Pompownie ścieków

Na krajowym rynku działa kilkunastu producentów wyspecjalizowanych w produkcji pompowni do ścieków. Oferują urządzenia o małych wydajnościach, dostosowane do ilości ścieków z domów jednorodzinnych, po duże pompownie montowane w sieciach. Małe i przydomowe pompownie ścieków stosuje się wtedy, gdy nie jest możliwe grawitacyjne odprowadzenie ścieków sanitarnych bezpośrednio do kanalizacji zbiorczej, oraz w układach kanalizacji ciśnieniowej.

Niezawodność pracy systemów pompowych wpływa na sprawność całego systemu ściekowego. Głównym wydatkiem przy transporcie ścieków są koszty energii na ich pompowanie oraz koszty obsługi sieci. Dąży się zatem do tego, by pompownie ścieków były niezawodne i w miarę możliwości energooszczędne. W cyklu życia systemu pompowego koszty eksploatacyjne są znacznie wyższe od kosztów inwestycyjnych, dlatego tak ważna jest wysoka niezawodność i sprawność. Przepompownie dostarczane są z kompletnym wyposażeniem w armaturę i pompy, zapewniającym również ich automatyczną pracę. Wyodrębnić można trzy główne grupy przepompowni – w zależności od funkcji, jaką mają pełnić. 

Czytaj też: Kanalizacja grawitacyjna – rozwiązania konstrukcyjne i wykonawstwo >>

Pierwsza grupa to pompownie do montażu wewnątrz budynków, których zadaniem jest podnoszenie małych ilości ścieków z miejsc, w których nie ma możliwości zastosowania grawitacyjnego odpływu ścieków. Prawo nakłada obowiązek stosowania takich pompowni w § 124 warunków technicznych, który stanowi, że: Instalacja kanalizacyjna grawitacyjna w pomieszczeniach budynku, z których krótkotrwale nie jest możliwy grawitacyjny spływ ścieków, może być wykonana pod warunkiem zainstalowania zabezpieczenia przed przepływem zwrotnym ścieków z sieci kanalizacyjnej przez zastosowanie przepompowni ścieków, zgodnie z wymaganiami Polskiej Normy dotyczącej projektowania przepompowni ścieków w kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków lub urządzenia przeciwzalewowego zgodnie z wymaganiami Polskiej Normy dotyczącej urządzeń przeciwzalewowych w budynkach [1].

Pierwszą z tych norm jest PN-EN 12056-4:2002 Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków. Część 4: Pompownie ścieków. Projektowanie układu i obliczenia – Warunki Techniczne przywołują do obowiązkowego stosowania jej punkty 4-6. Druga to PN-EN 13564-1:2004 Urządzenia przeciwzalewowe w budynkach. Część 1: Wymagania. W tej grupie pompowni oferowane są najczęściej urządzenia ze zbiornikiem o małej pojemności, wykonanym z tworzywa. Pompa automatycznie podnosi ścieki do poziomu, z którego mogą odpłynąć grawitacyjnie. Układy takie wyposaża się w zabezpieczenia przed cofnięciem się ścieków.

Druga grupa obejmuje pompownie do przydomowej zabudowy zewnętrznej. Mają komory retencyjne, pompy, układ hydrauliczny i sterowania. Wielkość zbiornika powinna umożliwić awaryjne zretencjonowanie ścieków z przynajmniej doby lub dwóch z danego budynku.

Trzecia grupa pompowni to urządzenia wielopompowe o dużej wydajności do przepompowywania znacznych ilości ścieków w sieci kanalizacyjnej – do podnoszenia ich na wyższy poziom tak, by mogły spływać w kierunku oczyszczalni.

Zbiorniki

Małe wykonuje się z tworzyw; średnie i duże z laminatów, betonu polimerowego i betonu. Dna zbiorników są tak profilowane, aby nie powstawały w nich i nie zagniwały osady. Zbiorniki z tworzyw mają często kształt zabezpieczający przed wyparciem, co umożliwia ich posadowienie bez konieczności stosowania dodatkowych obciążeń. Zbiornik musi być odporny na korozję i uszkodzenia mechaniczne – przepompownie ścieków muszą sobie bowiem poradzić z różnymi frakcjami występującymi w ściekach, w tym ze żwirem, piaskiem, ciężkimi substancjami organicznymi, materiałami sanitarnymi, papierem, plastikiem, tekstyliami, a także z tłuszczami. Żwir, piasek i ciężkie substancje organiczne osiadają na dnie. Ten osad może szybko zagniwać i wydzielać szkodliwe dla zdrowia gazy, a także powodować korozję elementów pompowni.

Tłuszcze tworzą kożuch na powierzchni ścieków, który powoduje zakłócenia w pracy, a jego zastygłe kawałki mogą blokować wlot do pompy. Dzięki specjalnym konstrukcjom zbiorników oraz wyposażeniu pompowni prefabrykowanych występowanie tych niepożądanych zjawisk jest maksymalnie ograniczone. Osady i kożuchy eliminuje się m.in. za pomocą zaworów płuczących – zanim ruszy pompa, wzbudzają one ścieki, osad i tłuszcz tak, że tworzą one łatwą do usunięcia przez pompy mieszaninę.

Przy doborze zbiornika, armatury i sterowania należy brać też pod uwagę odporność chemiczną. Zbiorniki do budowy przepompowni typu mokrego powinny być odporne na korozję siarczanową. Zbiorniki betonowe powinny być wykonane w odpowiedniej klasie wytrzymałości na ściskanie i zabezpieczone powłoką ochronną.

Wysoką odporność na korozję chemiczną mają zbiorniki z tworzyw, ale nie stosuje się ich przy dużych średnicach z uwagi na ryzyko nacisku gruntu na ściany boczne. Instalacje i armatura narażone na kontakt ze ściekami powinny być odporne na działanie coraz częściej stosowanych reagentów chemicznych do ścieków. Dostępne są elementy wykonywane ze stali o podwyższonej odporności chemicznej. Szafki sterujące są natomiast narażone na wpływ warunków atmosferycznych oraz gazy z przepompowni docierające przez przewody wentylacyjne i osłony przewodów elektrycznych.

Pompy

Od pompowni wymaga się przede wszystkim bezawaryjnej pracy przy możliwie ograniczonej obsłudze. Przepompownie ścieków pracują bowiem w złożonych systemach kanalizacyjnych, składających się z nawet kilkuset urządzeń zlokalizowanych na rozległym terenie. Liczba, wydajność i rodzaj pomp w pompowni zależy do rodzaju ścieków. Pompy do ścieków bez fekaliów pompują wody opadowe i drenażowe oraz ścieki szare. Do ścieków z fekaliami przeznaczone są pompy o specjalnych konstrukcjach wirnika, a dna zbiorników są tak ukształtowane, żeby pompowane ścieki nie zagniwały. Nadrzędnym kryterium jest niezawodność pomp w danym zastosowaniu.

Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że w pompowniach podnoszących ścieki na duże wysokości przy małych wydajnościach optymalnym wyborem są pompy z rozdrabniaczem. Ryzyko wycierania się elementów tnących w tych pompach rośnie wraz z ze wzrostem liczby włączeń – tym samym dobrze się sprawdzają w pompowniach przydomowych oraz małych sieciach wiejskich. Pompy typu vortex mają wprawdzie małą sprawność, ale dobrze radzą sobie z ciałami stałymi, włóknistymi, gazami i osadem, a tym samym sprawdzają się w pompowniach. Z kolei pompy kanałowe mają wysoką sprawność i stosuje się je do przetłaczania dużej ilości ścieków lub wód opadowych. Powinny być jednak zabezpieczone kratami lub sitami, które łatwo kontrolować (oczyszczalnie). Można je stosować także w miejscach, gdzie jest separator zanieczyszczeń, z którego skratki są porywane przez strumień ścieków już poza wirnikiem pompy (przepompownie).

Czytaj też: Pompownie ścieków – dobór i rozmieszczenie pomp >>

Z uwagi na koszty energii elektrycznej istotny jest rodzaj silnika i automatyka. Ilość ścieków i zadania pompowni decydują o wyborze charakterystyki pomp. Ważnym kryterium doboru pomp ściekowych do danego układu pompowego jest praca z wysoką sprawnością w całym możliwym zakresie. Jednak z uwagi na specyfikę ścieków (płyn z ciałami stałymi) szuka się kompromisu pomiędzy wysoką sprawnością a niezawodnością. Sprawność zależy m.in. od liczby i kształtu łopatek wirnika, lecz duża liczba łopatek i ich ukształtowanie zwiększające przepływy sprawiają, że ryzyko zatykania pompy przez ciała stałe i włókniste. Z tego względu w pompach stosuje się swobodny przelot przez wirnik oraz łopatki o przestrzennej krzywiźnie ze specjalnie ukształtowaną krawędzią wlotową. Odbywa się to kosztem sprawności, ale jest tańsze niż ciągłe udrażnianie pomp.

W typowych pompach stosuje się wirniki typu vortex ze swobodnym przelotem. Na rynku znaleźć można również pompy z wirnikami śrubowo-odśrodkowymi – sprawniejsze niż vortex, ale bardziej narażone na ryzyko zużycia eksploatacyjnego. Dostępna jest też konstrukcja wirników z łopatkami o wklęsłej krawędzi wlotowej i odpowiednim ukształtowaniu przestrzennym, co daje duży przelot swobodny bez niepotrzebnych strat sprawności. Stosuje się również rozdrabniacze materiałów włóknistych. Ochroną przed ciałami stałymi jest konstrukcja pozwalająca na osiowe unoszenie się wirnika w celu zmniejszania obciążenia wału, uszczelnień i łożysk w pompie.

O niezawodności pracy pomp decyduje zatem odporność wirnika na zagrożenie zablokowania elementami stałymi, zwłaszcza włóknistymi, które trafiają do ścieków. O ile zatrzymanie pompy w przepompowni przydomowej nie powoduje ryzyka dla całego systemu, awaria w pompowniach zbiorczych tłoczących ścieki do oczyszczalni to sytuacja groźna, wymagająca natychmiastowych i skutecznych działań. Z tego względu większe pompownie wyposaża się w elementy redukujące ryzyko zapychania pomp, np. kraty i sita czyszczące oraz separatory zanieczyszczeń. Te jednak nie są w stanie zatrzymać wszystkich nieczystości i z czasem mogą się w nich gromadzić małe frakcje zasysane przez pompę. W przypadku przepompowni przydomowych skutecznym zabezpieczeniem jest edukacja użytkowników – a najskuteczniejszym rozwiązanie, w którym każda rodzina ma swoją pompownię w systemie kanalizacji ciśnieniowej i za nią odpowiada.

W pompach, które są przeznaczone do dłuższej pracy, ważne jest ich chłodzenie. Ciężka praca silnika z takim medium jak ścieki wymaga odpowiedniego schłodzenia. Mogą to robić same ścieki przepływające przez dodatkową przestrzeń wydzieloną specjalnym, nieprzepuszczanym płaszczem. Ścieki niosą jednak ze sobą substancje, które mogą się osadzać na takim wymienniku. Mniej zawodne jest rozwiązanie, w którym silnik wyposażony jest w układ chłodzenia niestykający się ze ściekami. W tym celu stosuje się zamknięty układ z cieczą chłodzącą pompowaną przez dodatkowy wirnik pompy, który kieruje ją od silnika do użebrowanego wymiennika na obudowie pompy zanurzonej w ściekach.

Sterowanie

Sterowanie pompowni powinno odpowiadać przede wszystkim za włączenie i wyłączenie pompy oraz jej odpowiednie zabezpieczenie, w tym przed suchobiegiem. Powinno również wpływać na pracę całego systemu kanalizacyjnego, np. poprzez rozpoznawanie stanu dławienia się wzajemnego pomp. Sterowanie powinno także zabezpieczać układ przed jednoczesnym włączeniem się wszystkich pomp po dłuższym zaniku napięcia. W pompowniach stosuje się szafki sterownicze do zabudowy wewnętrznej lub zewnętrznej. Wyposażane są one np. w panel obsługowy z wyświetlaczem i sygnalizacją optyczną monitorującą pracę pompy, zakłócenia, blokadę pompy, osiągnięcie poziomu alarmowego przez ścieki, zasilanie oraz kontrolę silnika (tryb pracy: ręczny i automatyczny). Ponadto szafka sterownicza realizuje m.in. następujące zadania:

• ciągły pomiar poziomu cieczy,

• alarmowanie w przypadku: przeciążenia silnika, zaniku napięcia, poziomu alarmowego ścieków, przegrzania stojana, błędu sygnału zwrotnego pompy, awarii czujnika poziomu,

• stała diagnostyka pracy pompy.

Układy sterowania mogą być też wyposażone w liczniki godzin pracy, liczniki załączeń pompy, moduły do zdalnego sterowania i kontroli pracy pompy oraz niezależne sygnalizatory stanów alarmowych. Postęp w elektronice i coraz tańsze elementy powodują szybki rozwój układów sterowania i wyposażanie ich w coraz więcej funkcji, nawet w przypadku małych pompowni przydomowych.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. DzU 2015, poz. 1422, z późn. zm.).
2. Łuźniak M., Pompownie ścieków – dobór i rozmieszczenie pomp, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2015.
3. Priller R., Projektowanie przepompowni ścieków. Zasady i zalecenia praktyczne dotyczące projektowania i wykonania, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2008.
4. http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id4599,bledy -przy-projektowaniu-systemow-tlocznych-kanalizacji-sciekowej (dostęp: 8.11.2018).
5. Materiały firm: Białogon, DAB, Flygt, Grundfos, Hydro-Vacuum, Inwap, Kessel, Pentair Water, Wavin, Wilo.