Studnie głębinowe

Decydując się na studnię głębinową, należy pamiętać o tym, że dobrze wykonana będzie nam służyć latami. Natomiast złe wykonanie przysporzy nam sporo problemów na etapie eksploatacji. Posiadanie własnego ujęcia wody jest inwestycją na długi czas, które zyskuje na wartości - koszt uzyskania 1m3 wody ze studni kosztuje w przybliżeniu 10 groszy. To cena energii elektrycznej, którą zużywa pompa głębinowa. Natomiast woda z wodociągu kosztuje w zależności od dostawcy średnio 4,07 zł brutto, jest więc ponad 40-krotnie droższa, a jej cena wzrasta średnio o 4% w ciągu roku.

Miejsce wiercenia studni reguluje Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. Szczególnie jest to dział II, rozdział 6, paragraf 31.1, zgodnie z którym studnia głębinowa powinna być wykonana w odległości co najmniej:

• 7,5 m od od osi rowu przydrożnego,
• 5 m od granicy działki oraz studni wspólnej na granicy dwóch działek,
• 15 m od budynków inwentarskich i związanych z nimi silosów, szczelnych zbiorników na gnojowice, kompostowników itp., jak również od szczelnego bezodpływowego zbiornika ścieków (potocznie określanego jako szambo),
• 30 m od drenażu rozsączającego ścieki do gruntu, jeżeli są one uprzednio oczyszczane biologicznie,
• 70 m od nieutwardzonych wybiegów dla zwierząt hodowlanych oraz od drenażu rozsączającego ścieki nieoczyszczone biologicznie.

Dopuszcza się sytuowanie studni w odległości mniejszej niż 5 m od granicy działki, a także studni wspólnej na granicy dwóch działek, pod warunkiem zachowania na obydwu działkach odległości, o których mowa w ust. 1 pkt 2 - 5.

Ponadto jeśli studnia znajduje się w zasięgu leja depresyjnego ujęć miejskich lub wiejskich, użytkownik ujęcia może nie wyrazić zgody na wykonanie odwiertu.

Podstawowy parametr potrzebny do zaprojektowania studni to maksymalna wydajność w m3/h. Ważna jest także lokalizacja, na podstawie której geolog sprawdza, w jakich utworach geologicznych i na jakich głębokościach występują pokłady wodonośne. Jeśli nie wiemy, ile wody potrzebujemy, możemy skorzystać z Rozporządzenia Ministra Infrastruktury o normach zużycia wody w Polsce z dnia 14 stycznia 2002 r. Określa ono przeciętne normy zużycia wody. Można także przyjąć 5m3/h dla 750 mb linii kroplującej, 15 do 54 m3/h dla każdej deszczowni lub oszacować na podstawie rachunków z wodociągów.

W świetle przepisów prawa studnie głębinowe o głębokości do 30 m i wydajności do 5 m3/dobę nie wymagają żadnych pozwoleń ani uzgodnień. Ujęcia wody o wydajności większej niż 5 m3/dobę lub głębokości ponad 30 m wymagają opracowania i zatwierdzenia projektu robót geologicznych. Ponadto przy wydajności powyżej 10 m3/h niektóre organy zatwierdzające żądają jeszcze decyzji środowiskowej. Jeśli projektowana studnia ma być głębsza niż 100 m lub będzie znajdować się na obszarze górniczym, trzeba opracować Plan Ruchu Zakładu Górniczego i zatwierdzić go w Okręgowym Urzędzie Górniczym.

Opracowanie projektu robót geologicznych najlepiej zlecić uprawnionemu geologowi lub firmie wiertniczej – aby zacząć prace projektowe, potrzebna będzie kopia aktu własności działki oraz mapa ewidencyjna. Czas wykonania projektu to około 14 dni. Na zatwierdzenie w odpowiednim organie (Starostwo Powiatowe lub Urząd Marszałkowski) potrzeba 30 dni – jeśli konieczne będą uzupełnienia lub poprawki, okres ten może ulec wydłużeniu. Po zatwierdzeniu projektu należy zgłosić zamiar przystąpienia do robót na minimum 14 dni przed rozpoczęciem wiercenia. Samo wykonanie studni może trwać od 1 dnia do nawet 2 miesięcy w zależności od wielu czynników.

Na etapie projektowania mamy do wyboru 2 podstawowe techniki wiertnicze:

• Metoda obrotowa z prawym lub lewym obiegiem płuczki – charakteryzuje się dużą prędkością wiercenia w utworach słabo zwięzłych (piaski, żwiry), a także w glinach i skałach miękkich. Jest to metoda najtańsza, jednak niesie za sobą wiele niebezpieczeństw – zanieczyszczenie strefy przyotworowej spowodowane przepływem płuczki, obniżenie hydraulicznych parametrów warstw wodonośnych, a w efekcie zmniejszona wydajność. Źle dobrana płuczka lub niewłaściwie obrobiona środkami chemicznymi skutkuje sedymentacją cząstek stałych, które są wciskane w pory i szczeliny, zatykając je. Środki chemiczne stosowane przy tej metodzie mogą także powodować wytrącanie się osadów. Najgroźniejsze jest jednak ryzyko skażenia bakteriologicznego warstwy wodonośnej poprzez płuczki na bazie celulozy lub wiskozy, która jest doskonałą pożywką dla bakterii. Decydując się na tę metodę, musimy pamiętać także o tym, że do momentu pompowania oczyszczającego i sprawdzającego wydajność nie mamy stuprocentowej pewności, czy w studni jest woda, a także nie wiemy, czy firma wiertnicza nie naraża nas na dodatkowe metry.
• Metoda udarowo-okrętna na sucho lub sprężonym powietrzem na ogół charakteryzuje się mniejszą prędkością wiercenia, choć nie jest to stała zasada. Wiercenie tą metodą pozwala na bardzo dokładne opróbowanie przewiercanych warstw wodonośnych, co jest szczególnie istotne w obszarach o mniejszych zasobach wód podziemnych. Kolejnym parametrem dobieranym na etapie projektowania jest średnica wiercenia oraz średnica filtra studziennego, które to średnice są ze sobą ściśle powiązane. Należy je tak dobrać, aby różnica średnic pomiędzy ścianą otworu lub wewnętrzną ścianą rury osłonowej wynosiła minimum 30 – 40 mm. Na etapie wiercenia geolog nadzorujący może na bieżąco korygować te parametry.

Projekt robót geologicznych zawiera również informację o sposobie zamykania warstw wodonośnych – mamy do wyboru compactonit, korek iłowo-cementowy jako rozwiązanie tańsze lub rury stalowe nierdzewne, które w świetle obowiązujących przepisów muszą posiadać atest do kontaktu z wodą pitną, co wyklucza rury stalowe czarne. Wiele firm wiertniczych do tej pory stosuje rury czarne ze względu na cenę.

Każda studnia powinna być wyposażona w filtr studzienny – niedopuszczalne jest stosowanie rur kanalizacyjnych czy też wodociągowych, jak również telekomunikacyjnych lub rynnowych. Rury studzienne z PCV opisuje dokładnie norma PN-G-02323, z której wynika, że mogą być to rury tylko i wyłącznie niebieskie, łączone szczelnym połączeniem gwintowanym. Na rynku są dostępne rury koloru niebieskiego z nadrukiem „rury studzienne“, jednakże nie posiadają one gwintu – ich połączenie jest możliwe za pomocą specjalnego kleju. Zwróćmy uwagę, aby wykonawca nie używał do łączenia takich rur wkrętów metalowych lub srebrnej taśmy klejącej. Część perforowana filtra studziennego wykonanego z rur PCV musi być owinięta siatką nylonową w przypadku ujmowania wód z utworów piaszczystych. Stosuje się wtedy również filtry ze stali nierdzewnej ze szczeliną ciągłą typu Johnsson - w przypadku gdy warstwa wodonośna ma dużą wydajność, ale małą miąższość, w praktyce stosowane tylko w studniach wymagających jak najwyższej wydajności lub bardzo głębokich.

Ujęcia wiercone w skałach nie zawsze będą wymagały obsypki, ale zawsze muszą posiadać filtr studzienny – w przypadku jego braku podczas eksploatacji może dojść do zablokowania pompy głębinowej w otworze poprzez wysypujące się ze ściany okruchy skalne. W studniach ujmujących wodę z warstw piasku ważny jest prawidłowy dobór obsypki żwirowej. Musi być to kruszywo kwarcowe o minimalnej zawartości krzemionki 95%. Dopuszczalny jest jedynie żwir płukany, a najlepiej jeśli dodatkowo ozonowany. Właściwy dobór średnicy ziaren uchroni nas przed piaszczeniem studni.

Kolejnym etapem wykonania studni jest pompowanie oczyszczające. Powinno być przeprowadzone pompą wykonawcy i trwać do momentu uzyskania czystej, klarownej wody. Teoretycznie powinno trwać 12 godzin – jednakże z praktyki wiadomo, że czasem trwa 2 – 3 godziny, a niekiedy nawet tydzień lub dłużej. Jeśli woda nie oczyści się w ciągu 24 godzin, powinniśmy pompować ją zrywami. Oznacza to, że przykładowo pompujemy wodę 1 godzinę i wyłączamy do momentu ustabilizowania zwierciadła wody w studni, a następnie znów pompujemy przez kolejną godzinę i tak do momentu oczyszczenia. Jeśli i to nie przyniesie efektu, zmniejszmy wydajność pompy, przykręcając zawór regulacyjny. Musimy pamiętać, aby w trakcie pompowania oczyszczającego nie wyłączać pompy na dłuższy czas, gdy wydostaje się z niej brudna woda – jeśli to zrobimy, zanieczyszczenia osiądą na wirnikach i zatrzemy pompę. Po zakończeniu oczyszczania przystępujemy do chlorowania studni.

Następnie wykonujemy pompowanie sprawdzające wydajność i pobieramy wodę do analizy fizyko-chemicznej i bakteriologicznej.

Posiadając te dane, możemy przystąpić do montażu obudowy studziennej wraz z pompą głębinową. Jeśli studnia ma wydajność większą niż 5 m3/dobę rozpoczynamy opracowanie dokumentacji hydrogeologicznej a następnie operatu wodno-prawnego na wykonanie urządzenia wodnego i pobór wód.

Montując obudowę studzienną, mamy do wyboru:

• kręgi betonowe,
• obudowy z polietylenu HDPE,
• obudowy typu szwedzkiego,
• naziemne z laminatu poliestrowego.

Na dzień dzisiejszy odchodzi się już od kręgów betonowych ze względu na ich wagę, rozległe roboty ziemne i przede wszystkim problemy z uszczelnieniem połączeń pomiędzy kręgami oraz dnem i rurą studzienną. W przypadku występowania wysokiego poziomu wód gruntowych prowadzi to do przedostawania się zanieczyszczeń do studni oraz korozji urządzeń – niejednokrotnie wykonanie szczelnej obudowy jest bardzo kosztowne.

Obudowy z HDPE są wykonane w całości w jednym kawałku, toteż posiadają jedynie połączenie pomiędzy dnem i rurą osłonową. Natomiast ze względu na stosunkowo niewielką wagę należy pamiętać o obsypaniu ich suchą zaprawą cementową, tak aby ją dociążyć i zabezpieczyć przed wypłynięciem.

Najlepszym rozwiązaniem są obudowy typu szwedzkiego - tanie, szybkie w montażu, estetyczne i doskonale zabezpieczające przed przedostawaniem się zanieczyszczeń do studni. Musimy jednak pamiętać o tym, że zawężają nam światło otworu, w związku z czym może zaistnieć potrzeba zastosowania rury redukcyjnej. Umożliwi to zastosowanie pompy o większej średnicy. Na rynku są dostępne szybkozłącza o rozmiarze rurociągu tłocznego od DN 25 do DN 50.

W przypadku ujęć, w których musimy zastosować pompy o średnicy wylotowej powyżej DN 50, nowoczesnym rozwiązaniem są obudowy naziemne z laminatu poliestrowego. Są one szybkie w montażu, zabezpieczają przed przedostaniem zanieczyszczeń i bardzo łatwo utrzymać w nich czystość. Jedynym mankamentem może być cena, choć w przypadku wysokiego poziomu wód gruntowych ich wykonanie jest tańsze niż zastosowanie kręgów betonowych.

Na rynku mamy szereg producentów pomp głębinowych. Decydując się na wybrany model, pamiętajmy, że pompa musi być dopasowana do danej wydajności studni – pompa o zbyt wysokich parametrach doprowadzi do szybszego zużycia studni. Odległość pomiędzy ścianą filtra a pompą musi być odpowiednia – za mała może skutkować zablokowaniem pompy w studni, a za duża doprowadzić do przegrzania silnika.

Najlepiej jeśli firmie wiertniczej, która wykonała studnię, zlecimy również montaż obudowy i pompy głębinowej – montaż pompy głębinowej przeprowadzony przez laików może zniszczyć studnię. Pompa nie może być zamontowana w części perforowanej filtra studziennego, gdyż może prowadzić to do nawet do przerwania siatki oplatającej, czego konsekwencją będzie piaszczenie studni i jej degradacja. Nie montujemy również pompy na dnie otworu, ani bezpośrednio nad nim bez zastosowania płaszcza wymuszającego przepływ wody dookoła silnika. Jeśli montujemy pompę na rurociągu z PE, musimy zastosować złącza mosiężne, które mają o wiele większą wytrzymałość od złączy PE. Przy zastosowaniu rurociągu kołnierzowego upewnijmy się, czy zmieści on nam się do studni i pamiętajmy, że musi on mieć wycięcia na kabel elektryczny. Rurociąg ocynkowany jak również emaliowany będzie wymagał wymiany po upływie czasu. Nie jest to konieczne w przypadku rurociągu ze stali nierdzewnej. Zarówno linka zabezpieczająca pompę, jak również zaciski do linki, muszą być ze stali nierdzewnej – zastosowanie stali ocynkowanej powoduje bardzo szybką korozję, co może z kolei doprowadzić do zerwania linki i zablokowania pompy w studni. Mufa łącząca kabel elektryczny z silnikiem pompy musi być wykonana szczelnie, np. za pomocą opasek termokurczliwych z klejem. Natomiast przewody trzeba połączyć poprzez lutowanie.

Pracą pompy głębinowej można sterować na dwa sposoby:

• za pomocą włącznika ciśnieniowego i hydroforu,
• za pomocą czujnika ciśnienia i falownika.

Decydując się na tańsze rozwiązanie, czyli hydrofor, wybierzmy emaliowany lub nierdzewny, koniecznie z membraną gumową. Hydrofor z poduszką powietrzną zamiast membrany może wymagać częstego uzupełniania powietrza, które będzie rozpuszczać się w wodzie. Duży hydrofor zabezpieczy pompę przed zbyt częstym włączaniem się - w zależności od producenta nie powinno być częstsze niż 20 razy na godzinę. Zastosowanie falownika pozwoli nam złagodzić rozruch oraz zatrzymanie pompy, wydłuży jej żywotność, zajmuje o wiele mniej miejsca, oszczędzą dodatkowo do 40% prądu i pozwala zastosować duże moce pomp, nawet gdy źródłem prądu jest agregat prądotwórczy. Zabezpiecza nam także pompę przed przeciążeniem i suchobiegiem. Ponadto w studniach o dużej zawartości żelaza i manganu można go tak zaprogramować, aby pompa, nawet gdy nie ma rozbioru wody, włączyła się – zapobiega to zarośnięciu wirników.

Dobrze wykonana studnia będzie wymagała naszej ingerencji jedynie w przypadku awarii pompy głębinowej.

Pamiętajmy, że gorycz rozczarowania spowodowana niską jakością trwa dłużej niż chwilowa radość z niskiej ceny.

Opracowano:
Bernard Wójcik
Zakład Usług Studziennych Marian Wójcik