Co to jest tłocznia pneumatyczna i jakie wypływają korzyści z jej zastosowania?

Artykuł sponsorowany: EkoWodrol Sp. z o.o.

Zanim odpowiemy na pytanie „Co to jest pneumatyczna tłocznia ścieków?”  warto na początek poznać ogólny podział przepompowni wody brudnej i ścieków fekalnych. Można to sprowadzić do dwóch kategorii:

1. przepompownie „mokre”, gdzie pompa zanurzona jest w medium pompowanym,
2. przepompownie „suche”, gdzie występuje podział na komorę suchą z bezpośrednim dostępem do pomp i odrębny zbiornik retencyjny pompowanego medium, w tym:

• przepompownie bez separacji skratek na dopływie
• przepompownie z separacją skratek na dopływie
• przepompownie z pompami samozasysającymi
• przepompownie pneumatyczne:
  • przepompownie podciśnieniowe z urządzeniem próżniowym
  • przepompownie ciśnieniowe z agregatem sprężarkowym

Przepompownia ciśnieniowa ze sprężarką zwaną też jako tłocznia pneumatyczna ostatnio przeżywa renesans z uwagi na wiele bezsprzecznych zalet cenionych w rozległych układach pompowych. Mówimy o renesansie przepompowni pneumatycznej dlatego, że w historii techniki pompowej pojawiła się ona już dawno. Znana realizacja w Polsce dotyczy miasta Olsztyna gdzie 29 lipca 1899 r. oddano do użytku tzw. „System Shone’a”. Sprężone do 3 atmosfer powietrze wytwarzane było przez agregat sprężarkowy napędzany maszyną parową. Gdy stan ścieków w urządzeniu tłocznym osiągnął określony poziom, mechanizm pływakowy otwierał zawory w zbiorniku sprężonego powietrza. Rozprężane powietrze wypychało ścieki z ejektora Shone’a dalej do rurociągów. Rozległy system kanalizacyjny z 7 stacjami pompowymi przetrwał do końca lat 60 XX w. i został wyłączony z eksploatacji głównie z uwagi na brak części zamiennych i nieszczelność przewodów.

Idea urządzenia pompowego wg systemu Shone’a

Idea współczesnego rozwiązania SZUSTER system

Pneumatyczna tłocznia ścieków – 5 głównych zalet

1

Możliwość transportu ścieków na duże odległości

W przepompowniach pneumatycznych stosuje się zwykle sprężarki łopatkowe w zakresie ciśnień roboczych od 8 do 13 bar, co w praktyce pozwala na wykonywanie instalacji tłocznych o wysokości podnoszenia od 50 do 100 m sł.w. Jest to przedział raczej niedostępny dla tradycyjnych pomp odśrodkowych do ścieków. W zakresie wysokości podnoszenia ścieków z instalacjami pneumatycznymi mogą konkurować jedynie rzadko stosowane szeregowe połączenia pomp odśrodkowych.

2

Brak odpowietrzników na rurociągu tłocznym

Pneumatyczna tłocznia ścieków ciśnieniowa to system nie wymagający stosowania odpowietrzników, co na etapie budowy obniża koszty realizacji, natomiast na etapie eksploatacji pozwala na uniknięcie kosztów związanych z częstym ich serwisowaniem. Odpowietrzniki lub zawory odpowietrzająco-napowietrzające N-O zlokalizowane są w najwyższych punktach rurociągów tłocznych lub lokalnych przewyższeniach, co sprzyja zaklejaniu tłuszczem króćców przyłączeniowych. Producenci zaworów N-O podają w DTR, że zawory te należy czyścić co najmniej raz do roku lub całkiem nieprecyzyjnie „w zależności od lokalnych uwarunkowań i doświadczeń eksploatacyjnych”.

3

Łatwa regulacja wydajności przez zmianę ciśnienia

Zmiana wydajności przepompowni pneumatycznej polega jedynie na korekcie ustawienia regulatora ciśnienia wyjściowego. Jest to cecha bardzo korzystna szczególnie przy planowanym powiększeniu zlewni lub w systemach tłocznych o dopływach zróżnicowanych w zależności od pory roku (sezonowych). W przepompowniach z pompami zatapialnymi zmiana wydajności wymaga zastosowania układów wielopompowych lub zróżnicowania wielkości jednostek pompowych.

4

Możliwość opróżnienia rurociągu tłocznego

Pneumatyczna tłocznia ścieków w normalnych warunkach pracuje cyklicznie, jak tradycyjna przepompownia z pompami odśrodkowymi, lecz dzięki temu, że rurociąg tłoczny pozbawiony jest odpowietrzników, sprężarki współpracujące ze zbiornikiem powietrza mogą być użyte do opróżnienia rurociągu tłocznego ze ścieków o wybranej porze doby. Doświadczenia eksploatacyjne wykazały, że zakres średnic rurociągów tłocznych, dla których zabieg ten jest ekonomicznie opłacalny, wynosi od DN80 do DN200. Opróżnienie rurociągu może być częściowe lub całkowite w zależności od rozległości systemu tłocznego i wielkości zainstalowanych sprężarek oraz zbiorników.

5

Mniejsza podatność ścieków zawartych w instalacji na zagniwanie

Prawo Henry’ego mówi:

W danym ciśnieniu i temperaturze ciecz zawiera pewną ilość rozpuszczonych gazów. Rozpuszczalność gazów w cieczach maleje wraz ze wzrostem temperatury i obniżaniem ciśnienia i odwrotnie, rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie wraz z obniżaniem jej temperatury i wzrostem ciśnienia.

Jak z powyższego wynika, w aspekcie walki z odorami istotne są dwa czynniki:

• temperatura ścieków → na którą zwykle nie mamy wpływu
• ciśnienie w instalacji → na które mamy wpływ

W instalacji tradycyjnej z odpowietrznikami odgazowanie ścieków następuje w wielu miejscach na rurociągu tłocznym. Poza studnią rozprężną, są to wszystkie punkty lokalizacji odpowietrzników. Powyższe oznacza bardzo szybki deficyt tlenu w instalacji tradycyjnej, który jest usuwany łącznie ze wszelkimi innymi gazami. W instalacji pneumatycznej rozprężenie ścieków i spadek ciśnienia do poziomu ciśnienia atmosferycznego następuje dopiero na wypływie w studni rozprężnej.

Ilość rozpuszczonego powietrza w ściekach drastycznie spada wraz z obniżaniem ciśnienia. W kontekście skłonności do zagniwania ścieków okazuje się, że korzystną cechą instalacji pneumatycznych jest praca przy wyższych ciśnieniach w stosunku do instalacji tradycyjnych z odpowietrznikami, przy jednoczesnym napowietrzaniu ścieków w rurociągu tłocznym, z uwagi na zwiększoną rozpuszczalność powietrza.

Wbrew powszechnej opinii temperatura choć istotna, to w zakresie 10÷20°C ma mniejsze znaczenie dla rozpuszczalności powietrza niż ciśnienie, któremu poddawane jest medium, co ilustruje tabela przedstawiająca ilość uwalnianego powietrza z 1mᶟ wody w trakcie rozprężania.

Dla ścieków podane w tabeli wielkości będą nieco inne, lecz istota zjawiska wynikająca z praw fizyki pozostaje bez zmian.

 Podsumowanie

Warto czasami pogrzebać w zakamarkach historii techniki, by znaleźć rozwiązanie aktualnych problemów i nie szukać daleko tego, co jest bardzo blisko, jak to robił koziołek „mądra głowa” w bajce Kornela Makuszyńskiego.