Oto 8 najczęstszych błędów w projektowaniu systemu pompowania ścieków

System pompowy składa się z przepompowni ścieków sanitarnych, rurociągów tłocznych oraz studni rozprężnych. Pojedyncza przepompownia kanalizacji sanitarnej, która współpracuje z rurociągiem tłocznym bez laterali ciśnieniowych to najprostszy typ systemu. Często mamy do czynienia z dużymi systemami pompowymi, które obsługują aglomeracje. W skład takich systemów może wchodzić wiele przepompowni oraz dobrze rozbudowane odgałęzienia rurociągów ciągnące się przez wiele kilometrów. O ile błąd złego doboru w prostych systemach można stosunkowo łatwo skorygować, to w dużych systemach jest on bardzo trudny do naprawienia. Skutkuje to wysokimi kosztami inwestycyjnymi (budżet dostępny dla Inwestora), kosztami eksploatacyjnymi, energii elektrycznej, napraw oraz uciążliwościami środowiskowymi (głównie emisja odorów). Aby uniknąć podstawowych błędów, należy przyjąć właściwe założenia projektowe.

A. Na podstawie racjonalnych wskaźników określić bilans wodny (potrzeby wodne).

B. B. Wyznaczyć współrzędne charakterystyczne układu, zwracając szczególną uwagę na rzędne.

• Określenie lokalizacji przepompowni ścieków
• Maksymalne rzędne na tej trasie
• Współrzędne dla rozbudowy kanalizacji (wyloty grawitacyjne).

C. Przyjąć program pompowania:

• Pompowanie seryjne (od przepompowni, do przepompowni)
• Pompowanie równoległe (każda stacja przepompowni ścieków sanitarnych może pracować z jednym rurociągiem)
• pompowanie szeregowo-równoległe (układ mieszany).

Ważne jest, jakie zaplecze i zasoby techniczne posiada firma eksploatująca sieci kanalizacyjne na analizowanym terenie i czy stać ją na utrzymanie i modernizację systemu zgodnie z propozycją Projektanta.

Jakie są największe błędy w projektowaniu przepompowni?

BŁĄD 1 - przewymiarowanie systemu

Różnica pomiędzy teoretycznie obliczoną objętością ścieków dopływających do przepompowni a rzeczywistym zapotrzebowaniem na pompę nazywana jest przewymiarowaniem. Nieuzasadnione zużycie energii elektrycznej również może być oznaką przewymiarowania. Najczęściej jest to niedopasowanie systemu do potrzeb.

• Przeszacowanie bilansu ścieków
• Realizacja systemów docelowych bez fazy przejściowej
• SIWZ z błędną specyfikacją techniczną (SIWZ), która zawiera jedynie oczekiwane parametry Q i H dla pomp.

Przeszacowanie bilansu może być spowodowane niewłaściwymi wskaźnikami ilości ścieków na mieszkańca lub uznaniowymi współczynnikami nierównomierności. Błąd ten potęguje się, gdy przypadkowy dopływ wody jest uwzględniony jako margines bezpieczeństwa. Margines ten może być różny w zależności od poziomu strachu Projektanta. Może on wynosić od 5 do 15%. Opieranie się na informacjach od spółek eksploatacyjnych o sprzedaży wody może prowadzić do błędnych wniosków. Ilość wody produkowanej i sprzedawanej przez SUW często znacznie różni się od sprzedaży obliczonej na podstawie odczytów wodomierzy indywidualnych. Wskaźnik ogólny na poziomie 3,5/4,0 L/s/1000 Mk jest najdokładniejszy do wymiarowania układów pompowych obsługujących budynki mieszkalne. Na terenach wiejskich należy stosować wskaźnik o niższej wartości.

Realizacja bez etapu przejściowego układów docelowych jest działaniem wynikającym z założenia, że cel jest blisko lub z braku refleksji na ten temat. Efektem jest uciążliwość dla środowiska z powodu emisji odorów ze ścieków, które płyną zbyt długo, niezależnie od przyczyny. Sytuację tę można skorygować, instalując dwururowe systemy pompowe. Jednak tylko w przypadku, gdy przepompownia ścieków sanitarnych jest zaprojektowana pod kątem docelowych wymagań. Przykładem na dużą skalę jest "koło kanalizacyjne" w Słupsku, mierzące około 10 km długości. Została wybudowana w 2016 roku i od tego czasu działa. Inną opcją jest przesyłanie ścieków z wykorzystaniem średnicy optymalnej dla aktualnego przepływu, z możliwością retencji lub napowietrzania w okresie docelowym. Przykładem może być przesył ścieków z Sianowa do oczyszczalni ścieków w Koszalinie, Jamno w odległości ok. 14 km.

Podanie w SIWZ tylko oczekiwanych parametrów Q i H pomp bez podania nazwy producenta i właściciela powoduje wtórny dobór pomp przy realizacji. Jest to często sprzeczne z zamierzoną intencją Projektanta. Wyłoniony Wykonawca będzie często zwracał się do różnych producentów pomp określając tylko parametry Q i H. W odwrotnym przypadku oferta zawiera zapis "Producent nie ponosi odpowiedzialności za dokładność parametrów doboru pomp." Możliwe jest, że rzeczywiste potrzeby będą się różnić od parametrów pomp przyjętych do realizacji.

Przykład:

Przepompownia ścieków sanitarnych została wybudowana w celu odprowadzenia ścieków z miejscowości liczącej 300 Mk.

• Projektowana Q = 2,1x1,15 = 2,42l/s
• Głowica całkowita H = 40,0m bgs.

Projektant dobrał pompę dla firmy "A" korzystając z odpowiedniego programu producenta o rzeczywistych parametrach.

• Q = 2,50 L/s
• Wysokość H = 40,2 m n.p.m.
• Moc nominalna P2 = 4,0kW

Wykonawca otrzymał ofertę od firmy "B" na pompę, która miała parametry.

• Q = 2,63 L/s
• Głowa Hg = 47,8 m wody słonej
• Moc nominalna P2 = 9,2kW

Rozbieżności po wyborze wtórnym:

• Zwiększona rezerwa wyładowcza z 15% do 25%.
• Moc pompy zwiększona 2,3 razy

Rzeczywiste nazwy producentów pomp ukryte są pod literami "A", i "B".

Łatwo sobie wyobrazić skutki "selekcji wtórnej", jeśli układ pompowy składa się z wielu pompowni.

BŁĄD 2 - Stosowanie pomp niewłaściwego typu

Nie ma złych pomp, są tylko złe zastosowania. Te pompy są używane w miejskich przepompowniach:

• Małe pompy bez swobodnego przelotu: pompy wyporowe, pompy wirowe typu grinder.
• Pompy średnie z wolnym przelotem do 80/100 mm: Pompa wirowa SuperVortex, ślimakowa pompa wirowa, półotwarta pompa wirowa.
• Duże pompy o przelocie większym lub równym 150 mm: Jednokanałowe zamknięte pompy wirowe, oraz wielokanałowe zamknięte pompy imitujące.

Aby cała przepompownia ścieków sanitarnych działała sprawnie, kluczowe jest dobranie odpowiedniej konstrukcji hydraulicznej pompy. Zły dobór może doprowadzić do zatkania, co spowoduje, że pompa przestanie działać, zostanie odstawiona do naprawy, wyczyszczona do serwisu i ponownie uruchomiona. Naprawy mogą być kosztowne zarówno pod względem personelu, jak i materiałów.

Pompa, która nie pracuje prawidłowo, powinna być uznana za pompę niesprawną. Jest to najważniejsze kryterium oceny jej przydatności. Niedziałająca pompa nie przynosi użytkownikowi żadnych korzyści. Niezawodność powinna być najwyższym priorytetem w hierarchii wartości pomp. Dopiero w następnej kolejności są takie kryteria jak sprawność, klasa zużycia energii, szczegóły konstrukcyjne. Uszkodzona pompa to taka, której nie da się naprawić lub wymienić w krótkim czasie. Normalny czas potrzebny operatorowi na usunięcie problemu to 48 godzin.

Fascynujące jest to, że pompy starsze niż dekada o ciężkich konstrukcjach są nadal dostępne w zasobach przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych. Pompy obecnie dostępne na rynku przez europejskich producentów nie są przystosowane do długotrwałej pracy i można je wymienić na drogie części zamienne.

Niewłaściwy dobór pomp jest często dokonywany na etapie projektowania. Pompy rozdrabniające najlepiej sprawdzają się w instalacjach wymagających dużych i bardzo dużych podnośników, do 65 m, przy małych pojemnościach do 5 l. Pompy te mają tę wadę, że nie wytrzymują zbyt długo, ponieważ rozdrabniacz jest stale zapiaszczany. Jednak rozdrabniacz może być nadal używany na terenach wiejskich przy małej częstotliwości zaangażowania.

Na podstawie prawie 40-letniego doświadczenia z pompami zatapialnymi w Polsce wiadomo, że pompy z "wirnikami Vortex" mają najlepszą trwałość i odporność na zapychanie. Wirniki te wirują ciecz wewnątrz korpusu pompy przy minimalnym kontakcie z ciałami stałymi. Ciecz przepływa obok wirnika i porywa ze sobą ciała stałe, w tym długie włókna. Pompy te mogą pompować ścieki o zawartości do 8% suchej masy i dużej zawartości gazów. Dotyczy to również przepompowni ścieków. Niska sprawność na poziomie 16 / 32%, szybki wzrost poboru mocy i rosnąca wydajność to wady "pomp wirowych Vortex".

Najwięcej problemów powstaje w związku z pracą pompy ściekowej. Wynika to z zastosowanych uszczelnień szczelinowych oraz konieczności regulacji tzw. "przestrzeni czołowej" (0,7 + 0,2 mm pomiędzy wirnikiem a korpusem pompy). Pompy do ścieków mogą pompować ścieki o zawartości do 3% suchej masy. Pompy te są podatne na zatkanie z powodu wad lub nieregularności w szczelinie. Na wlocie powinna być zainstalowana gęsta krata lub sito. Pompy kanałowe najlepiej nadają się do pompowania wód opadowych i ścieków po mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń.

Pompy kanałowe są popularne, ponieważ charakteryzują się wysoką sprawnością sięgającą 60%. Na rynku dostępne są również pompy z ulepszonym wirnikiem.

• Dzięki najnowocześniejszej technologii
• Wirnik rurowy
• Z adaptacyjnym wirnikiem samoczyszczącym

W ostatnich latach w sieciach kanalizacyjnych pod ciśnieniem stosowane są pompy do budowy przepompowni ścieków. Istotnym elementem konstrukcyjnym jest separator zanieczyszczeń. Strumień pompowanych ścieków porywa oddzielone złomki i przechodzi przez wirnik. Jest to ciekawy przykład zastosowania pomp kanałowych w systemach pompowych, które nie są podłączone do oczyszczalni ścieków.

BŁĄD 3: Złe współdziałanie pompy.

Jeżeli rzeczywisty punkt pracy pompy ściekowej nie znajduje się na krawędzi krzywizny charakterystycznej lub z niej "wypada", to będzie ona słabo współpracować. Można to ustalić na etapie obliczeń, jeśli projektant ma doświadczenie i potrafi zinterpretować swoje obliczenia. Zdarza się, że pompa przestaje pompować lub źle się zachowuje, gdy pracuje sama.

Poniższa kolejność jest dobrą zasadą przy wyborze produktu:

1. Sprawdzić, czy każda pompa działa niezależnie od pozostałych w systemie.
2. Sprawdzenie wzajemnej współpracy

Ponieważ istnieje wiele możliwych kombinacji pomp, które można sprawdzić, zagadnienie współpracy pomp wymaga dokładnej analizy.

Głównym zakresem sprawdzenia powinno być określenie współpracy największej pompy z każdą z pozostałych pomp. Ważne jest również określenie ile pomp może współpracować równolegle bez dławienia się nawzajem do tego stopnia, że pompowanie staje się niemożliwe. Pompy Grinder pozwalają na współpracę dużych układów pompowych. Jest to możliwe dzięki ich stromej charakterystyce (tzn. charakterystyce, która ma dużą wysokość podnoszenia i małą wydajność. W niektórych przypadkach można zastosować pompy wyporowe o charakterystyce zbliżonej do pionowej. Pozwala to na dobrą współpracę. Współpraca pomp opartych na jednym typie pompy nie jest możliwa w przypadku systemów o większych wydajnościach. W celu uzyskania dobrych wyników w takich przypadkach można zastosować wtrącenia boczne z pompami SuperVortex lub pompami rozdrabniającymi.

BŁĄD 4 - Pompownia kanalizacji sanitarnej zlokalizowana na wyższej rzędnej w stosunku do wylotu

W praktyce często stosuje się pompowanie ścieków w miejsce kanalizacji grawitacyjnej pomimo spadku terenu w kierunku odbiornika ścieków. Wynika to z rozległości systemu lub z konieczności pokonania przeszkód terenowych, takich jak cieki wodne czy wzniesienia na trasie rurociągu. Rozwiązania powinny uwzględniać zabezpieczenia przed niwelacją układu w przypadku zlokalizowania przepompowni ścieków sanitarnych wyżej niż wylot rurociągu tłocznego. Aby uniknąć błędów na etapie projektowania, należy zawsze porównywać poziomy ścieków w zbiorniku przepompowni do rzędnej wylotu ścieków. Problem ten można zidentyfikować na etapie rysowania profilu dla układu pompowego. Gorzej jest, gdy równolegle do istniejących układów pompowych podłączona jest druga przepompownia ścieków sanitarnych. W takich przypadkach Projektant zazwyczaj nie analizuje całego układu, a jedynie uwzględnia ciśnienie włączenia, które operator podał w "warunkach technicznych". Aby uniknąć problemów spowodowanych zjawiskiem "lewara", dobrze jest zainstalować zawór odpowietrzający bezpośrednio za przepompownią ścieków, aby:

• Przerwania strumienia cieczy w przypadku wystąpienia zjawiska levellera
• Wstępne usunięcie powietrza z pompowanej objętości cieczy

BŁĄD 5 - Nieprawidłowy wybór miejsca rozbudowy ścieku.

Błędem jest rozbudowa ścieków na terenach mieszkalnych. Miejsca rozbudowy mogą być silnym źródłem emisji gazów kanalizacyjnych, zwłaszcza siarkowodoru. Najlepszymi miejscami do rozbudowy ścieków są oczyszczalnia lub tereny niezabudowane. Postulat ten jest najbardziej przydatny na terenach wiejskich. Natomiast w miastach rzadko można znaleźć miejsce, które poradzi sobie z rozprężaniem ścieków. Należy zadbać o zainstalowanie skutecznych filtrów w każdym miejscu, gdzie występuje niedopuszczalna emisja odorantów (powyżej dziesięciu ppm). Dla mniejszych zakładów stosuje się filtry z przepływem grawitacyjnym. W przypadku większych zakładów stosuje się filtry z wymuszonym przepływem przez wentylator wyciągowy lub z wymuszonym przepływem. Ze względu na konieczność okresowej wymiany wkładu filtracyjnego, filtry dezodoryzujące mogą być bardzo kosztowne w eksploatacji. Należy dążyć do takich rozwiązań, aby za wszelką cenę ograniczyć punkty rozprężania ścieków, nawet jeśli oznacza to wydłużenie przewodów odprowadzających.

Błędem jest rozszerzanie się ścieków w zbiorniku przy innej przepompowni z powodu:

• Niebezpieczeństwo zatrucia pracowników wykonujących czynności konserwacyjne
• Napowietrzanie pomp jest możliwe, gdy w objętości retencyjnej występuje wysoka karbonatyzacja.
• Jeśli materiałem zbiornika jest najczęściej beton, to będzie on korodował.

Zaleca się rozszerzenie wszystkich portów pompowych w studzience zlokalizowanej w pobliżu zbiornika przepompowni. Studzienka ta powinna być wyposażona w filtr antyodorowy. Do poszerzenia studzienek należy stosować materiały niekorodujące, takie jak polimerobeton i plastik.

BŁĄD 6 - Słabe odpowietrzenie instalacji

Złe odpowietrzenie prawie zawsze wynika z niedostatecznej analizy terenu przy projektowaniu danej przepompowni ścieków sanitarnych. Odpowietrzniki powinny być zawsze zlokalizowane:

• Na każdej najwyższej i najniższej elewacji
• Tuż za przepompowniami ścieków znajdują się
• W miejscach dławienia przepływu

Może występować długi odcinek wznoszący się/opadający. Odpowietrznik w najwyższym punkcie nie rozwiąże problemu, ponieważ jego wydajność jest zbyt mała, aby usunąć gazy w wymaganym czasie. W takim przypadku najlepiej rozbić długi odcinek na mniejsze części, które można połączyć odpowietrznikami w odległości od 500 do 800 metrów. Nie należy dopuścić do powstania podciśnienia na końcach rur tłocznych. Tolerancja dla rur tłocznych PE o średnicy O160 na podciśnienie nie jest większa niż 0,85 bar ( 85 ).

Projektant mógł podjąć świadomą decyzję o nieumieszczeniu odpowietrznika w najwyższym miejscu ze względu na warunki terenowe lub prawne. Należy to uwzględnić w obliczeniach hydraulicznych i dodać do głowicy pompy odpowiednią rezerwę ciśnienia.

BŁĄD 7 - Duża ilość dopływów do zbiornika przepompowni.

Błędem projektowym jest uwzględnienie wielu dopływów do zbiornika przepompowni, szczególnie jeśli chcemy rozbudować ścieki z innych układów pompowych. Zaprojektowanie zbyt dużej ilości dopływów do zbiornika może mieć negatywne skutki takie jak:

• Wytworzenie się znacznej ilości gazów gazowych.
• Deflektory wyładowań mogą skomplikować konstrukcję wyposażenia wewnętrznego.
• Na etapie realizacji wystąpiło zamieszanie związane z określeniem wysokości i kierunków dopływów.
• Lustrzane odbicia przekroju poziomego na etapie produkcji zbiornika
• Działania naprawcze wymagały wykonania cięć napływowych.

Idealnym rozwiązaniem jest zbiornik z tylko jednym wlotem. Zbiornik musi być również zlokalizowany w tej samej osi co rura tłoczna. Dobrym pomysłem jest zlokalizowanie przy przepompowni otworu przyłączeniowego dla wszystkich dopływów, a także połączenie obu obiektów w strefie przydennej kanałem z zasuwą w zbiorniku przepompowni.

BŁĄD 8 - Niewystarczająca odporność chemiczna w obiektach

Odporność chemiczna to problem, który dotyczy zbiornika, wyposażenia wewnętrznego oraz urządzeń sterujących przepompowni ścieków sanitarnych. Spowoduje to konieczność wymiany przepompowni przez użytkownika po kilku latach.

Zbiorniki przepompowni, które są wykorzystywane do budowy przepompowni typu mokrego muszą być odporne na korozję siarczanową. Polimerobeton jest najlepszym materiałem na zbiorniki o średnicy 2,5 m. Zbiorniki betonowe powinny być klasy C40/50 i pokryte powłoką ochronną. W zbiornikach betonowych nigdy nie należy stosować kwaśnych reagentów takich jak PIX czy Ferrox. W przypadku ścieków zatrzymywanych w zbiornikach betonowych nie zaleca się stosowania Ferroxu lub PIXu. Zbiorniki z tworzyw sztucznych są odporne na korozję chemiczną i powinny być stosowane tylko w przypadku małych przepompowni, ponieważ pod wpływem nacisku gruntu mogą stracić swój okrągły przekrój.

Najczęściej kwestionowanym elementem przepompowni jest wyposażenie wewnętrzne. Wynika to z wczesnych oznak korozji i widocznych śladów. Należy pamiętać, że nie każda stal nierdzewna jest odporna na korozję. Należy stosować następujące gatunki stali wg AISI:

• 304 L - Do produkcji elementów konstrukcyjnych i detali, które nie mają bezpośredniego kontaktu ze ściekami
• 316 L - Do budowy detali wyposażenia, które są narażone na działanie ścieków (stal o podwyższonej odporności chemicznej).

Producenci przepompowni zobowiązani są do stosowania w standardzie stali 304 L, ponieważ jest ona tańsza dla klientów.

Urządzenia sterujące (elektryczna aparatura łączeniowa) są również podatne na korozję ze względu na warunki atmosferyczne, opary pochodzące z przepompowni przez przewody wentylacyjne oraz przenikanie gazu przez osłonę przewodów elektrycznych.

Do najczęstszych błędów prowadzących do szybkiego zniszczenia urządzeń elektrycznych należą:

• Wykonanie obudowy sterowni ze zwykłej stali malowanej
• Wykonanie ogrzewania rozdzielni przy braku wentylacji
• Brak przewodów uszczelniających na podejściu do rozdzielnicy (dławiki).
• Nieuszczelnione powłoki kabli