A winda kanalizacyjna stacja — zwana także przepompownią ścieków lub przepompownią mokrej studni — to: obiekt inżynieryjny, w którym pompy tłoczą ścieki z niższych wysokości na wyższe gdy sama grawitacja nie jest w stanie odprowadzić ścieków do miejskiego systemu zbierania lub oczyszczalni. W skrócie: wszędzie tam, gdzie budynek, dzielnica lub zabudowa znajduje się poniżej magistrali kanalizacyjnej, przepompownia ścieków jest mechanizmem umożliwiającym sanitację. Bez niego łazienki poniżej poziomu gruntu, nisko położone osiedla i całe gminy na płaskim terenie nie mogłyby zostać podłączone do scentralizowanej oczyszczalni ścieków. W tym przewodniku opisano, jak działają stacje wyciągowe, jaki typ pasuje do Twojego zastosowania, jak są instalowane i jak zapewnić ich niezawodną pracę.
Zasada działania jest prosta. Ścieki przepływają grawitacyjnie z budynku lub obszaru zbiorczego do szczelnej podziemnej komory zwanej tzw dobrze zmoczyć . W miarę gromadzenia się ścieków przełączniki pływakowe lub przetworniki ciśnienia monitorują poziom cieczy. Zwykle, gdy poziom osiągnie ustalony poziom wysokiego poziomu 60–80% wydajności studni mokrej — panel sterowania uruchamia jedną lub więcej pomp głębinowych lub pomp suchych. Pompy tłoczą ścieki głównym przewodem ciśnieniowym do kanalizacji grawitacyjnej, oczyszczalni lub kolejnej przepompowni w szeregu.
Kiedy poziom mokrej studni spadnie do wartości zadanej niskiego poziomu wody, pompa(y) wyłącza się i cykl się powtarza. Działa większość stacji miejskich i komercyjnych 4 do 8 cykli pompy na godzinę w normalnych warunkach przepływu. Każda stacja wyposażona jest w pływak alarmowy ustawiony powyżej poziomu wysokiego poziomu włączenia pompy — jeśli pompa ulegnie awarii, a poziom wody w studni będzie się nadal podnosił, alarm uruchomi zdalny alarm dźwiękowy, zanim ścieki przedostaną się do podłączonych budynków lub wypłyną na powierzchnię.
Kluczowe elementy każdej przepompowni ścieków:
Najpowszechniej instalowana konfiguracja w Ameryce Północnej, zarówno do zastosowań komunalnych, jak i mieszkaniowych. Pompy zatapialne znajdują się bezpośrednio w studni mokrej, zanurzone w ściekach. Silniki są hermetycznie uszczelnione i chłodzone otaczającą cieczą. Nie jest wymagana wydzielona sucha pijalnia znacznie zmniejszając koszty budowy i powierzchnię użytkową. Pompy są wyjmowane w celu konserwacji za pomocą systemów szyn prowadzących i łańcuchów podnoszących, bez konieczności wchodzenia personelu do zamkniętej przestrzeni. Stanowią mokre studnie głębinowe ponad 70% nowych instalacji przepompowni ścieków w USA.
Składa się z dwóch oddzielnych komór: studni mokrej, do której trafiają dopływające ścieki, oraz przylegającej do niej suchej komory, w której znajdują się pompy i rurociągi, w suchym, dostępnym środowisku. Pompy to jednostki odśrodkowe lub samozasysające z wlotem końcowym, montowane na podkładkach betonowych i połączone ze studnią mokrą rurociągiem ssawnym. Preferowane są suche stacje dołowe instalacje komunalne o dużej wydajności (powyżej 500 GPM) gdzie częstotliwość konserwacji pomp uzasadnia dodatkowy koszt budowy pompowni. Umożliwiają technikom serwisowanie pomp, uszczelek i łożysk bez konieczności wchodzenia do przestrzeni zamkniętych.
Kompaktowy system podnoszenia ścieków przeznaczony dla jednego obiektu, w którym zazwyczaj stosuje się szybką pompę rozdrabniającą 1–2 KM, pracujące przy 1750–3500 obr./min — maceruje ciała stałe do drobnej zawiesiny przed przepompowaniem przez przewód główny o małej średnicy (1¼–2 cali). Stosowany w systemach kanalizacji niskociśnieniowej (LPS) obsługujących indywidualne domy na obszarach wiejskich lub osiedlach, gdzie ukształtowanie terenu sprawia, że kanalizacja grawitacyjna jest nieekonomiczna. Zwykle służy jedna stacja szlifierska od jednego do czterech lokali mieszkalnych i łączy się ze wspólnym niskociśnieniowym systemem zbierania.
Stosowany za szambo do pompowania oczyszczonych ścieków (cieczy z osadzonymi ciałami stałymi) do pola drenażowego, systemu kopców lub jednostki oczyszczania tlenowego na większej wysokości. Ponieważ osady są w dużej mierze usuwane przez szambo, w pompach ściekowych można stosować mniejsze prześwity wirnika i mniejsze średnice główne siły niż pompy do ścieków surowych, co zmniejsza zarówno koszt pompy, jak i koszt instalacji rur.
Fabrycznie zmontowane zbiorniki mokrej studni z włókna szklanego lub polietylenu z zainstalowanymi pompami, sterownikami i rurociągami, dostarczane na miejsce jako kompletne urządzenie gotowe do montażu. Terminy realizacji 4–12 tygodni kontra 12–24 tygodnie w przypadku specjalnie zaprojektowanych prefabrykowanych stacji betonowych stacje pakietowe są preferowanym wyborem w przypadku inwestycji komercyjnych, pododdziałowych stacji wind obsługujących do 500 domów oraz awaryjnej wymiany uszkodzonych istniejących stacji.
| Wpisz | Typowy zakres przepływu | Dostęp do pompy | Najlepsza aplikacja | Względny koszt kapitału |
|---|---|---|---|---|
| Studnia mokra / zanurzalna | 10–5 000 gal/min | Odzyskiwanie szyny prowadzącej | Mieszkaniowe i duże miejskie | Niski – umiarkowany |
| Sucha kopalnia | 500–50 000 gal/min | Suchy pokój, w którym można wejść | Duży komunalny/przemysłowy | Wysoka |
| Pompa szlifierska | 5–30 gal./min | Całkowite usunięcie jednostki | Systemy dla domów jednorodzinnych / LPS | Niski |
| Pompa ściekowa | 5–50 gal/min | Całkowite usunięcie jednostki | Szambo do drenażu | Niski |
| Pakiet prefabrykowany | 20–2 000 gal/min | Odzyskiwanie szyny prowadzącej | Hilowa/podział | Umiarkowane |
Przepompownia ścieków staje się konieczna w którymkolwiek z poniższych warunków:
Stacja musi obsługiwać szczytowy przepływ godzinowy, a nie średni przepływ dzienny. W przypadku systemów mieszkaniowych przepływ szczytowy jest zwykle obliczany jako 3–4-krotność średniego dziennego przepływu . Dzielnica obejmująca 100 domów wytwarzających średnio 250 galonów dziennie (GPD) na gospodarstwo domowe wytwarza średnio 25 000 GPD, ale szczytowy przepływ godzinowy może osiągnąć 75 000–100 000 GPD (52–69 gal/min) podczas porannych i wieczornych szczytów zapotrzebowania. Dobór pompy w stosunku do średniego przepływu powoduje chroniczne przepełnienie mokrej studni w godzinach szczytowych.
TDH to całkowite ciśnienie, które pompa musi pokonać, aby zapewnić przepływ do punktu tłoczenia. Obejmuje:
Prawidłowo dobrana pompa zapewnia projektowe natężenie przepływu przy obliczonym TDH. Praca pompy przy znacznie niższej TDH niż znamionowa powoduje, że pracuje ona bardzo dokładnie zgodnie ze swoją krzywą wydajności, co prowadzi do przeciążenia silnika, kawitacji i przyspieszonego zużycia łożysk.
Objętość robocza mokrej studni (pomiędzy poziomem odpompowania a poziomem włączenia) musi zapewniać wystarczający czas zatrzymania, aby zapobiec krótkim cyklom pracy pompy – zbyt częste uruchamianie powoduje uszkodzenie uzwojeń silnika. Większość producentów pomp określa a minimum 10 minut pomiędzy startami , przy czym preferowane jest 15–20 minut w przypadku silników o mocy powyżej 10 KM. Objętość robocza jest obliczana jako: Wydajność pompy (GPM) × Minimalny czas cyklu (minuty) ÷ 4 . Dla pompy 100 GPM z minimalnym cyklem 10-minutowym minimalna objętość robocza = 100 × 10 ÷ 4 = 250 galonów .
Należy wybrać wymuszoną średnicę rury głównej, aby utrzymać prędkość ścieków pomiędzy 2 stopy na sekundę (minimum, aby zapobiec osadzaniu się ciał stałych) and 8–10 stóp na sekundę (maksymalna, aby zapobiec erozji rur i nadmiernej utracie tarcia) . Standardowym celem projektowym jest 3–5 stóp na sekundę w przepływie projektu.
Instalacja przepompowni ścieków jest dozwolonym, inżynieryjnym projektem budowlanym, a nie przedsięwzięciem typu „zrób to sam” powyżej poziomu pompy eżektorowej w budynkach mieszkalnych. Kolejność instalacji typowej prefabrykowanej stacji podwodnej:
Całkowity czas budowy stacji prefabrykowanych opakowań: 2–4 tygodnie na miejscu po dostawie sprzętu. Stacje miejskie prefabrykowane na zamówienie: 2–6 miesięcy w zależności od złożoności witryny.
Zatapialne pompy ściekowe w ciągłej eksploatacji komunalnej mają typową żywotność uszczelnienia mechanicznego wynoszącą 5–8 lat i całkowita żywotność pompy wynosząca 10–15 lat zanim zużycie wirnika zmniejszy wydajność poniżej akceptowalnych progów. Proaktywna wymiana uszczelek w odstępach 5-letnich — zamiast działać aż do awarii — eliminuje ryzyko katastrofalnego zalania silnika i koszt uruchomienia awaryjnego w postaci nieplanowanej wymiany mokrej pompy, która zwykle działa 3–5 razy droższe planowanej wymiany.
Najczęstsza przyczyna awarii pomp przepompowni ścieków w instalacjach komunalnych. Chusteczki nawilżane – nawet te z etykietą „do spłukiwania” – nie rozpadają się w kanalizacji i nie tworzą gęstej, przypominającej linę masy zwanej obdarty które owijają się wokół wirników pomp i silników utknięcia. Rozwiązania obejmują wybór pomp z wirnikiem półotwartym lub wirowym odpornych na ścieranie, instalację drobnych ekranów na wlocie mokrej studni oraz kampanie edukacyjne. Raporty dotyczące systemów, które przełączają się z pomp z wirnikiem otwartym na pompy wirowe odporne na zatykanie lub pompy z wirnikiem kanałowym Redukcja wezwań do konserwacji o 60–80%. .
Kiedy mechaniczne uszczelnienie wału ulegnie uszkodzeniu, ścieki dostają się do komory silnika, powodując zwarcie uzwojenia i całkowitą awarię silnika — zwykle w ciągu kilku godzin od uszkodzenia uszczelnienia. Nowoczesne pompy głębinowe obejmują: sonda do wykrywania uszkodzeń uszczelnień w wypełnionej olejem komorze uszczelnienia; monitorowanie tego sygnału sondy umożliwia operatorom odzyskanie i ponowne uszczelnienie pompy przed zalaniem silnika. Ignorowanie alarmów awarii uszczelnień jest główną przyczyną całkowitej utraty pompy wymagającej wymiany, a nie naprawy.
Przepompownia bez zasilania awaryjnego, która doświadczy przerwy w sieci, przepełni studnię mokrą w przedziale czasowym określonym na podstawie natężenia dopływu podzielonego przez objętość studni mokrej. Stacja przystosowana do napływu 100 GPM z 500 galonami awaryjnego magazynowania powyżej poziomu pompowania ma 5 minut ochrony przed przepełnieniem po awarii pompy. Generatory rezerwowe, szybkozłącza generatorów przenośnych lub systemy pomp zasilane bateryjnie nie są opcjonalne w przypadku żadnej stacji obsługującej więcej niż niewielką liczbę obiektów.
Kiedy pompa się zatrzymuje, słup ścieków w głównym rurociągu gwałtownie zwalnia, powodując gwałtowny wzrost ciśnienia — uderzenie wodne — które może spowodować pęknięcie połączeń rur, uszkodzenie zaworów zwrotnych i skrócenie żywotności pompy. Środki zapobiegawcze obejmują wolnozamykające się zawory zwrotne, tłumiki przepięć i zawory upustowe/odcinające podciśnienie przy głównych głównych punktach. Sieć zasilająca o długości ponad 150 metrów i znacznym słupie statycznym powinna uwzględniać analizę uderzeń hydraulicznych w fazie projektowania.
Koszty inwestycyjne i operacyjne różnią się znacznie w zależności od wielkości stacji, warunków lokalizacji i poziomu specyfikacji:
| Typ stacji | Typowy koszt inwestycyjny (zainstalowany) | Roczny koszt obsługi i konserwacji | Projektuj życie |
|---|---|---|---|
| Pompa szlifierska do użytku domowego | 3000–8000 dolarów | 150–400 dolarów | 10–15 lat |
| Stacja małych paczek (20–100 GPM) | 30 000–80 000 dolarów | 3000–8000 dolarów | 20–25 lat |
| Średnie miejskie (100–1 000 GPM) | 150 000–600 000 dolarów | 15 000–50 000 dolarów | 25–40 lat |
| Duża miejska (1000 GPM) | 600 000–5 000 000 dolarów | 50 000–300 000 dolarów | 30–50 lat |
Największym czynnikiem wpływającym na koszty cyklu życia nie jest sama stacja, ale siła główna . W przypadku średnich i dużych stacji zazwyczaj uwzględnia się siłę konstrukcji głównej — rury, wykopy, zasypkę, renowację dróg 40–60% całkowitego kosztu projektu . Wybór mniejszej średnicy głównej siły pozwala zaoszczędzić początkowe koszty rury, ale zwiększa straty tarcia, co wymaga większej pompy i większego zużycia energii w całym okresie użytkowania stacji wynoszącym 25–40 lat. Analiza kosztów cyklu życia porównująca opcje średnic rur jest standardową częścią projektu hydraulicznego dla dowolnej głównej siły przekraczającej 300 metrów.
Przepompownie ścieków podlegają regulacjom na poziomie federalnym, stanowym i lokalnym. Kluczowe wymagania zgodności, które operatorzy muszą zrozumieć: