vody do oddílné kanalizace. Pro měření v reálných podmínkách bylo využito dvou typů vláken pro srovnání naměřených hodnot.

7 Vyhodnocení měření v reálných podmínkách

Naměřené hodnoty v obou optických vláknech byly prakticky totožné a obě měření odhalila nelegální napojení ve vzdálenosti asi 140 m. Na obrázku 6 je znázorněn průběh celé měřené trasy od měřicího přístroje až na konec vlákna. Měření je doplněno i o teplotní podmínky, ve kterých bylo měření prováděno a ukazuje rozdíl teplot na volném prostředí a uvnitř kanalizačního řádu.

Obrázek 7 je grafickým detailem naměřených hodnot a ukazuje změnu teploty v bodě 1 a tím identifikuje místo nelegálního připojení do kanalizačního řádu.

Obrázek 6: Graf naměřených teplotních hodnot celé trasy reálného měření

Obrázek 7: Graf naměřených teplotních hodnot obou optických vláken v kanalizaci

8 Závěrečné zhodnocení

Měření byla úspěšně použita v laboratorním prostředí a především také v reálných podmínkách stavby. Byla lokalizována místa se změněnou teplotou v laboratorním měření tak v reálném měření. Distribuované snímání teploty má uplatnění při lokalizacích míst s nelegálním připojením odpadních vod. Dokáže kontinuálně snímat teplotní údaje v kanalizaci, do pár vteřin identifikovat místo s poruchou nebo nelegálním připojením a také snímat velmi dlouhé trasy. Optické kabely, které se používají pro snímání teplotních hodnot jsou dnes velmi kvalitní. Výrobci dokážou vyrobit optické kabely do extrémních prostředí s vysokou teplotou a odolných mechanickému namáhání, které dokážou velmi dobré snímání teplotní hodnoty.

Poděkování

Tento článek vznikl za podpory projektu č. CZ.1.07/2.3.00 /20.0013

Literatura

• [1] Martin Chlebek, Diplomová práce – Lokalizace kontaminace odpadních vod prostřednictvím optovláknového DTS systému, VŠB TU-Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra telekomunikační techniky, šk. rok 2013/2014
• [2] Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů
• [3] NEW ENGLAND INTERSTATE WATER POLLUTION CONTROL COMMISSION. ILLICIT DISCHARGE DETECTION AND ELIMINATION MANUAL: A Handbook for Municipalities [online]. 2003 [cit. 2013-04-26]. Dostupné z:
  http://neiwpcc.org/neiwpcc_docs/iddmanual.pdf