Reovee kogumise süsteem — riskid ja ohud, mida peaksime teadma

Muutused elukeskkonna näitajates, nagu õhu ja vee kvaliteet, võivad kaasneda nii aastaaegade vaheldumise kui kliimamuutustega. Nii võib muutunud ilmaolude puhul mõjutada inimese elukeskkonda ka veesüsteemi ebapiisav toimimine. Näiteks on üheks põhjuseks suurtes piirides varieeruv sademevee kogus. Kanalisatsioonist pärit õhusaaste põhjuseid ja levikut tiheasustusega linnapiirkondades on uuritud vähe mitmel põhjusel, millest üks on puudulik veesüsteemide modelleerimine, kus lisaks veevoolule arvestatakse ka õhu dünaamikaga.

Vajame puhast, tervisele ohutut vett oma igapäevases elus peamiselt joogiks, aga ka pesemiseks ja muuks otstarbeks. Keskmiselt tarbib Tallinna inimene päevas ca 100 liitrit vett (viide 1) ja peaaegu samas koguses voolab seda pärast kasutamist meie eluruumide kraanikaussidest, vannidest, dušitrappidest ja teistest sanitaarseadmetest ära kanalisatsiooni. Reovee kogumise süsteem on linnade olmereovee käitlemise taristu üks olulisemaid komponente. Kanalisatsioon võimaldab juhtida elamutes, kaubandus-, büroo- ja tööstushoonetes ning teistes ehitistes reostunud veed tsentraliseeritult reoveepuhastisse. Pärast reovee töötlemist juhitakse puhastatud vesi suublasse. Aktuaalseks on muutumas ka reoveepuhastist väljunud heitvee taaskasutamine. Reovee puhastamisel tekkinud setted tahendatakse, tihendatakse ja komposteeritakse.

Reovee äravooluahel tundub olevat lihtne ja arusaadav ning igapäevaselt me oma pead sellega ei vaeva. Siiski tekitab olukord, kui kanalisatsioonis tekivad ummistused või kui tajume siseruumides või õuealal ebameeldivat lõhna, mida võib otsekoheselt ka haisuks nimetada, ebamugavust. Kui reoveepuhasti lähedal on haisuhäiring mõneti mõistetav, siis kodumajapidamises seda taluma ei pea.

Gaasid kanalisatsioonis

Arvatakse, et inimesele ebameeldivad lõhnad on minevik. Varasematel sajanditel oli õhk linnades sageli orgaaniliste heitmete biolagunemisest tekkinud haisust küllastunud, sest jäätmete teadlik käitlemine tollal praktiliselt puudus. Peamiselt linnades õhu kaudu levivad viiruslikud ja bakteriaalsed haigused ning meditsiini teaduslik areng tõid reovee käitlemises kaasa olulise muutuse. Nobeli füsioloogia- ja meditsiiniauhinnaga tunnustatud lõhnaalane uuring selgitas lõhna mõju inimese käitumisele alles 20. sajandi üheksakümnendatel aastatel (viide 2).

Üks hästi tuntud ärritaja inimese hingamisteedes on divesiniksulfiid (𝐻₂𝑆), mis on kõnekeeles tuntud kui väävelvesinik. Sel gaasil on ebameeldiv lõhn, mis sarnaneb n-ö mädamunahaisuga. Tavaliselt hajub väävelvesinik õhu liikumise toimel. Inimese jaoks on selle haisugaasi äratundmise lävendiks kontsentratsioon 0,0047 ppm (parts per million ehk miljondikosa – 1 ppm = 10^-6 = 0,0001%), mille juures ligikaudu pool (50%) inimeste valimist suudab lõhna äratuntavalt tuvastada (viide 3). Kontsentratsiooni 0,00847 ppm puhul tajub õhus lenduvat väävelvesinikku haisuna juba enamik inimesi (viide 3). 𝐻₂𝑆 võib tekitada peavalu, iiveldust, väsimust ja teisi mürgitusele sarnaseid sümptomeid. Väävelvesiniku lõhna tundmine ei tähenda alati inimese tervise püsivat kahjustamist. Kahjulik mõju inimese tervisele algab võrreldes äratundmise lävendiga peaaegu 500 korda kõrgemast kontsentratsioonist. Peale 𝐻₂𝑆-i on olemas mitmeid teisi haisugaase, nagu näiteks äratuntavalt ärritav ammoniaak (𝑁𝐻₃). Selle haisugaasi ebameeldiv lõhn võib samuti põhjustada ärevust ja pahameelt. Inimese tervisele on ohtlikud ka lämmastik (N) ja metaan (𝐶𝐻₄), mis on värvitu ja lõhnatu gaas.

Kuidas väävelvesinik reovees tekib?

Reovee kogumise süsteemid toimivad anaeroobsetes tingimustes. Lihtsamalt selgitades tähendab see, et veesüsteemis ei ole mikrobioloogilisteks protsessideks saadaval hapnikku (O₂). Niisuguses veekeskkonnas paljunevad hästi teatud tüüpi bakterid, keda nimetatakse ka sulfaate redutseerivateks bakteriteks. Need aga kasutavad elutegevuseks väävlit (𝑆), mis on ka inimorganismi tegevuse üks jääkidest.

Kuna sulfaate redutseerivad bakterid lagunevad reovees oleva orgaanilise materjali lagundamise käigus ka ise, põhjustavad need „kanalisatsioonibakterid“ kõrvalsaadusena vees lahustuva ebameeldiva lõhnaga gaasi teket.

Nagu eelnevalt selgitatud, leidub vees baktereid, kes lagundavad orgaanilist materjali, eelistades selleks kasutada hapnikku. Järgmisena võtavad nad kasutusele nitraatioonid (𝑁𝑂₃^‐), millele järgnevad raud(III)ioonid (𝐹𝑒³⁺) ja seejärel sulfaatioonid (𝑆𝑂₄^2‐).

„Kanalisatsioonibakteritel“ on võimalus kasutada oma arengus sulfaatioonide elektrone, sest neid on reovees piisavalt. Sellise mikrobioloogilise protsessi tulemusena muudetakse sulfaatioonid inimesele ebameeldiva lõhnaga gaasiks – nagu 𝐻₂𝑆. Sageli toimub niisuguste bakterite areng just kinnises kanalisatsioonis, kus vesi ei saa välisõhuga praktiliselt seguneda, ning kohtades, kus torustikus võib selle uputatud pindadele moodustuda mikroorganismide kolooniad ehk tekib nn biokile. Kanalisatsioonisüsteemis võib see olla ohtlik, sest biokile teke toruseinale võib põhjustada mikrobioloogilist korrosiooni. Siinjuures võib märkida, et torustiku materjali hävimist võib põhjustada ka elektrokeemiline korrosioon, mis ei ole otseselt veereostusega seotud.

„Kanalisatsioonibakterid“ arenevad hästi just torustiku sisepinnale moodustunud biokiles. Nad kogunevad torumaterjali pooridesse, pragudesse, õnarustesse ning ilmuvad välja, kui veekeskkond muutub elutegevusele sobivamaks. Biokile aluskihis võivad bakterid tekitada madala 𝑝𝐻 tõttu korrodeeriva keskkonna, mis sarnaneb happe sattumisega materjalile. Sulfiidioonid (𝑆^2‐) ja „käärimisel“ lisanduv süsihappegaas võivad torustiku materjaliga, nt betooniga, ka otse reageerida. Korrosioon võib olla nii keemiline kui ka bioloogiline protsess, mis võib veetorusid oluliselt kahjustada.

Skeem 1. Mikrobioloogilised veekeskkonnad kanalisatsioonis: aeroobne, anoksiline ja anaeroobne. Reoveekanalisatsioonis on kõige halvem olukord anaeroobne veekeskkond, milles bakterite hapnikudefitsiidi tulemusena tekib 𝐻₂𝑆 ja 𝐶𝑂_{2 .}

Haisuhäiring

Kodumajapidamises, peaasjalikult hoone siseruumides, kus kasutatakse vett, on haisu ruumidesse pääsemise üheks peamiseks põhjuseks kuiv haisulukk, millest vesi on kas aurustunud või mingil põhjusel väljunud. Sellise olukorra võib põhjustada vee harv sattumine haisulukku, põrandaküte või õhurõhu kõikumine.

Hooneväliselt puutume kanalisatsioonist lenduva ebameeldiva lõhnaga kokku peamiselt reoveekanalisatsiooni kaevude, reoveepumplate ja voolurahustuskaevude juures. Kahe viimati nimetatud hüdraulilise voolusüsteemi osa juures tajume haisu vast kõige sagedamini, kuna need rajatise osad võivad paikneda tiheasustusega piirkondades, näiteks jalutusteede vahetus läheduses ja reovee voolurežiimist tingitud ebameeldivad gaasid lenduvad läbi torustiku tuulutusavade.

Isevoolses kanalisatsioonis vaadeldakse voolamise protsessi reeglina kui vabapinnaga vedeliku voolamist, mille pinnale mõjub atmosfääri rõhk (viide 7). See lihtsustab küll kanalisatsioonisüsteemide hüdraulilist arvutust veele, kuid ei võta arvesse õhu liikumist voolusüsteemis, mis on seotud torustiku ventileerimise vajadusega. Kanalisatsiooniõhu uuringud on tavaliselt seotud gaasidega, et mõõtmistega tuvastada ebameeldiva lõhna olemasolu hoones või sellest väljaspool, näiteks linna õuealal (vt Skeem 1).

Gaasid on reoveekanalisatsioonis seotud orgaanilise aine lagundamisega bakterite poolt ja võivad seetõttu oluliselt halvendada nii välisõhu kui ka hoone siseõhu kvaliteeti, aga ka torustike funktsioneerimist. Täpsemalt: gaasid torustikus võivad põhjustada kanalisatsioonielementide korrosiooni ja ebameeldivat lõhna ehk haisuhäiringut väliskeskkonnas ja hoonete siseruumides. Kanalisatsioonisüsteemide projekteerimisel ja tehniliste lahenduste koostamisel tuleb muu hulgas arvestada majanduslike, sotsiaalsete ja keskkonnaaspektidega. Oluline on pöörata tähelepanu hüdrauliliste voolusüsteemide modelleerimisele, et vältida õhusaaste levikuga kaasnevat haisuhäiringut ja sellest johtuvat ebameeldiva elukeskkonna teket.

Kanalisatsioonisüsteemid võivad olla lihtsad, kuid linnades on need valdavalt üsnagi keerukad. Keerukus võib väljenduda kanalisatsioonivõrgu pikkuses ja pumplate või erinevate kogumismahutite ja tunnelite kasutamises, tarbijate profiilis (olmereovesi või tööstuslik reovesi) ja eelpuhastite kasutamises. Mida keerukam on süsteem, seda suurem on igasuguste häirete tekkimise oht ning haisuhäiringu risk. Suuremõõtmelised ja mahukad kanalisatsioonivõrgud on tavaliselt seotud reovee pika viibeajaga enne vee puhastisse jõudmist. Pika viibeaja tõttu võib veereostus torustikus toimuvate segunemisprotsesside kaudu õhku kanduda ja kanalisatsioonikaevudest välja liikuda. Vee viibeaega torustikus pikendavad ka pumplad, mille reservuaaridesse reovesi enne edasipumpamist kogutakse. Reovee pika viibeaja jooksul ja seoses torustikus toimuva settimisega kujunevadki seal anaeroobsed tingimused ja moodustuvad lenduvad orgaanilised ühendid (ingl volatile organic compound, VOC), mis soodustavad gaaside teket.

Oluline hüdrodünaamiline tegur kanalisatsioonitorude ventileerimisel on vee- ja õhupindade omavaheline hõõre ehk veevooluga kaasnev õhutõmme. Veevoolu tagajärjel liigub õhk kanalisatsioonisüsteemis alati veepinna liikumise suunas, kui seda just mehaaniliselt ei takistata (vt Skeem 2). Õhu voolukiirus on tavaliselt väiksem kui seda kaasatõmbava vee voolukiirus, kusjuures õhu keskmine liikumiskiirus on siis samuti oluliselt väiksem vee liikumise kiirusest (viited 5 ja 6). Seda ka põhjusel, et laminaarsel voolamisel on õhu viskoossus ligikaudu viisteist korda suurem kui vee oma (viide 7). Õhu ja vee koosvoolamise takistuse määramise teeb keerulisemaks turbulentsus, mille tõttu õhk ja vesi võivad ka omavahel seguneda.

Pikas torus võib vee voolukiirust reguleerida nii toru sisediameetri, piirdematerjali kui ka pikikalde valikutega. Kui õhu voolukiirus kanalisatsioonitorustiku erinevates lõikudes muutub, võib õhk siseneda ja väljuda tänavakaevudest (vt Skeem 3). Näiteks, kui õhuvool kanalisatsiooni allavoolu lõigus on suurem kui pealevoolu lõigus, siseneb õhk lähimast torustike ühenduskaevust (vt Skeem 3). Samal skeemil on näidatud ka vastupidine olukord, kui õhuvoolu kogus torustikus ja suund kaevus muutuvad. See võib juhtuda, kui toru lang väheneb, põhjustades paisutuse ja seega vee voolukiiruse vähenemise. Koos sellega väheneb ka veevooluga kaasahaaratava õhu voolukiirus ja seetõttu kandub torustikus edasi vähem õhku. Sellist õhu vooluhulga muutuse efekti võib põhjustada ka torustikus olev ummistus, millega kaasneb samuti voolukiiruse muutus. Torustikke ühendavates ja ka ventileerivates kaevudes ei ole vee ja õhu koosvoolamine sageli nii lihtsalt määratav ka põhjusel, et õhk ja vesi võivad kaevus seguneda (vt Skeem 4). Praktikast on hästi teada, et kanalisatsiooni kukkumiskaevude läheduses võib esineda ebameeldivat lõhna.

Skeem 2. Õhu kaasatõmme kanalisatsioonitorus (viide 6)

Skeem 3. Kanalisatsiooni ventilatsioon vee- ja õhuvoolu erinevuste korral (viide 6)

Skeem 4. Õhu väljavool kanalisatsiooni kukkumiskaevus (viide 6)

Erinevad ehitatud keskkonna faktorid võivad oluliselt mõjutada kanalisatsioonisüsteemi ventileerimist. Kanalisatsioonitorustikus on õhu tihedus välisõhuga võrreldes sageli väiksem (viide 5). Peamiselt on selle põhjuseks kaks tegurit: õhu niiskus ja selle temperatuur. Vastupidiselt tavaarusaamale on niiskem õhk kergem, kuna veeauru molekulmass on väiksem õhugaaside, nagu näiteks lämmastiku ja hapniku, molekulmassidest. Õhk kanalisatsioonis ongi tavaliselt niiskem kui välisõhk. Talvel võib õhutemperatuur kanalisatsioonis olla ka oluliselt kõrgem, mistõttu on see kergem kui ümbritsev õhk ning võibki nn korstnaefekti tõttu kanalisatsioonisüsteemist väljuda. Kanalisatsioonihais võib välja kanduda ka suvel, milleks loovad soodsa tingimuse kanalisatsiooni ehituslikud/projekti/hooldamise/kasutamise vead.

Põhjuste ennetamine ja tagajärgede leevendamine

Kanalisatsioon on hästi toimiv, kui see on õigesti dimensioonitud ja ehitatud, aga ka korrapäraselt hooldatud. Näiteks voolab aladimensioonitud torustikust läbi suurem reovee vooluhulk kui nõuetega ette nähtud, mistõttu võib torutäide olla sedavõrd suur, et õhu liikumine on oluliselt takistatud. Sellise kanalisatsiooni tööolukorra häiringu tagajärjeks võib olla ettenägematu gaaside väljumine kaevudest ja ebameeldiva lõhnaga haisuhäiring. Ka hästi korraldatud hoolduse juures võib kanalisatsioonivõrgu läbimõtlemata laiendamine tekitada haisuhäiringut. Täiendavate reovee vooluhulkade juhtimisega olemasolevasse süsteemi suurendatakse torustike veega täituvust, jättes vähem ruumi õhu liikumisele. Kuna väliskanalisatsioon on ühendatud hoone kanalisatsiooniga ja selle kaudu ka ventileeritud, siis tekib kanalisatsioonigaaside pääsemisel hoonesse potentsiaalne oht inimeste tervisele.

Praktikas on juhtumeid, kus asulate väikepuhastite asendamisel pumplatega ja reovee juhtimisel läbi rekonstrueerimata võrgu piirkondlikku suuremasse puhastisse on tekkinud eespool mainitud põhjustel haisuhäiringud. Ebatõhusa kanalisatsiooni häiringud võivad võimenduda, kui kanalisatsiooni juhitakse tööstusliku päritoluga reovett, mis on läbinud vähetõhusa eelpuhasti. Eelpuhastuses alanud protsess võib jätkuda kanalisatsioonitorustikus, kus veest eralduvad ebameeldivad gaasid. Sellises olukorras on torustiku toimimine oluliselt seotud kanalisatsiooni ventilatsiooni tõhususega — vajadusel tuleks ette näha õhupuhastus, nt paigutada filtrid.

Linnastumise ja kliimamuutustega on kasvamas koormus olemasolevate ühisvoolsete kanalisatsioonitrasside vastuvõtuvõimele. Suurenev kõvakattega alade määr ja muutused sademete intensiivsuses suurendavad äravooluhulkasid, mistõttu võib juhtuda, et kanalisatsioonisüsteem lakkab ekstreemsetes ilmaoludes normaalselt toimimast. See viib meid uute tehniliste lahenduste rakendamiseni (ingl Sustainable Drainage Systems), mis eeldavad õhureostuse riskiga arvestamist, et vältida haisuhäiringuid tiheasustusega piirkondades.

Eelkirjutatust lähtuvalt on selge, et kanalisatsiooni normaalse toimimise tagamiseks on vajalik tõhus haisu ja korrosiooni kontrollimise insenertehnilise metoodika juhendmaterjal.

Uurimistöö tutvustus

Tallinna Tehnikaülikooli teadusprojektis (viide 8) uuritakse esmakordselt vee ja õhu koosvoolamise dünaamikat kanalisatsioonis. See aitab tuvastada gaaside olemasolu ja nende tekkemehhanisme ning selgitada võimalusi gaaside lendumisega kaasnevate mõjude leevendamiseks tiheasustusega piirkondades. Teadusprojekt hõlmab kanalisatsioonivee ja -õhu eksperimentaalseid väliuuringuid ning vee ja õhu koosvoolamise numbrilist modelleerimist. Väliuuringud on planeeritud läbi viia nii suure- kui ka väikesemõõtmelistes kanalisatsioonisüsteemides, kus erinevused torude läbimõõdus, piirdematerjalis, pikikaldes, ventilatsiooniavades jms võimaldavad selgitada erinevaid olukordi ning koguda uusi andmeid ehitatud keskkonna torustike funktsioneerimise kohta töö- ja eriolukordades.

Uurimistöö on vajalik, et toetada veevarustuse ja kanalisatsiooni (VK) ning kütte- ja ventilatsiooni (KV) insenere projekteerimisprotsessides ning vee-, ventilatsiooni- ja kaugkütteettevõtteid vastavate meetmete planeerimisel. Tänapäeval on tekkinud vajadus arvutusliku vedeliku dünaamika simulatsioonide järele, mis võimaldavad visualiseerida kanalisatsioonitorustikus esineva õhu ja vee koosvoolamise dünaamikat voolamise hüdraulikas vähetuntud rõhu, tiheduse, temperatuuri, turbulentsi jms väljade kaudu (viide 7). Hüdraulilise voolusüsteemi uudse modelleerimise tulemused võimaldaksid tiheasustusega piirkondades selgitada saasteainete leviku ruumilise ja ajalise muutusega kaasnevaid lõhnamaastiku mõjusid.

Põhjalikud kanalisatsioonivee ja -õhu parameetrite seireandmed tagavad ehitatud keskkonna modelleerimise parema kirjeldamise ja gaaside leviku prognoosimise ning aitavad tuvastada saasteainete emissiooni atmosfääri.

Kasutatud materjalid

1) AS Tallinna Vesi. (2020). Majandusaasta aruanne. https://tallinnavesi.ee/wp-content/uploads/2021/03/AS-Tallinna-Vesi-2020-Majandusaasta-aruanne.pdf

2) Kändler, T. (2004, 9. detsember). Kuidas me tunneme piparkoogilõhna. Eesti Päevaleht. https://epl.delfi.ee/artikkel/50999108/kuidas-me-tunneme-piparkoogilohna

3) Hvitved-Jacobsen, T., Vollertsen, J. & Nielsen, A. H. (2013). Sewer Processes. Microbial and Chemical Process Engineering of Sewer Networks. Boca Raton: CRC Press https://www.routledge.com/Sewer-Processes-Microbial-and-Chemical-Process-Engineering-of-Sewer-Networks/Hvitved-Jacobsen-Vollertsen-Nielsen/p/book/9781439881774

4) Kemira’s Water Handbook. https://www.kemira.com/insights/water-handbook-2020/

5) Pescod, M. B. & A. C. Price. (1981). Fundamentals of Sewer Ventilation as Applied to the Tyneside Sewerage Scheme. Water Pollution Control 90(1), 17–33.

6) Lowe, S. A. (2016). Sewer Ventilation: Factors Affecting Airflow and Modeling Approaches. Journal of Water Management Modeling 24(395). DOI: 10.14796/JWMM.C39547

7) Laanearu, J. & Piirsalu, A. (2022). Numbrilised arvutusskeemid voolamise hüdraulikas. Tallinn: TTÜ. https://digi.lib.ttu.ee/hydraulika/

8) Laanearu, J. Ehitatud keskkonna stratifitseeritud vooluprotsesside insenertööriistad. Tallinna Tehnikaülikool.

https://www.etis.ee/Portal/Projects/Display/834e9884-dfc2-44b0-babb-4ea12ceac396