Tłocznia a przepompownia

Od kilkunastu lat na rynku instalacyjnym obecne są tzw. tłocznie ścieków, których prekursorem stosowania w Polsce była jedna z niemieckich firm. Aktualnie tłocznie produkowane są przez większość producentów pomp oraz firmy wyspecjalizowane w produkcji przepompowni lub urządzeń do oczyszczania ścieków. Tłocznie sprzedawane są jako urządzenia prefabrykowane, usystematyzowane w typoszeregi i posiadające znak CE na zgodność z normami europejskimi. Sprzedaż tłoczni odznacza się znacząca dynamiką w segmencie przepompowni ścieków. Często zadawanym pytaniem przez potencjalnych inwestorów jest: Tłocznia a przepompownia – które z urządzeń do pompowania ścieków będzie dla nas lepsze?

Otóż, najlepiej ścieków nie pompować, a skoro już musimy, dobrze byłoby wiedzieć czym oba te rozwiązania różnią się od siebie.

PRZEPOMPOWNIA TRADYCYJNA

Idea przepompowni mokrej

Do końca lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku stosowane były zwykle przepompownie z wydzieloną komorą do gromadzenia ścieków oraz komorą do suchego montażu pomp, z tej przyczyny, że produkowano wyłącznie poziome pompy do ścieków napędzane silnikami chłodzonymi powietrzem. Z chwilą wyprodukowania pomp typu zatapialnego, pojawiły się rozwiązania jednozbiornikowe, gdzie pompa zespolona z hermetycznym silnikiem jest zanurzona w pompowanej cieczy odbierającej ciepło wytwarzane przez napędzający je silnik. Dzisiaj jest to najbardziej rozpowszechniony rodzaj przepompowni spotykany w gospodarce komunalnej, stąd nazwanie takiej przepompowni „tradycyjną” jest uzasadnione.

Współczesne przepompownie mokre najczęściej pompują ścieki ze wszystkimi zanieczyszczeniami dopływającymi ze skanalizowanych obiektów. Czasami spotyka się przepompownie mokre z kratami lub koszami na dopływie, okresowo ręcznie opróżnianymi przez przedsiębiorstwo eksploatujące sieć kanalizacyjną. Na obszarach wiejskich rozpowszechnione są przepompownie mokre wyposażone w wirniki rozdrabniające różnego typu, co pozwala na stosowanie przewodów tłocznych z PE HD o małych średnicach zaczynających się od DN40 dla przepływów od 1,8 m³/h (0,5 l/s).

Z uwagi na walory eksploatacyjne za najbardziej odpowiednie dla przepompowni mokrych uważa się pompy z wirnikami Vortex, adaptacyjnymi typu N oraz śrubowymi, gwarantującymi duże swobodne przeloty. W specyfikacjach dla przepompowni sieciowych jako wymagany standard przyjmuje się przelot właściwy dla kuli o średnicy 75÷80 mm.

Zwykle rozwiązuje się przepompownie mokre w zastosowaniach komunalnych jako obiekty dwupompowe ze 100% czynna rezerwą, rzadziej jako obiekty trzy pompowe z możliwością pracy równoległej dwóch pomp dla obliczeniowych przepływów maksymalnych i 50% czynną rezerwą. Rozwiązania o większej ilości pomp zdarzają się na kanalizacji ogólnospławnej lub z innych powodów wynikających z dużej nierównomierności dopływów. Agregaty z pompami o wymienionych wirnikach, gwarantującymi stosunkowo dużą odporność na zatykanie, odznaczają się jednak niską sprawnością, w granicach od 30 do 60%. Istotną cechą pomp zanurzeniowych, stosowanych w przepompowniach mokrych, jest brak przewodu ssawnego, dzięki czemu możliwe jest sytuowanie pomp na znacznych głębokościach.

Przepompownie mokre posiadają walor uniwersalności. Praktycznie jedynym ograniczeniem dla ich stosowania jest wielkość dostępnych jednostek pompowych. Przy zastosowaniu przepompowni mokrych możliwa jest budowa rozległych systemów tłocznych w ekstremalnie dużym przedziale wydajności. Główną zaletą przepompowni mokrej jest prostota technologii, stąd bogata oferta rynkowa na kompletację dostawy z uruchomieniem lub na zasadnicze elementy wyposażenia do samodzielnego montażu. Dzięki przepompowni mokrej z pompami zatapialnymi pompowanie ścieków stało się na tyle proste, że zagłębianie kanalizacji sanitarnej poniżej głębokości 4 m należą obecnie do rzadkości.

Zalety przepompowni mokrej

praktycznie nieograniczony zakres wydajności,
małe zapotrzebowanie na powierzchnię niezbędną do zabudowy,
stosunkowo niskie koszty inwestycyjne w stosunku do innych rozwiązań,
prostota konstrukcji (zbiornik + pompa),
duża tolerancja na zmienność dopływów,
bieżąca obsługa z powierzchni terenu.

Wady przepompowni mokrej

uciążliwości natury BHP dla obsługi, w tym kontakt ze ściekami,
możliwe wyziewy zapachów złowonnych,
maksymalna wysokość tłoczenia w granicach 50÷60 m,
szybka destrukcja wyposażenia obiektu,
blokowanie wirników pomp przez zanieczyszczenia,
odkładanie się piasku w części retencyjnej zbiornika,
flotacja tłuszczu i soli kwasów tłuszczowych podczas postoju pomp,
konieczność stosowania pomp o niskich sprawnościach lub pomp rozdrabniających wrażliwych na zanieczyszczenia mineralne i tworzywa sztuczne obecne w ściekach.

TŁOCZNIA ŚCIEKÓW

Zasada działania tłoczni ścieków

Zasada działania tłoczni ścieków polega na odseparowaniu zanieczyszczeń stałych płynących ze ściekami w specjalnym separatorze, zlokalizowanym tuż przed pompą, w fazie napływu ścieków oraz przepompowaniu odcedzonych zanieczyszczeń do rurociągu tłocznego w fazie pracy pompy. Istotne w rozwiązaniu tłoczni jest to, że podczyszczone ścieki napływają do zbiornika retencyjnego poprzez pompę w czasie jej postoju. Pracująca pompa przetłacza ścieki bez zanieczyszczeń określanych jako „skratki”, które mogłyby powodować zatkanie pompy lub uszkodzenie wirnika.

Aby przelot pomp(y) nie stanowił ograniczenia na dopływie ścieków, między separatorem a częścią retencyjną tłoczni wykonane jest obejście hydrauliczne. Korpus tłoczni zbudowany jest z blach i kształtowników stalowych, do którego zewnętrznej ściany zamontowane są pompy suche w pozycji pionowej, w ilości od jednej do kilku. Całość urządzenia technologicznego do pompowania ścieków zabudowana jest zwykle w komorze prefabrykowanej wykonanej z betonu lub polimerobetonu.

O poprawnym działaniu tłoczni decyduje separator zanieczyszczeń z elementami cedzącymi wykonanymi w postaci uchylnych klap, zgrzebła lub sita prętowego w zależności od chronionych patentami rozwiązań producentów tłoczni.

Na załączonych rysunkach poglądowych przedstawiono swobodną kompilację zasadniczych elementów występujących w różnych aktualnie produkowanych tłoczniach, w celu syntetycznego wyjaśnienia zasady działania urządzenia.

Zalety tłoczni ścieków

czysta i bezpieczna obsługa, w tym brak kontaktu pracowników ze ściekami,
możliwość stosowania wysokosprawnych pomp kanałowych o zamkniętych wirnikach,
łatwy dostęp do pomp, zasuw i innych istotnych elementów urządzenia,
wysokości tłoczenia do 90 m sł. w. nieosiągalne dla pomp z wirnikami otwartymi,
brak emisji gazów, w tym siarkowodoru, w obrębie obiektu,
niższe zużycie energii w stosunku do przepompowni tradycyjnej,
wydłużona żywotność pomp.

Wady tłoczni ścieków

konieczność zabudowy urządzenia tłocznego w odrębnej komorze,
znaczna komplikacja technologiczna urządzenia tłocznego,
możliwość zatykania się separatorów,
konieczność utrzymywania prędkości 0,8÷0,9 m/s na całej długości rurociągu tłocznego w celu skutecznego transportu odseparowanych zanieczyszczeń,
problemy ze współpracą z innymi tłoczniami w układach równoległych z uwagi na duże skoki parametrów wymaganych na włączeniach bocznych (ekstremalne dławienie pomp lub praca bez oporów),
minimalna zalecana średnica rurociągu tłocznego DN100,
ograniczony zakres stosowania z uwagi na wydajności:
- 23 m³/h – dolna granica z uwagi na utrzymanie prędkości 0,8 m/s w przewodzie DN100,
- 800 m³/h – aktualnie górna granica z uwagi na realne możliwości prefabrykacji urządzenia, co umożliwia współpracę z rurociągiem tłocznym max DN300/DN400,
koszty budowy znacząco wyższe od kosztów budowy tradycyjnej przepompowni.

TŁOCZNIA A PRZEPOMPOWNIA – CO W KOŃCU WYBRAĆ?

Porównywanie tradycyjnej przepompowni i tłoczni według reguł rywalizacji sportowej z ustaleniem pierwszeństwa na pudle nie ma żadnego sensu. Nowe rozwiązania powstają z autentycznej potrzeby rynku, a tylko czas weryfikuje, jaki segment tego rynku zostanie wypełniony przez dzisiejsze nowości techniczne. Ułatwieniem w wyborze rozwiązania będzie odpowiedź na następujące pytania:

Ile ścieków chcemy pompować?
Jakim budżetem dysponujemy? (W osobnym artykule porównujemy ceny przepompowni, w tym tłoczni ścieków)
Gdzie obiekt będzie zlokalizowany?
Czy dysponujemy odpowiednimi siłami i środkami do eksploatacji?

Koszty inwestycyjne przemawiają za rozwiązaniem tradycyjnym. Cena kompletnego obiektu tłoczni zawsze będzie wyższa z uwagi na stosunkowo skomplikowaną technologię oraz dużą komorę zewnętrzną stanowiący suchą obudowę. Obniżenie ceny tłoczni może być osiągnięte przez adaptację istniejącego zbiornika lub komory podziemnej.

Małe ilości pompowanych ścieków charakterystyczne dla przepompowni wiejskich o dopływach do 20 m³/h przemawiają też za stosowaniem przepompowni typu mokrego. Tłocznia w tym wypadku spowodowałaby przewymiarowanie układu tłocznego, wyzwalając problem zagniwania ścieków i emisji siarkowodoru w studni rozprężnej. Tłocznia jest natomiast sprawdzonym rozwiązaniem w przedziale pompowania 23÷800 m³/h, czyli w warunkach raczej miejskich.

Walor braku emisji uciążliwych dla otoczenia gazów to cecha szczególnie oczekiwana w intensywnej zabudowie miejskiej i tłocznia jest w tym wypadku dobrym rozwiązaniem.

Zainteresowanie tłoczniami przez silne przedsiębiorstwa eksploatacyjne w dużych miastach oraz jednostki typu międzygminnego wydaje się być w pełni uzasadnione, szczególnie przy szeregowych układach grawitacyjno-pompowych.

Praktyka pokazuje, że w rozbudowanych układach równoległych bazowanie wyłącznie na tłoczniach jest ryzykowne, bowiem pojawiają się problemy ze wzajemną współpracą tłoczni spowodowane dużymi skokami parametrów wymaganych na włączeniach bocznych małych dopływów. Występuje tu ekstremalne dławienie pomp bocznych podczas pracy tłoczni, która ma najwyższe ciśnienie w układzie. Z kolei włączenie boczne tłoczni do rurociągu głównego, z uwagi na minimalną średnicę przyłącza DN 100 (właściwą dla tłoczni), też nie gwarantuje dobrej współpracy w układzie, ponieważ przy postoju głównej przepompowni wystąpi brak oporów. Problem ten może być rozwiązany wyłącznie na drodze zdalnego sterowania z ustaleniem kolejności pompowania obiektów.

PODSUMOWANIE

W rozwiązaniach dotyczących tłocznej kanalizacji sanitarnej, jest miejsce zarówno dla przepompowni tradycyjnych, jak i tłoczni oraz innych rozwiązań niekonwencjonalnych. Realizacje wykazują, że najlepiej sprawdzają się układy mieszane wykonane na bazie różnego typu przepompowni pod warunkiem rzetelnej analizy całego systemu kanalizacyjnego.

Tłocznia a przepompownia? Przed podjęciem decyzji o wydaniu znacznych pieniędzy z kasy publicznej, zawsze dobrze jest sporządzić uprzednio koncepcję, zawierającą szczegółową analizę stanu istniejącego oraz wykonać obliczenia współpracy z innymi działającymi przepompowniami w zarządzanym systemie, uwzględniającą ich specyfikę.