Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Вместимость приемного резервуара выбирается по требованиям СНиП (минимальная    вместимость приемного резервуара должна быть не менее 5-мин подачи самого крупного из установленных насосов), по графику притока и откачки сточной жидкости и по конструктивным соображениям размещения насосного оборудования, безопасности и удобства его обслуживания.

Приток сточных вод к насосной станции по часам суток, как правило, неравномерный. Для обеспечения максимально возможного оптимального режима работы насосов необходимо установить в зависимости от их подачи требуемую регулирующую вместимость приемного резервуара, определяемую по совмещенному графику притока бытовых сточных вод (с учетом режима поступления сточных вод от промышленных предприятий) и откачки сточной жидкости.

График притока бытовых сточных вод в резервуар по часам суток принимают в зависимости от общего коэффициента неравномерности, который определяют в соответствии с расчетным расходом воды на последнем участке подводящего коллектора перед насосной станцией.

Приток производственных сточных вод принимают по данным технологического процесса на промышленном предприятии.

График режима работы насосов стремятся максимально приблизить к графику притока сточной жидкости с тем, чтобы получить минимальную вместимость резервуара. Большая вместимость резервуара канализационной насосной станции неприемлема вследствие того, что поступающие сточные воды содержат значительное количество загрязнений, которые могут осаждаться в резервуаре, в результате чего сточные воды будут загнивать. Для определения подачи насосов можно воспользоваться ступенчатым или интегральным графиком, нанося на него кривые притока и откачки.

При проектировании насосных станций подачу насосов обычно принимают равной максимальному часовому притоку. Однако и в этом случае СНиП предусматривает создание минимальной приемной вместимости на 5-мин подачу одного насоса.

На малых и средних насосных станциях для обеспечения оптимального режима работы насбсов в часы минимального и среднего притока необходима установка регулируемой вместимости.

В часы минимального и среднего притока подача насосов превышает приток жидкости и их приходится часто выключать и включать. Математически доказано, что для станций с однотипными насосами наибольшее число включений иа-соса будет наблюдаться в период, когда приток будет равен (или близок) половине подачи.

Большое число включений позволяет сократить вместимость приемного резервуара, но значительно усложняет эксплуатацию насосной станции и оказывает неблагоприятное влияние на электроаппаратуру управления насосами и на систему энергоснабжения. Поэтому частота включения насосных агрегатов в течение 1 ч допускается до трех при ручном управлении и до пяти при автоматическом управлении. Опыт эксплуатации насосных станций показывает, что при мощности электродвигателя выше 50 кВт с автоматическим управлением рекомендуется принимать не более трех включений в час. Крупные агрегаты обычно работают несколько часов без перерыва.

Анализ режима работы насосных агрегатов при ограниченном числе включений проще всего произвести графически. На оси ординат откладываем значения притока сточной жидкости и подачи насосов в процентах от суточного притока, а на оси абсцисс—время в минутах. Подачу насосов, согласно требованиям СНиП, принимаем равной максимальному часовому притоку, например для коэффициента часовой неравномерности /0>бщ = '1.8Q4 макс = = 7,5%, поэтому на графике линии притока и откачки в час максимального притока совпадают

Для построения графика подачи насосов в часы 50%-ного притока от максимального (линия 2) и минимального (линия 3) притока определяют минимально допустимую вместимость резервуара в процентах от максимального часового притока. Например, <7чмакс = 7,5%, тогда Н^мин = 7,5 : (60 : 5) =0,63%. Полученное значение WKHU откладывают на оси ординат и проводят пунктирные линии, параллельные оси абсцисс. Точки пересечения пунктирных линий с линиями притока соответствуют моменту наполнения резервуара и необходимости включения в работу насосов. Из точки пересечения пунктирной линии с линией притока (точка а) опускают перпендикуляр на ось абсцисс и из полученной точки б проводят линию бв, параллельную линии подачи насосов /, до пересечения с линией притока 2. Точка пересечения линий притока и откачки в соответствует моменту опорожнения резервуара и выключения насосов из работы.

Горизонтальный участок вг соответствует времени наполнения резервуара и интервалу времени между выключением и включением насосов. При достижении разности ординат линии 2 и горизонтального участка вг, равной принятой вместимости, насосы     включаются    в    работу— линия гд. Ломаные линии бвгдеж и икл являются графиками режима работы насосов в часы 50%-ного и минимального притока.

Принятая вместимость резервуара обеспечивает допускаемую частоту включения насосных агрегатов. Принятую вместимость резервуара уточняют по требованиям СНиП к установке насосных агрегатов и трубопроводов.

Если предполагается, что в час максимального притока будут работать два насоса, то в час 50%-ного притока от максимального и час минимального притока может работать один иасос. Тогда при его подаче, равной (7,5:2)1,1=4,13%, насос при 50%-ном притоке будет работать постоянно в течение 1 ч, а при минимальном притоке потребуется одно выключение в 1 ч.

На насосных станциях большой подачи приемным резервуарам придают форму распределительного канала, имеющего достаточную длину и глубину для размещения в нем всасывающих труб всех насосных агрегатов и минимального заглубления входных воронок.

Приемный резервуар, имеющий достаточную вместимость для накопления сточной жидкости, позволяет вести откачку более равномерно, используя оптимальную подачу насосов, несмотря на неравномерность притока сточной жидкости в течение суток. Правильно определенная вместимость приемного резервуара позволяет максимально использовать установленные насосные агрегаты и повысить КПД насосной станции.

Резервуар, совмещенный с насосной станцией, должен быть отделен от машинного зала глухой воздухо-и водонепроницаемой стеной с тщательно выполненной гидроизоляцией торкретбетоном. В местах прохода трубопроводов через стенки резервуара устанавливают сальниковые устройства.

Глубину рабочей части приемного резервуара ( 11.5) следует принимать не менее 1,5—2 м для малых и средних станций и 2,5 м и более для крупных. Дну приемного резервуара придают уклон от наружных стен к приямку не менее 0,05—0,1. Опыт эксплуатации насосных станций Москвы и Ленинграда показывает, что для лучшего подвода осадка к всасывающим трубам уклон дна следует принимать большим, чем рекомендует СНиП, на 0,05—0,1.

Взмучивание осадка, выпадающего в резервуаре, производят с помощью различных систем. Перфорированные трубы укладывают по периметру резервуара, а открытые выпуски труб — у входных воронок всасывающих трубопроводов. В системы взмучивания  подают воду из напорного трубопровода сточной жидкости. Минимальный диаметр трубопроводов взмучивания принимают не менее 50 мм в зависимости от ширины прозоров прутьев решетки, так как при больших прозорах решетки будут пропускать крупные взвешенные вещества, которые могут вызвать засорение труб. Система перфорированных труб быстро выходит из строя ввиду частых засорений, поэтому она применяется весьма редко. Более эффективно работает система открытых выпусков труб.

Осадок из мертвых зон резервуара периодически смывают с помощью шланга с брандсбойтом. Эту операцию производят во время профилактического ремонта резервуара или в часы минимального притока, позволяющего полностью откачать жидкость из резервуара.

На средних и крупных насосных станциях резервуары рекомендуется разделять на две части для улучшения условий очистки, осмотра и ремонта. На станциях с подачей 150 тыс.м3/сут и более разделение резервуара обязательно.

Наивысший уровень воды в приемном резервуаре принимается равным отметке лотка подводящего коллекора во избежание подпора воды и отложения осадка в коллекторе. Практика показала, что осадок, выпавший в коллекторе в период его подтопления, не отмывается полностью, если даже в дальнейшем откачка будет превышать приток. Смыв осадка возможен лишь при условии, если скорость движения воды в коллекторе будет значительно превышать самоочнщающую скорость.

Перекрытие резервуара устанавливают на 0,5 м выше наивысшего расчетного уровня сточной жидкости в резервуаре. В перекрытии резервуара устраивают два люка (диаметром 0,7 м). Для спуска в резервуар в стену заделывают ходовые скобы.

В помещении приемного резервуара насосной станции сточная жидкость освобождается от отбросов с помощью решеток, устанавливаемых в подводящих каналах. Отбросы, задержанные на решетках, снимаются механическими граблями или вручную, измельчаются в дробилках и спускаются в подводящий канал до места установки.

Для предохранения насосов от засорения перед ними устанавливают решетки с шириной прозоров, применяемых в зависимости от типоразмера насоса (см. ниже таблицу).

Изменение ширины прозоров в решетке резко сказывается н? количестве отбросов, задерживаемых на решетке. Так, например, при увеличении прозоров с 20 до 40 мм количество задержанных отбросов уменьшается примерно в 2—2,5 раза. Если насосная станция перекачивает сточную жидкость непосредственно на очистные сооружения, то независимо от установленных насосов принимают решетку с шириной прозоров 16 мм, а на очистных сооружениях решетки не устанавливают.

У нас в стране применяют три типа неподвижных решеток с очисткой их механическими граблями и выгрузкой задержанных отбросов на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. В зависимости от схемы очистки решетки, направления движения граблины и места расположения ее по отношению к направлению движения потока решетки подразделяют следующим образом:

московского типа — устанавливают под углом 60—80° к горизонту и очищают граблями, которые движутся перед решеткой по течению сточной жидкости;

ленинградского типа—устанавливают также под углом 60° к горизонту, но очищают граблями, которые движутся за решеткой по течению сточной жидкости;

вертикальная — очищается граблями, которые движутся за решеткой по течению потока.

Решетка московского типа, разработанная Гипрокоммунводоканалом, состоит из неподвижной решетки, грабель и приводной станции. Электродвигатель через редуктор и приводную цепь приводит во вращение две ведущие звездочки и соответственно две тяговые бесконечные цепи, между которыми закреплены грабли. Ведомые (направляющие) звездочки находятся в нижней части корпуса решетки и погружены в сточную жидкость. Число граблин устанавливают в зависимости от количества задерживаемых отбросов, но не более четырех. Если в процессе эксплуатации выяснится, что количество загрязнений невелико, то число граблин может быть уменьшено до единицы. Граблины, двигаясь снизу вверх, своими зубьями входят в про-зоры решетки и извлекают задержанные ею загрязнения. В верхней части корпуса решетки граблины очищают скребковым сбрасывателем, который сгребает отбросы с них на сортировочный стол или на транспортирующее устройство. Корпус решетки закрепляется над подводящим каналом на шарнирной опоре, и в случае необходимости осмотра и ремонта нижней части решетки она легко может быть повернута в шарнире опоры.

К недостаткам этого типа решеток следует отнести возможность защемления граблин в момент входа зубьев граблин в прозоры решеток и про-давливание отбросов в прозоры решеток зубьями граблин.

Решетки московского типа работают надежно и хорошо зарекомендовали себя за период многолетней эксплуатации.

Завод «Водмашоборудование» изготовляет решетки этого типа девяти типоразмеров

Решетки ленинградского типа применяют в основном на ленинградской системе канализации. Эти решетки имеют те же узлы, что и решетки московского типа. К достоинства^ этого типа решеток следует отнести расположение очищающих граблин за решеткой, которое предохраняет их от случайных повреждений и защемлений, исключает про-давливание задержанных отбросов при очистке решетки и допускает большое накопление отбросов перед решеткой без опасения перегрузки очищаемого механизма. К недостаткам решеток можно отнести следующее: прутья решетки шарнирно закреплены в нижней части, находящейся в сточной жидкости; шарнирная опора решетки расположена в верхней части решетки; до 15—20% задержанных отбросов, захватываемых граблинами, сваливается обратно в канал.

Решетка механическая вертикальная РМВ устанавливается в подводящем канале вертикально. Очищается она механическими граблями, которые присоединены к двум тяговым бесконечным втулочно-роликовым цепям. Траектория движения граблины обеспечивается соответствующей системой направляющих уголков, укрепленных в корпусе решетки, и четырьмя катками, смонтированными на подвесках граблины. Отбросы выгружаются на сортировочный стол дробилки.

К достоинству этого типа решеток следует отнести то, что привод исполнительного механизма (цепи, звездочки, валики) не соприкасается со сточной жидкостью. Однако они имеют тот же недостаток, что и решетки ленинградского типа, т. е. отбросы, захватываемые зубьями граблины, сваливаются обратно в канал. В настоящее время разработан типовой проект решетки РМВ 600/800 для канала шириной 600 и высотой 800 мм, пропускной способностью (по воде) 17—23 тыс. м3/сут; ширина прозоров 16, 40 и 60 мм, площадь прохода 0,2; 0,25 и 0,27 м2.

При количестве отбросов 0,1 м3/сут и более устанавливают решетки с механизированной очисткой. При количестве отбросов менее 0,1 м /сут допускается установка решеток с ручной очисткой. Решетки с ручной очисткой не выпускают серийно, их изготовляют непосредственно на строительной площадке. Прутья решетки выполняют из полосовой стали. Сечение прута выбирают из условия обеспечения его жесткости. При изготовлении решетки особое внимание следует обратить на форму верхней части. Этот узел должен быть выполнен так, чтобы зубья ручных грабель свободно проходили между прутьями, не цепляясь за верхнюю обвязку.

Очистка решеток ручными граблями производится один-два раза в смену — работа тяжелая и протекает в антисанитарных условиях. Поэтому на всех станциях, даже при небольшой производительности, рекомендуется устанавливать решетки с механической очисткой; решетка с ручной очисткой применяется в качестве резервной.

Число рабочих решеток следует принимать минимальным. Однако нужно иметь в виду, что из работы могут быть выключены две решетки одновременно (одна в капитальном ремонте, а иа другой авария). Поэтому во избежание перегрузки решетки, оставшейся в работе, следует принимать меньшую скорость движения жидкости в прозорах, по сравнению с рекомендуемой СНиП. На основании опыта эксплуатации решеток рекомендуется принимать скорость 0,6—0,8 м/с. Число резервных решеток принимают: при одной механизированной рабочей решетке — одна механизированная или ручная (лучше механизированная); при двух и более механизированных рабочих решетках — одна механизированная; при двух и более механизированных рабочих решетках с прозорами 16—20 мм — две механизированные решетки.

Для обеспечения удобного и безопасного обслуживания решеток следует оставлять проходы: между фронтом решеток и стеной — не менее 1,5 м; между решетками — не менее 1,2 м.

Решетки устанавливают в специальных каналах у устья" подводящего коллектора на расстоянии не менее 0,5 м от лотка коллектора. Скорость движения жидкости в канале перед решеткой должна быть самоочищающей. Уменьшение скорости движения потока приводит к выпадению осадка в камере решеток. Повышение скорости также нежелательно, так как это приводит к продав-ливанию загрязнений через решетки.

В подводящем канале перед решеткой устанавливают шиберный затвор, позволяющий быстро перекрыть поток и выключить решетку из работы при повреждении грабель. Устройство постоянного затвора за решеткой затрудняет ее обслуживание,   поэтому   за   решеткой допускается устройство только пазов в стенках канала, в которые могут закладываться переносные щиты или шиберные затворы.

На крупных насосных станциях, где в ряд устанавливают несколько решеток, подводить сточную жидкость к распределительному каналу лучше всего с торца канала, что повышает равномерность загрузки решеток. При вводе подводящего коллектора в середине канала устанавливать решетку против устья коллектора не следует.

Для защиты помещения решеток от затопления при аварийном выключении насосных агрегатов на подводящем   коллекторе   должен   быть установлен аварийный затвор (задвижка) с механизированным приводом, управляемым с поверхности земли и имеющим дистанционное управление с диспетчерского пункта. Если аварийный затвор имеет электрифицированный привод, то двигатель должен быть подключен к сети аварийного питания и иметь параллельный ручной привод.

Затвор устанавливают в отдельной или пристроенной к помещению решеток камере. Для предупреждения образования подпора в сети и излива сточной жидкости через люки смотровых колодцев (при длительной остановке насосов) устраивают аварийный выпуск в ближайший водоем (в отдельных случаях в дождевую сеть). Для уменьшения сброса сточной жидкости в водоем необходимо предусмотреть устройства для подключения насосов аварийных машин.

Задвижка аварийного выпуска должна быть опломбирована; открыть ее можно только с разрешения органов Государственного санитарного надзора. Выбор места для устройства аварийного выпуска также согласовывается с этими органами.

Наилучшим способом удаления отбросов, снятых с решеток, является их измельчение в машинах-дробилках и сброс обратно в подводящий канал перед решеткой для транспортирования и дальнейшей обработки вместе со сточной жидкостью.

На крупных насосных станциях предпочтение следует отдать схеме транспортирования отбросов, снятых с решеток непосредственно в метан-тенки. Это мероприятие способствует повышению эффективности работы песколовок, отстойников и других элементов    очистных    сооружений.

За последнее время среди специалистов по эксплуатации очистных сооружений распространяется мнение, что для повышения экономической эффективности работы очистных сооружений отбросы, снятые с решеток, наиболее целесообразно обрабатывать на фабриках по обработке мусора. Подобные фабрики строят рядом с канализационными очистными сооружениями. Однако это, по-видимому, будет целесообразно только для главных канализационных станций, расположенных на очистных сооружениях

Для дробления отбросов применяют молотковые дробилки, опыт эксплуатации которых показал, что они надежны в эксплуатации и хорошо измельчают отбросы. На насосных станциях применяют три типа дробилок с различным конструктивным решением отдельных узлов, но с одинаковым принципом дробления отбросов:

конструкции Мосводоканалнии-проекта Д-3 (производительность 300—600 кг/ч);

конструкции завода «Водопри-бор» (производительность 1000 кг/ч);

конструкции Гидропроекта (производительность 2000 кг/ч).

Дробилки конструкции завода «Водоприбор» и Гидропроекта устанавливают на крупных и средних насосных станциях, оборудованных решетками с прозорами 16 мм. На мелких станциях устанавливают дробилки Д-3.

Молотковые дробилки работают по следующему принципу. Отбросы, загружаемые в горловину дробилки, попадают на вращающийся ротор, состоящий из ряда параллельно установленных дисков, по окружности которых иа горизонтальных пальцах свободно подвешены молотки, выполненные в виде стальных пластин прямоугольной формы. Ротор устанавливают в чугунном корпусе дробилки и заключают в полуцилиндрическую решетку (стальной лист с отверстиями), часть которой состоит из сменных зубчатых сегментов. При вращении ротора отбросы получают вращательное движение и, попадая между молотками и зубчатым сегментом, раздробляются (разрываются) на мелкие части до состояния кашеобразной массы. Подаваемая в корпус дробилки вода (6—8 л на 1 кг отбросов) смывает размельченные отбросы и вместе с ними сбрасывается через отверстия решетки в нижнюю часть корпуса, а затем в канал. Вода для удаления раздробленных отбросов подается из системы технического водопровода. На крупных канализационных насосных станциях можно подавать воду из напорного трубопровода сточной жидкости. Это допустимо только в том случае, если на станции установлены решетки с прозорами не более 40 мм. В противном случае трубопровод, подающий воду к дробилкам, будет часто засоряться. При подаче воды из напорного трубопровода рекомендуется запроектировать устройство для периодической промывки трубопровода, подводящего воду к дробилкам.

В дробилке Д-3 предусмотрено устройство для улавливания недробимых отбросов. Не поддающиеся дроблению отбросы под действием центробежной силы выбрасываются вверх и, отскакивая от наклонного свободно подвешенного щитка-отражателя, попадают в ящик-накопитель, откуда периодически удаляются обслуживающим персоналом. Чаще применяют дробилки без устройства улавливателей недробимых отбросов. В этом случае их удаляют вручную с сортировочного стола (на мелких станциях) или с ленты транспортера (на крупных станциях) до подачи отбросов в дробилку.

Мосводоканалниипроектом разработана модернизированная дробилка ДМ-600, в которой повышена надежность улавливания недробимых отбросов и увеличены эффект дробления и производительность дробилки при сохранении габаритов дробилки Д-3.

На малых и средних насосных станциях дробилки работают периодически, перерабатывая суточное количество отбросов за 1—3 ч, поэтому в установке резервной дробилки нет необходимости, достаточно иметь запасную дробилку в собранном виде на складе. На крупных насосных станциях при непрерывном дроблении отбросов необходимо устанавливать резервную дробилку.

На станциях, оборудованных одной-двумя решетками типа РМВ 600/800, отбросы, снятые с решеток, сбрасываются в дырчатое корыто-накопитель, а затем обслуживающим персоналом сдвигаются в загрузочную воронку дробилки. На станциях, оборудованных двумя решетками типа МГ, рекомендуется сортировочные площадки-накопители устанавливать под корпусами решеток. Снятые с решеток отбросы сбрасывают на сортировочные площадки, а затем перегружают в воронку дробилки. На крупных насосных станциях, где установлено несколько решеток, расположенных в ряд, для транспортирования отбросов применяют    ленточные    конвейеры.

Во всех схемах транспортирования   отбросов   от   решетки   к   дробилке (и в тех случаях, когда дробилки не установлены) необходимо предусматривать удаление отбросов, не поддающихся дроблению. С этой целью у сортировочной площадки-накопителя устанавливают контейнер, а в перекрытии помещения решеток предусматривают люк, через который контейнер может быть поднят на поверхность земли и на автомашине вывезен на свалку.

Наиболее эффективным способом механической очистки сточной жидкости перед поступлением ее в насос являются решетки-дробилки (РРД, КРД и РД), которые задерживают и дробят отбросы под водой в потоке, проходящем через решетку, чем обеспечивается высокая степень санитарных условий и исключается сбрасывание отбросов с решетки и транспортирование их к дробилке.

Решетка радиальной дробилки РРД выполняется в виде сектора, а круглой КРД — в виде барабана. Частицы мусора и отбросов, находящиеся в сточной воде, задерживаются на решетке с прозорами 16 мм и с помощью вращающейся гребенки, зубья которой входят в прозоры решетки, подаются в приямок дробилки.

Дробилка решеток РРД и КРД смонтирована в специальной ячейке, расположенной рядом с каналом, в котором установлена решетка. На рабочем валу привода закреплен молот, который при вращении вертикального вала центробежной силой прижимается к внутренней поверхности дробильной решетки. Отбросы засасываются вместе со сточной водой в приемную камеру. Крупные отбросы, попадая между молотом и решеткой, измельчаются, продавливаются через ее прозоры и попадают в улитку в измельченном виде, откуда вместе со сточной водой выбрасываются в канал перед решеткой.

Решетки-дробилки РД, монтируемые в открытом подводящем канале, работают по следущему принципу. Сточная жидкость поступает   на   вращающийся   барабан, проходит через щелевые отверстия внутрь барабана и далее на выход из решетки-дробилки. Крупные фракции загрязнений, содержащиеся в сточной жидкости, задерживаются на перемычках между щелевыми отверстиями и при вращении барабана перемещаются к трепальным гребням, которые закреплены на неподвижном корпусе решетки-дробилки. При взаимодействии режущих пластин и резцов, закрепленных на барабане, с соответствующими режущими кромками трепальных гребней происходит дробление (резание) отбросов. Раздробленные отбросы вместе с потоком жидкости проходят внутрь барабана и затем выходят из решетки-дробилки. Решетки-дробилки устанавливают по схеме с изливом в резервуар.

Отечественная промышленность выпускает решетки-дробилки марок РД-200, РД-600, РРД-64, РРД-130, КРД-Ю и КРД-40. К достоинствам этих решеток-дробилок следует отнести следующие:

в одной установке совмещены функции механизированной решетки и дробилки;

не нужны устройства для транспортирования и сортировки отбросов;

установка компактна и проста в обслуживании;

малая ширина щелей барабана позволяет применять низконапорные насосы для чистой воды, имеющие КПД на 10—15% больше, чем динамические  насосы  для сточных  вод;

мощность установки невелика (например, при схеме удаления отбросов «решетка МГ7Т — дробилка Д-3» суммарная установленная мощность электродвигателей равна 21 кВт, а у соответствующей по производительности решетки-дробилки РД-600— 1 кВт).

Отопление заглубленных приемных резервуаров насосных станций не требуется, так как теплопо-тери через стены резервуара незначительны, а температура сточной жидкости обычно не бывает ниже 10—12 °С. Если в помещении решеток прстояино находится обслуживающий персонал, то температура воздуха в отопительный период не должна быть ниже 16 °С. Основными вредностями в помещении решеток являются газовые выделения, проникающие из подводящего канала и приемного резервуара. Для борьбы с газовыми выделениями устраивают приточную вентиляцию с подогревом воздуха (в отопительный период) и вытяжную вентиляцию с отсосами от канала решеток и от дробилок с десятикратным обменом воздуха в час. Для предупреждения поступления воздуха из канала решеток воздухораспределитель приточной вентиляции устанавливают в рабочей зоне помещения иа высоте 2 м от пола, а отсос воздуха — в канале решеток, кроме того, воздуха поступает несколько больше, чем отсасывается.