Kanalizacja – zasady doboru rurociągów tłocznych i pomp. Pod ciśnieniem

System kanalizacji ciśnieniowej jest układem technologicznym, którego podstawowym celem jest przetransportowanie ścieku do określonego miejsca tak, by ściek w tym czasie nie pogorszył swoich właściwości.

W artykule przedstawiono zasady doboru rurociągów tłocznych i pomp.

System kanalizacji ciśnieniowej należy rozpatrywać jako ciąg zdarzeń, w którym każdy element układu determinuje procesy zachodzące w następnym elemencie tego systemu.

Artykuł ten – pierwszy z cyklu trzech – przedstawia podstawowe zagadnienia związane z systemami kanalizacji ciśnieniowej. Przedstawiono w nim podstawowe zasady doboru rurociągów tłocznych, pomp tłoczących ścieki do tych rurociągów, a także obowiązujące w tym zakresie normy oraz wpływ założeń do projektu na efekt końcowy.

W drugim zostaną przedstawione zagadnienia związane z przepompowniami ścieków, ich poprawną konstrukcją, materiałami na zbiorniki przepompowni oraz wyposażeniem technologicznym.

W trzecim zostaną omówione problemy związane z zagniwaniem ścieków, przyczynami ich powstawania i sposobami ograniczenia tych niekorzystnych zjawisk.

Kanalizacja ciśnieniowa

Systemy kanalizacji ciśnieniowej są alternatywą dla tradycyjnej kanalizacji grawitacyjnej i znajdują zastosowanie w przypadku rozłożystych terenów mieszkalnych o niekorzystnej topografii lub ukształtowaniu, gdzie wykonanie tradycyjnego systemu grawitacyjnego z różnych powodów jest nieefektywne. W kanalizacji ciśnieniowej ścieki są tłoczone za pomocą pomp poprzez rurociągi tłoczne i transportowane do studni rozprężnej lub bezpośrednio na oczyszczalnie ścieków.

Sprawność system kanalizacji ciśnieniowej zależy od przygotowania projektu zgodnego z normami i ze sztuką inżynierską, na podstawie którego dokonuje się doboru optymalnych, a równocześnie nowoczesnych urządzeń o wysokiej sprawności i niezawodności.

System kanalizacji ciśnieniowej
Przykładowy system kanalizacji ciśnieniowej

Przykładowy system kanalizacji ciśnieniowej jest pokazany na rysunku nr 1. Składa się on z przydomowych przepompowni ścieków, przepompowni strefowych i sieciowych. Ścieki wpływające do przepompowni są pompowane na oczyszczalnie poprzez układ rurociągów tłocznych za pomocą zabudowanych pomp.

Projektowanie systemu kanalizacji ciśnieniowej

Projektowanie kanalizacji ciśnieniowej można podzielić na dwa etapy: założenia do projektu oraz proces właściwego projektowania. W trakcie uzgadniania założeń do projektu konieczne jest ustalenie, najlepiej z zakładami wodociągowymi lub instytucjami odpowiedzialnymi za gospodarkę wodno-ściekową, średniego zużycia wody przez mieszkańców na danym obszarze, planów w zakresie dodatkowych przyłączy w przyszłości oraz ewentualnej sezonowości przebywania osób na danym obszarze. Sezonowość dotyczy przede wszystkim obszarów turystycznych.

Rezultaty prac na tym etapie mają zasadniczy wpływ na prawidłowość działania systemu kanalizacji ciśnieniowej wykonanego na bazie powstałego projektu.

Ściek napływający do przepompowni inicjuje – poprzez czujniki poziomu układu sterowania – załączenie pompy i tłocznie ścieku rurociągiem tłocznym do studni rozprężnej. Pompa pracuje w punkcie o określonej wydajności Q i ciśnieniu (wysokości podnoszenia) H. Punkt ten znajduje się na przecięciu krzywej charakterystyki pompy i charakterystyki strat rurociągu.

System kanalizacji ciśnieniowej - charakterystyka
Przykładowa charakterystyka rurociągu i pompy oraz punkt pracy pompy

Na rysunku 2 przedstawiono przykładową charakterystykę rurociągu i pompy oraz punkt pracy pompy. W celu wyznaczenia punktu pracy są nam potrzebne dane z założeń do projektu, to znaczy: ilość ścieku napływającego do przepompowni w jednostce czasu,  długość rurociągu tłocznego oraz jego profil. Na podstawie tych danych można obliczyć punkt pracy pompy dla zadanej średnicy rurociągu tłocznego.

W praktyce punkt pracy dobranej pompy oblicza się przy pomocy specjalistycznych programów, które udostępnia każdy renomowany producent pomp. Przed rozpoczęciem obliczeń należy ustalić z profilu rurociągu tłocznego, czy będziemy mieli rurociąg w całości wypełniony pompowanym medium czy częściowo z pęcherzami, balonami powietrza.

Straty w rurociągu tłocznym o tej samej długości i średnicy w przypadku całkowitego lub częściowego wypełnienia znacznie się różnią, a tym samym nie można zastosować pompy o tych samych parametrach. Dla rurociągu o pełnym wypełnieniu straty będą zawsze mniejsze niż w rurociągu częściowo wypełnionym, co wiąże się z tym, że w pierwszym przypadku możemy zastosować pompę o mniejszych parametrach niż w drugim.

W praktyce często występuje problem, że pompa w jednym rurociągu przepompowuje ścieki, a w drugim nie, mimo że są one o tej samej średnicy i długości. Wynika to właśnie z różnego stopnia wypełnienia rurociągu pompowanym medium.  Kolejnym parametrem prawidłowo dobranej pompy jest jej wydajność, która powinna zapewnić przy zadanej średnicy rurociągu tłocznego prędkość tłoczonego medium minimum 0,7 m/s.

Mówi o tym norma PN-EN 1671. Ta prędkość ogranicza możliwość występowania sedymentacji i osadzania się części stałych w rurociągu. W programach doboru pomp mamy możliwość wyboru różnych średnic rurociągu tłocznego do odliczeń, a tym samym uzyskujemy różne punkty pracy pomp.

Znając minimalną wydajność, z jaką musi pracować pompa, by w rurociągu o określonej średnicy pompowane medium osiągnęło prędkość V = 0,7 m/s, możemy stwierdzić, czy obliczony punkt pracy dla zadanego rurociągu jest odpowiedni czy nie. W tabeli przedstawiono wydajność, z jaką musi pracować pompa, żeby pompowane medium miało prędkość 0,7 m/s dla różnych średnic rurociągu.

W przypadku napływu do przepompowni ścieku w objętości porównywalnej do objętości ścieku wypompowywanego w określonym przedziale czasowym należy obliczyć ilość załączeń pompy w tym przedziale i sprawdzić z dopuszczalną ilością podawaną przez producenta. Parametr ten sprawdzamy dla okresu maksymalnego napływu ścieku do przepompowni, który zwykle ma miejsce w godzinach wieczornych.

Następnym bardzo ważnym parametrem systemu kanalizacji ciśnieniowej jest czas przebywania ścieku w rurociągu tłocznym. W punkcie 5.4.3 normy PN-EN 1671 zaleca się, by ścieki nie były przetrzymywane wewnątrz systemu dłużej niż 8 godzin.

Doświadczenia w eksploatacji systemów kanalizacji ciśnieniowej w ostatnich latach wyraźnie wskazują na konieczność lub wręcz wymóg zachowania tego parametru, a w niektórych przypadkach jego obniżenia do 6 lub 4 godzin.

Problemy z zagniwaniem ścieków, korozja zbiorników betonowych, powstawanie nieprzyjemnych zapachów – to tylko niektóre problemy, z jakimi mamy do czynienia w przypadku, gdy te czasy są większe od zalecanych. Z kolei wiedząc, jaką mamy zmienność napływu ścieku do przepompowni w czasie doby, trudno jest zaprojektować układ, który spełniałby te zalecenia normy.

Czas przebywania ścieków w rurociągu tłocznym wynosi:

T = V/Q,
gdzie:
V – objętość rurociągu tłocznego (m³),
Q – ilość napływającego ścieku do przepompowni (m³/h).

W obliczeniach tych należy jeszcze uwzględnić czas przebywania ścieków w przepompowni.

maksymalną długość rurociągu tłocznego dla czasu przebywania ścieku w rurociągu wynoszącego 2 godziny, w zależności od napływów do przepompowni i średnicy rurociągu
Maksymalną długość rurociągu tłocznego dla czasu przebywania ścieku w rurociągu wynoszącego 2 godziny, w zależności od napływów do przepompowni i średnicy rurociągu

Na wykresie nr 1 przykładowo przedstawiono maksymalną długość rurociągu tłocznego dla czasu przebywania ścieku w rurociągu wynoszącego 2 godziny, w zależności od napływów do przepompowni i średnicy rurociągu. Z wykresu możemy odczytać, że dla napływu Q = 1,5 m³/h maksymalna długość rurociągu o średnicy wewnętrznej 141 mm (DN 150) wynosi 200 m,  a dla rurociągu o średnicy wewnętrznej 66 mm (DN 75) już ponad 800 m.

Można więc stwierdzić, że zalecany czas przebywania ścieku w rurociągu, którego średnica została tak dobrana, by ściek był tłoczony z prędkością 0,7 m/s, determinuje maksymalną długość rurociągu tłocznego. Mówiąc wprost, nie można projektować rurociągu tłocznego o dowolnej długości i dobierać pompy tak, by przepompowały ściek do studni rozprężnej.

Dobrana w ten sposób pompa będzie przewymiarowana, a parametry ścieków przepompowanych na oczyszczalnie będą dalekie od oczekiwanych i podniosą koszty ich oczyszczenia.

zasady doboru rurociągów tłocznych Tabela
zasady doboru rurociągów tłocznych Tabela

Założenia do projektu

Załóżmy, że do projektu przyjęto zużycie wody, a tym samym ilość wytworzonych przez mieszkańca ścieków, na poziomie 150 l/dobę. Dla rurociągu tłocznego DN 50 o długości 100 metrów i podłączonych do niego 10 mieszkańców czas przebywania ścieków wynosi 3,3 godziny. Na obszarach, gdzie zużycie wody na mieszkańca wynosi 100 l/dobę, dla tych samych parametrów rurociągu, czas przebywania ścieku w przedmiotowym rurociągu wynosi już 4,9 godziny.

W konsekwencji mamy do czynienia z powstawaniem w instalacji siarkowodoru, który powoduje korozję elementów systemu, powstawanie nieprzyjemnych zapachów i problemy technologiczne na oczyszczalni ścieków.

Powyższe obliczenia potwierdzają tezę przedstawioną na początku artykułu: dobre założenia są koniecznym warunkiem dobrego projektu.

Arkadiusz Wolnik

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij