Sikring mot tilbakeslag i det kommunale avløpsnettet

Hva er innlekking og tilbakeslag?

Innlekking i avløpsnettet skjer typisk igjennom sprekker og skjøter i gamle rør, utette pakninger og feilkoblinger. Dette er problemer som typisk løses gjennom renovering og utskifting av gamle ledninger og kummer.

Tilbakeslag betyr at avløpsvann ledes feil vei i avløpsnettet som følge av overbelastning eller inntrenging av fremmedvann. Økt nedbør og hyppigere styrtregn forsterker problemet.

Tilbakeslag skjer gjerne gjennom ubeskyttede utløpsledninger eller ødelagte tilbakeslagsventiler.
Typisk for overløpene er at de plassert nære vannforekomster med lavt terskelnivå, og er dermed utsatt for tilbakeslag. En stor andel av utsatte overløp i Norge er dessverre ikke sikret med tilbakeslagsventil.

Skadeomfang

Det finnes lite tall på hva innlekking av fremmedvann koster i kroner og ører. Det vi derimot kan si med stor sikkerhet er følgende:

• Pumping av fremmedvann koster penger i form av energi og økt drift og vedlikeholdskostnader.

• Saltvann er sterkt korroderende og skader pumper, ventiler og rør.

• Biologiske renseprosesser er avhengige av stabile forhold og riktig sammensetning av mikroorganismer. Saltvann kan forstyrre balansen, hemme bakterievekst og redusere effektiviteten i fosfor- og nitrogenfjerning. Dette kan føre til økte utslipp av næringsstoffer og forurensning til resipienter som fjorder og innsjøer.

Hvordan sikre avløpsnettet mot tilbakeslag

For å redusere risikoen for tilbakeslag i avløpsnettet, er det avgjørende å starte med en grundig kartlegging av sårbare punkter i systemet. Dette inkluderer lavtliggende utløpsledninger, områder med høy grunnvannstand og steder der tidligere tilbakeslag har forekommet. På utsatte punkter bør det monteres tilbakeslagsventiler som hindrer returstrøm av vann inn i nettet.
 
Det er imidlertid ikke tilstrekkelig å bare installere nye ventiler – det må også sikres at eksisterende ventiler fungerer som de skal. Ødelagte eller defekte tilbakeslagsventiler må repareres eller skiftes ut umiddelbart for å opprettholde beskyttelsen.
Det er viktig å være klar over at alle tilbakeslagsventiler representerer driftspunkter. Selv om enkelte leverandører markedsfører sine produkter som "vedlikeholdsfrie", krever alle tilbakeslagsventiler regelmessig inspeksjon, rengjøring og funksjonstesting for å sikre pålitelig drift over tid.
 
Gjennom god kartlegging, riktig valg av ventilløsning og systematisk vedlikehold, kan kommuner og anleggseiere redusere faren for tilbakeslag og beskytte både infrastruktur og miljø.

Artikkelen fortsetter under bildet:

Når behovet for tilbakeslagssikring er identifisert, blir valg av riktig ventilløsning avgjørende. Det finnes flere teknologier på markedet med ulike hydrauliske egenskaper, vedlikeholdsbehov og dokumenterte ytelser. Valg av ventiltype bør derfor baseres på både funksjonskrav, driftsforhold og dokumentasjon.

Typer tilbakeslagsventiler

Klaffeventil med sirkulær åpning

Et flertall av tilbakeslagsventilene som tilbys er av typen «klaffe-ventil». Prinsippet er enkelt. En opplagret klaff med bevegelsesfrihet kun i strømretning. Ved tilbakeslag sørger vanntrykket for at klaffen presses mot en pakning eller tett flate, slik at vannstrømmen stoppes. En klaffeventil har mange gode anvendelsesområder på det kommunale avløpsnettet, men har sine utfordringer på private stikkledninger som sjelden ettersees. Ulempen er klaffens plassering i vannstrømmen og forstyrrelsene det medfører ved normal drift. Dette øker risikoen for at partikler legger seg i tetteflaten og hindrer tetning ved tilbakeslag. Dette kan kompenseres ved hyppigere vedlikehold og rengjøring. Den «billigste» løsningen er nødvendigvis ikke den rimeligste i lengden.

Avlange klaffeventiler (rektangulær utforming)

Funksjonsprinsippet er det samme som for en tradisjonell klaffventil, men det avlange strømningstverrsnittet gjør at overløpsterskelen kan plasseres høyere i systemet uten at avlastningskapasiteten reduseres. I denne kategorien finnes det også tilbakeslagsventiler med forskjellige hydrauliske egenskaper. Fordelene med slike ventiler er at man kan «kjøpe» seg høyder i prosjektene.

FluidSlot i Oslo sentrum:

Membranventiler

En membranventil har gjerne en «innvendig» konisk membran. Normalt er tilbakeslagsventilen lukket, men etter hvert som det bygger seg opp et trykk mot membranen vil ventilen åpne brått og slippe vann igjennom. Når oppstrøms trykk reduseres, vil membranen vende tilbake til sin koniske form og lukke for vannstrømmen. Dette gir pulserende strømninger og sørger for god selvrens.

Ved tilbakeslag fylles membranen med veske. Trykket gjør at membranen presser mot ventilhuset og ventilen og tetter for vannstrømmen.

Membranventiler har ofte den fordelen at de kan monteres både oppstrøms (innløp) og nedstrøms (utløp), i motsetning til en klaff som kun kan monteres nedstrøms.

 

Hydrauliske egenskaper

Hver type tilbakeslagsventil har sine sett med hydrauliske egenskaper, som er bestemmende for hvordan ventilen presterer ved ulike forhold. De hydrauliske egenskapene bør vurderes når man velger produkt.

Maks baktrykk eller sperretrykk

Maksimalt baktrykk eller sperretrykk beskriver hvilket trykk ventilen skal kunne motstå i stengt posisjon ved tilbakeslag. For tilbakeslagsventiler til og med DN200 stiller NS-EN 13564-2 krav om at ventilen skal kunne motstå et sperretrykk på minimum 5 mVs, tilsvarende 0,5 bar.
 

Åpningstrykk (og lukketrykk)

Alle selvfalls-tilbakeslagsventiler har et definert åpningstrykk (åpningstrykket kan være 0 for enkelte ventiltyper (for eksempel Waback). Åpningstrykket er det positive oppstrøms overtrykket som kreves for at ventilen åpner og slipper vann igjennom i tillatt strømretning (se figur nedenfor). Etterhvert som oppstrøms vannivå synker, nås lukketrykket, der ventilen stenger.
Det er verdt å merke seg at ved tilbakeslag, må vannstanden oppstrøms økes tilsvarende baktrykket for å oppnå positivt overtrykk, slik at ventilen åpner og slipper ut vann i tillatt strømretning. Se figuren under.


Trykktap og gjennomstrømmimg

Alle ventiler utgjør en hydraulisk brems på vannet som strømmer igjennom (singulærtap). Tilbakeslagsventiler med en kartlagt hydraulikk kan fremvise trykktapskurver, som angir trykktap som funksjon av vannføring. Ved store vannføringer, relativt til ventilstørrelsen, kan den hydrauliske motstanden være vesentlig og avgjørende for valg av type ventil (NB kritiske oppstrøms vannivåer).

Artikkelen fortsetter under illustrasjonen:

 
Riktig valg av ventil kan redusere vedlikeholdsbehovet og levetidskostnadene.

Ved å velge en ventil med lavt åpningstrykk og/eller lavt trykktap, kan ventilen heves uten å føre til problemer (oppstuvning) oppstrøms. En tilbakeslagsventil montert i forbindelse med et overløp til sjø, som kan plasseres høyere over normalvannstand, vil være sjeldnere neddykket og mindre utsatt for begroing mm. Dette reduserer driftskostnadene.

Tetthetsklasser og lekkasjeratter

Alle tilbakeslagsventiler har en lekkasjerate. Det vil si at det finnes en definert aksept for hvor mye vann som kan passere ventilen i stengt posisjon under prøving. Hvor stor lekkasje som tillates varierer mellom ulike standarder og testregimer.
 
I praksis betyr dette at to ventiler som tilsynelatende oppfyller samme funksjon kan ha svært forskjellig tillatt lekkasjemengde ved tilbakeslag. Tabellen nedenfor illustrerer forskjellene mellom ulike standarder og dokumentasjonsregimer.

Standarder, dokumentasjon og tredjepartsverifisering

En tilbakeslagsventil som ikke fungerer som tiltenkt, er åpenbart en dårlig investering. I likhet med andre kritiske komponenter på avløpsnettet, er det helt sentralt å kunne dokumentere funksjon, hydrauliske egenskaper og samsvar med etablerte standarder. Det finnes flere leverandører av tilbakeslagsventiler på det norske markedet. Løsningene som tilbys, kan ved første øyekast se like ut, men det er stor variasjon i hvilken grad produsentene kan dokumentere funksjonen på sine produkter
 
Produktdokumentasjon og såkalt CE-merking kan baseres på produsentens egen samsvarserklæring eller på dokumentasjon som i tillegg er verifisert av en uavhengig tredjepart. En egen samsvarserklæring innebærer at produsenten selv erklærer samsvar med relevante krav og standarder. Tredjepartsverifisering innebærer at produktets ytelse og produksjonskontroll er kontrollert og bekreftet av et akkreditert sertifiseringsorgan, og er dermed en sikkerhet for kvaliteten på dokumentasjonen og riktigheten av produktopplysningene. CE-merking viser kun at produsenten selv erklærer samsvar med gjeldende standarder, uten at dette er uavhengig verifisert.

De mest benyttede standardene for tilbakeslagsventiler i selvfallssystemer er:

• NS-EN 13564-2 – gjelder for tilbakeslagsventiler opp til DN200.

• DIN 19569-4 – benyttes ofte for større tilbakeslagsventiler og klassifiserer ventilene i tetthetsklasser 1–5.

  
  Miljø- og Fluidteknikk AS (MFT) forhandler WaStop tilbakeslagsventiler (membranventiler) fra WaPro. For disse gjelder følgende dokumentasjonsgrunnlag:

• Opp til DN200: Dokumentert i henhold til NS‑EN 13564.

• Over DN200: Tredjepartsverifisert fabrikkstandard utviklet i samarbeid med Kiwa, basert på og utvidet fra NS‑EN 13564.

Som vist i tabellen i forrige avsnitt er de maksimalt tillatte lekkasjegrensene i DIN 19569-4 betydelig høyere enn lekkasjenivåene som verifiseres ved testing etter NS-EN 13564. Dette gjelder særlig for ventiler i større dimensjoner.
 
For prosjekterende innebærer dette at kravspesifikasjoner bør gå utover formuleringer som «tilbakeslagsventil DNxxx" eller "Produkt xxxx eller tilsvarende" og heller spesifisere:

• Ventiltype (membran eller klaff)

• Ventildimensjon

• Funksjonskrav

• Gjeldende Standard (evt. maksimalt tillatt lekkasjerate)

• Dokumentert hydraulisk funksjon.

Montering av tilbakeslagsventiler

Plassering

Tilbakeslagsventilen monteres i innløp, innfelt på rørstrekket eller på utløpet. Plasseringen er ofte bundet mot byggherres preferanser, praktiske hensyn eller andre betingelser.

Artikkelen fortsetter under illustrasjonen:

Tilgjengelighet og levetid

Tilbakeslagsventiler er mekaniske komponenter med begrenset levetid og må betraktes som utskiftbare driftsobjekter. Dette står i kontrast til VA-infrastruktur som ofte prosjekteres med en forventet levetid på 100 år eller mer. Ventilene bør derfor plasseres med god tilkomst for inspeksjon, vedlikehold og utskifting, og bør som hovedregel ikke nedgraves eller bygges permanent inn.

Ventilering

Ved oppstrøms montering hvor overløpsrøret er ledet ned i sjø og står konstant under vannspeilet, er det behov for ventilering. Uten ventilering vil luft som fanges i rørstrekket nedstrøms for ventilen komprimeres ved endring i vannivået i resipienten. Dette fører til at tilbakeslagsventilen vil kreve økt oppstrøms trykk før den åpner og slipper vann igjennom.  Effekten av lufttrykk i røret kan beregnes ved hjelp av Bulk modulen, og påvirkes av rørvolum, fall og nivåforskjell mellom flo og fjære. Ved visse forhold kan effekten på åpningstrykket være markant.
 
Ytterligere tekst under illustrasjonen:

Tilbakeslag i avløpsnettet kan føre til betydelige driftsmessige, økonomiske og miljømessige konsekvenser. Ved valg av tilbakeslagsventil bør det legges vekt på hydrauliske egenskaper, dokumentert tetthet, tilgjengelighet for vedlikehold og kvaliteten på produktdokumentasjonen. Riktig valg av løsning kan redusere driftskostnader, forlenge levetiden og bidra til en mer robust avløpsinfrastruktur.