Что такое канализационная подъемная станция? Как это работает, типы, руководство по установке и обслуживанию

Как работает канализационная подъемная станция

Принцип работы прост. Сточные воды самотеком стекают из здания или зоны сбора в герметичную подземную камеру, называемую мокрый колодец . По мере накопления сточных вод поплавковые выключатели или датчики давления контролируют уровень жидкости. Когда уровень достигает заданной максимальной отметки — обычно 60–80% мощности мокрых скважин — панель управления активирует один или несколько погружных или карьерных насосов. Насосы сбрасывают сточные воды через напорную магистраль в нижестоящую самотечную канализацию, очистные сооружения или следующую в серии подъемную станцию.

Когда уровень мокрого колодца падает до заданного значения низкого уровня воды, насос(ы) отключаются, и цикл повторяется. Большинство муниципальных и коммерческих станций работают От 4 до 8 циклов работы насоса в час в условиях нормального течения. Каждая станция включает в себя поплавок сигнализации, установленный выше уровня включения насоса при высоком уровне воды — если насос выходит из строя и мокрый колодец продолжает подниматься, сигнализация запускает звуковой и дистанционный сигнал, прежде чем сточные воды смогут вернуться в подключенные здания или вылиться на поверхность.

Ключевые компоненты каждой канализационной насосной станции:

• Мокрый колодец: Приемная камера — сборный железобетон, стекловолокно или полиэтилен высокой плотности — имеет такой размер, чтобы удерживать достаточный объем между циклами работы насоса, не вызывая при этом септичности из-за чрезмерного времени удерживания.
• Насосы (минимум два): Правила большинства юрисдикций требуют минимум двух насосов — одного рабочего и одного резервного — поэтому отказ одного насоса не приведет к отключению станции.
• Принудительное основное: Напорная выпускная труба в диапазоне от От 2 дюймов (жилой симплекс) до 24 дюймов или больше (муниципальный) который доставляет перекачиваемые сточные воды к расположенной ниже точке подключения.
• Панель управления: Управляет последовательностью насосов, контролем уровня, сигнализацией и, на современных станциях, телеметрией для удаленного мониторинга SCADA.
• Клапанное хранилище/клапанная камера: Содержит запорные клапаны, обратные клапаны и расходомеры на стороне нагнетания, что позволяет проводить техническое обслуживание насоса без осушения влажной скважины.
• Резервное питание: Подключение резервного генератора или безобрывного переключателя — требуется большинством государственных правил для станций, обслуживающих более определенного количества эквивалентных жилых единиц.

Типы канализационных подъемных станций

Мокрый колодец/погружная насосная станция

Наиболее широко устанавливаемая конфигурация в Северной Америке как для муниципального, так и для жилого применения. Погружные насосы располагаются непосредственно внутри мокрого колодца, погруженного в сточные воды. Двигатели герметично закрыты и охлаждаются окружающей жидкостью. Не требуется отдельного сухого насосного помещения. , что значительно снижает стоимость строительства и занимаемую площадь. Насосы извлекаются для обслуживания с помощью систем направляющих и подъемных цепей, не требуя входа персонала в замкнутое пространство. Погружные станции для мокрых скважин составляют более 70% новых установок канализационных насосных станций в США.

Сухая яма / станция сухих колодцев

Состоит из двух отдельных камер: мокрого колодца, куда поступают поступающие сточные воды, и примыкающего к нему сухого колодца, в котором расположены насосы и трубопроводы в сухой, доступной среде. Насосы представляют собой центробежные или самовсасывающие агрегаты с торцевым всасыванием, установленные на бетонных подушках и соединенные с мокрым колодцем через всасывающий трубопровод. Станции с сухим карьером предпочтительнее для муниципальные установки большой производительности (свыше 500 галлонов в минуту) где частота обслуживания насосов оправдывает дополнительные затраты на строительство отдельной насосной. Они позволяют техническим специалистам обслуживать насосы, уплотнения и подшипники без необходимости входа в замкнутое пространство.

Насосная станция Гриндер (Жилая)

Компактная система подъема сточных вод для одного объекта, в которой обычно используется высокоскоростной насос-измельчитель. 1–2 л.с., работа при 1750–3500 об/мин. — измельчает твердые частицы до мелкой суспензии перед прокачкой через напорную магистраль небольшого диаметра (1¼–2 дюйма). Используется в канализационных системах низкого давления (LPS), обслуживающих отдельные дома в сельской местности или в застройках, где рельеф делает самотечную канализацию неэкономичной. Одна шлифовальная станция обычно обслуживает от одной до четырех квартир и подключается к общей системе сбора низкого давления.

Сточная насосная станция

Используется после септика для перекачки осветленных сточных вод (жидкости с осажденными твердыми частицами) в дренажное поле, систему насыпей или установку аэробной очистки на большей высоте. Поскольку твердые частицы в значительной степени удаляются септиком, в канализационных насосах могут использоваться меньшие зазоры рабочего колеса и меньшие диаметры силовой части, чем в канализационных насосах, что снижает как стоимость насоса, так и стоимость установки труб.

Сборные упаковочные станции

Собранные на заводе резервуары для мокрых колодцев из стекловолокна или полиэтилена с предварительно установленными насосами, органами управления и трубопроводами доставляются на площадку в виде законченного блока, готового к немедленной установке. Сроки выполнения 4–12 недель против 12–24 недели для станций из сборного железобетона, изготовленных по индивидуальному заказу, сделать комплексные станции предпочтительным выбором для коммерческого строительства, разделения подъемных станций, обслуживающих до 500 домов, а также аварийной замены вышедших из строя существующих станций.

Когда необходима канализационная подъемная станция?

Канализационная насосная станция необходима в следующих случаях:

• Некачественная сантехника: Любой слив в ванной, прачечной или кухне, расположенный ниже уровня уличной канализационной магистрали, не может стекать под действием силы тяжести. Требуется бытовой канализационный эжектор или измельчительная насосная станция. В США примерно 1 из 5 домов с готовыми подвалами требуется эжектор сточных вод для светильников ниже уровня земли.
• Застройка низменной или равнинной местности: Подразделения и коммерческая застройка на плоских прибрежных равнинах, в поймах рек или в низинах, где уровень гравитационной канализации не может быть достигнут без выемки грунта на непрактичную глубину. Для самотечной канализации обычно требуется минимальный уклон 1/8 дюйма на фут (приблизительно 1%) ; на равнинной местности достижение такого уклона на большие расстояния требует такой глубины захоронения, которая становится экономически и геотехнически нецелесообразной.
• Удаленная или разрозненная разработка: Сельская недвижимость, палаточные лагеря, пристани для яхт и промышленные объекты, расположенные слишком далеко от муниципальной самотечной канализации, чтобы обеспечить экономическую связь. Насос-измельчитель или станция подъема пакетов разгружают воду через силовую магистраль малого диаметра на расстояние до 1–2 миль до ближайшей точки подключения самотечной канализации.
• Управление пропускной способностью муниципальной системы сбора: Крупные муниципалитеты используют промежуточные подъемные станции для управления потоком через самотечную канализационную сеть, охватывающую несколько дренажных бассейнов, — поднимая сточные воды из системы сбора одного бассейна в другую, которая стекает к очистным сооружениям.

Определение размеров канализационной подъемной станции: основные параметры конструкции

Пиковый расход

Станция должна обрабатывать пиковый часовой расход, а не средний суточный расход. Для жилых систем пиковый расход обычно рассчитывается как В 3–4 раза превышает среднесуточный поток . Подразделение из 100 домов, генерирующих в среднем 250 галлонов в день (GPD) на одно домохозяйство, производит в среднем 25 000 галлонов в день, но пиковый почасовой расход может достигать 75 000–100 000 галлонов в день (52–69 галлонов в минуту) во время утренних и вечерних пиков спроса. Недостаточный размер насоса для среднего расхода приводит к хроническому переливу мокрой скважины во время пиков.

Общий динамический напор (TDH)

TDH — это общее давление, которое должен преодолеть насос, чтобы доставить поток к точке нагнетания. Он включает в себя:

• Статическая голова: Перепад высот по вертикали между рабочим уровнем мокрой скважины и основной точкой сброса — доминирующий компонент в большинстве установок.
• Фрикционная головка: Потери давления из-за сопротивления потоку в основной трубе, рассчитанные на основе диаметра трубы, ее длины, скорости потока и потерь в фитингах.
• Незначительные потери: Обратные клапаны, запорные клапаны, колена и переходники на напорном трубопроводе — обычно 10–15% напора трения в качестве проектной надбавки.

Правильно выбранный насос обеспечивает расчетный расход при расчетном TDH. Эксплуатация насоса при TDH значительно ниже номинального приводит к тому, что его кривая производительности работает далеко вправо, что приводит к перегрузке двигателя, кавитации и ускоренному износу подшипников.

Объем влажной скважины

Рабочий объем мокрой скважины (между уровнями откачки и включения откачки) должен обеспечивать достаточное время задержки, чтобы предотвратить короткие циклы работы насоса — слишком частый запуск повреждает обмотки двигателя. Большинство производителей насосов указывают минимум 10 минут между запусками , причем для двигателей мощностью более 10 л.с. предпочтительно 15–20 минут. Рабочий объем рассчитывается как: Производительность насоса (галлонов в минуту) × Минимальное время цикла (минуты) ÷ 4 . Для насоса производительностью 100 галлонов в минуту с минимальным 10-минутным циклом минимальный рабочий объем = 100 × 10 ÷ 4 = 250 галлонов .

Сила основной скорости

Принудительный диаметр основной трубы должен быть выбран таким образом, чтобы поддерживать скорость сточных вод в пределах 2 фута в секунду (минимум, чтобы предотвратить оседание твердых частиц) и 8–10 футов в секунду (максимум, чтобы предотвратить эрозию трубы и чрезмерные потери на трение) . Стандартная цель проектирования 3–5 футов в секунду при проектном расходе.

Обзор установки: что включает в себя процесс

Установка канализационной подъемной станции — это разрешенный проект строительства, а не самостоятельная работа выше уровня эжекторного насоса в жилом доме. Последовательность монтажа типовой сборной погружной станции:

1. Обследование объекта и получение разрешения. Инженер готовит гидравлические расчеты, спецификации оборудования и планы площадки. Разрешения подаются в местный коммунальный орган или отдел здравоохранения. Сроки утверждения варьируются от От 4 недель (обычное жилое помещение) до 6 месяцев (крупные муниципальные объекты) .
2. Раскопки. Яма мокрого колодца выкапывается на необходимую глубину — обычно От 10 до 25 футов ниже уровня земли для погружных станций в зависимости от отметки инверсии входящего коллектора. Использование защитного покрытия, крепления или обезвоживания требуется в нестабильных почвах или в условиях высокого грунтовых вод.
3. Установка мокрого колодца. Секции сборного железобетона опускают в котлован и устанавливают на утрамбованное каменное основание. Станции упаковки из стекловолокна или полиэтилена высокой плотности опускаются как отдельные блоки. Бетонные манжеты против флотации балласта заливают вокруг мокрых колодцев из стекловолокна в районах с высоким уровнем грунтовых вод — пустой мокрый колодец из стекловолокна имеет достаточную плавучесть, чтобы всплывать из-под земли в насыщенной почве.
4. Трубные соединения. Входящий самотечный коллектор подключается к входу в мокрый колодец; силовая магистраль подключается к нагнетательному коллектору внутри хранилища клапана. Для всех проходов через мокрую стену колодца используются гибкие, водонепроницаемые трубные чехлы — жесткие залитые раствором соединения трескаются при дифференциальной осадке.
5. Установка насоса и направляющей. Направляющие устанавливаются вертикально и закрепляются вверху и внизу колодца. Насосы опускаются на систему направляющих и устанавливаются на нагнетательное колено — самовыравнивающееся соединение, для гидравлического соединения которого не требуются болты или инструменты.
6. Электрическое соединение. Панель управления устанавливается на бетонную подушку или настенную конструкцию рядом с мокрым колодцем. Кабели питания насоса и сигнальные кабели поплавка/датчика проложены через кабелепровод. Подключения резервного генератора и телеметрии выполняются по утвержденным электрическим чертежам.
7. Тестирование и ввод в эксплуатацию. Станция подвергается влажным испытаниям путем заполнения колодца водой и проверки запуска/остановки насоса на правильных уровнях, функции сигнализации, работы обратного клапана и показаний расходомера. Производительность насоса должна быть проверена на соответствие расчетной кривой. — Измеренные на месте расход и напор наносятся на график зависимости от кривой производителя, чтобы подтвердить правильный выбор и установку насоса.
8. Засыпка и восстановление сайта. Выемка засыпается уплотненными подъемниками. Люки доступа, рассчитанные на движение транспорта, установлены на уровне земли над мокрым колодцем и сводом клапанов. Площадка восстановлена ​​до первоначального состояния и покрыта поверхностью.

Общее время строительства сборно-комплектной станции: 2–4 недели на месте после поставки оборудования. Муниципальные станции из сборного железобетона на заказ: 2–6 месяцев в зависимости от сложности сайта.

Техническое обслуживание канализационной подъемной станции: что и когда должны делать операторы

Еженедельные проверки

• Проверьте время работы насоса и количество циклов на панели управления — аномальное увеличение указывает на рост притока (инфильтрация/приток, I/I) или снижение производительности насоса.
• Проверьте мокрый колодец на предмет скопления ветоши, жира или плавающего мусора, который может загрязнить всасывающие отверстия насоса.
• Убедитесь, что телеметрия сигналов тревоги активна и передает данные в SCADA или службу мониторинга.
• Проверьте функцию чередования рабочего/резервного насоса — оба насоса должны вращаться в рабочих циклах, чтобы обеспечить равномерный износ и подтвердить работоспособность резервного насоса.

Ежемесячное обслуживание

• Проверьте сигнализацию о высоком уровне воды, вручную подняв поплавок сигнализации или воспользовавшись функцией тестирования на панели. Убедитесь, что сигнал тревоги активируется на правильном уровне и срабатывает удаленное уведомление.
• Осмотрите свод клапанов — убедитесь, что запорные клапаны находятся в рабочем состоянии, обратные клапаны не имеют обратной утечки (протекающий обратный клапан приводит к опорожнению нагнетательной магистрали после каждого цикла работы насоса, что увеличивает частоту запусков и риск гидравлического удара).
• Осмотрите генератор (если имеется) — проверьте уровень топлива, выполните пробный пуск на холостом ходу и проверьте работу безобрывного переключателя. Генераторы, которые не проверялись более 30 дней, часто не запускаются во время реальных отключений электроэнергии.

Ежегодное обслуживание

• Извлечение и проверка насоса: Потяните каждый насос за направляющую, проверьте рабочее колесо на предмет износа или засорения, проверьте состояние механического уплотнения, измерьте сопротивление изоляции двигателя (должно превышать 1 МОм при 500 В мегомметра — показания ниже 0,5 МОм указывают на неизбежный выход из строя уплотнения или обмотки).
• Калибровка поплавка и преобразователя: Сверьте заданные значения уровня с фактическими отметками влажного колодца. Поплавки могут со временем менять положение на своих тросах; датчики могут дрейфовать. Неправильные настройки уровня приводят к коротким циклам или недостаточной депрессии в мокрой скважине.
• Влажная очистка колодцев: Пропылесосьте влажный пол колодца, чтобы удалить песок и осевшие твердые частицы. Накопление большого количества песка уменьшает рабочий объем и создает основу для образования жира и ветоши. Помещения со значительным содержанием песка следует очищать каждые 3–6 месяцев .
• Принудительная проверка главного клапана выпуска воздуха: В высоких точках силовых основных профилей накапливаются воздушные карманы, которые уменьшают проходящую площадь трубы и увеличивают высоту нагнетания. Клапаны выпуска воздуха в главных точках силовой магистрали следует включать вручную и ежегодно проверять состояние мембраны.

Плановая периодичность замены насоса

Погружные канализационные насосы, непрерывно эксплуатируемые в муниципальном хозяйстве, имеют типичный срок службы механического уплотнения 5–8 лет и a total pump life of 10–15 лет до того, как износ рабочего колеса снизит эффективность ниже допустимых порогов. Превентивная замена уплотнений каждые 5 лет — вместо работы до отказа — исключает риск катастрофического затопления двигателя и затраты на экстренную мобилизацию, связанные с незапланированной заменой мокрого насоса, который обычно работает в 3-5 раз дороже плановой замены.

Распространенные виды отказов и способы их предотвращения

Тряпкой и протрите засор

Самая распространенная причина выхода из строя насосов канализационных насосных станций в муниципальных системах. Влажные салфетки — даже с надписью «смываемые» — не распадаются в канализации и не образуют плотные, похожие на веревки массы, называемые тряска которые окружают крыльчатки насосов и глохнут двигатели. Решения включают в себя использование насосов с полуоткрытым или вихревым рабочим колесом, устойчивых к истиранию, установку тонких сеток на входе в мокрую скважину, а также кампании по просвещению общественности. Отчеты о системах, которые переходят с открытого рабочего колеса на устойчивые к засорению вихревые или канальные насосы с рабочим колесом Сокращение количества вызовов на техническое обслуживание на 60–80 %. .

Отказ механического уплотнения

Когда механическое уплотнение вала выходит из строя, сточные воды попадают в полость двигателя, вызывая короткое замыкание обмотки и полный выход двигателя из строя — обычно в течение нескольких часов после нарушения уплотнения. Современные погружные насосы включают в себя датчик обнаружения нарушения уплотнения в маслонаполненной камере уплотнения; мониторинг этого сигнала датчика позволяет операторам извлечь и повторно запечатать насос до того, как двигатель зальется. Игнорирование сигналов тревоги о неисправности уплотнения является основной причиной полной потери насоса, требующей замены, а не ремонта.

Сбой питания без резервного копирования

Подъемная станция без резервного питания, в которой произошел сбой в сети, переполнит свою мокрую скважину в течение периода времени, определяемого скоростью притока, разделенной на объем мокрой скважины. Станция, рассчитанная на приток 100 галлонов в минуту, с аварийным хранилищем емкостью 500 галлонов над уровнем насоса. 5 минут защиты от переполнения после выхода из строя насоса. Резервные генераторы, портативные розетки для быстрого подключения генераторов или насосные системы с батарейным питанием не являются обязательными для любой станции, обслуживающей более чем небольшое количество объектов недвижимости.

Водяной молот

Когда насос останавливается, столб сточных вод в магистрали внезапно замедляется, создавая скачок давления (гидравлический удар), который может привести к растрескиванию соединений труб, повреждению обратных клапанов и сокращению срока службы насоса. Меры профилактики включают в себя медленно закрывающиеся обратные клапаны, ограничители перенапряжений и клапаны выпуска воздуха/вакуума в основных точках силы. Силовые магистрали длиной более 500 футов со значительным статическим напором должны включать анализ гидроудара на этапе проектирования.

Стоимость канализационных подъемных станций: что учесть в бюджете

Капитальные и эксплуатационные затраты сильно различаются в зависимости от размера станции, условий площадки и уровня технических характеристик:

Крупнейшим фактором стоимости жизненного цикла является не сама станция, а форс-мэйн . Для средних и крупных станций строительство основных сил — трубы, траншеи, засыпка, восстановление дорог — обычно представляет собой 40–60% от общей стоимости проекта . Выбор меньшего диаметра основной силовой части позволяет сэкономить первоначальные затраты на трубу, но увеличивает потери на трение, что требует использования насоса большего размера и более высокого энергопотребления в течение 25–40 лет срока службы станции. Анализ стоимости жизненного цикла, сравнивающий варианты диаметров труб, является стандартной частью гидравлического проектирования любой силовой магистрали длиной более 1000 футов.

Соблюдение нормативных и экологических требований

Станции подъема сточных вод регулируются на федеральном уровне, уровне штата и на местном уровне. Операторы должны понимать ключевые требования соответствия:

• Переливы канализации (СПС): Любой перелив сточных вод из подъемной станции в окружающую среду — будь то из-за отказа насоса, отключения электроэнергии или перелива мокрой скважины — является событие, подлежащее отчетности в соответствии с Законом о чистой воде и most state NPDES permit programs. Failure to report an SSO within the required timeframe (typically 24 hours to the state environmental agency) carries significant penalties. Operators must maintain overflow response logs regardless of whether a formal report is required.
• Сертификация оператора: Во всех штатах США для эксплуатации канализационной подъемной станции, являющейся частью общественной системы сбора сточных вод, требуется лицензированный оператор системы сбора сточных вод. Требуемый уровень сертификации (уровни от I до IV в большинстве штатов) зависит от мощности и сложности станции.
• Вход в замкнутое пространство: Вход в мокрый колодец для технического обслуживания классифицируется как работа в замкнутом пространстве, требующая разрешения согласно OSHA 29 CFR 1910.146. Для входа необходимы атмосферные испытания, постоянный мониторинг воздуха, сопровождающий на поверхности, спасательное оборудование и письменное разрешение на въезд. Несоблюдение процедур в замкнутом пространстве является основной причиной несчастных случаев со смертельным исходом при обслуживании канализационных систем: каждый год в стране происходит множество смертельных случаев в результате воздействия H₂S (сероводорода) в невентилируемых мокрых колодцах.
• Мощность, управление, эксплуатация и обслуживание (CMOM): Структура CMOM Агентства по охране окружающей среды требует, чтобы операторы муниципальных систем сбора документировали мероприятия по техническому обслуживанию, отслеживали SSO и демонстрировали достаточную мощность относительно фактического притока, включая программы сокращения инфильтрации/притока для устаревших систем.