Przepompownie ścieków bez stałej obsługi: praktyczne wskazówki

Obecnie Spółka odbiera i oczyszcza ścieki bytowo-gospodarcze od przeszło 200 tys. mieszkańców, jak również ścieki przemysłowe. Rocznie jest to ok. 11 mln m³ ścieków (wg faktur). Długość sieci kanalizacyjnej, którą eksploatuje spółka, wynosi 1075,5 km. Jej strukturę w zależności od rodzaju kanałów przedstawiono w tabeli 1. Jest ona w ostatnich latach dynamicznie rozbudowywana. Tylko w 2011 r. sieć została powiększona o ponad 60 km. Sieć w większości funkcjonuje jako grawitacyjna, jednak z niektórych rejonów, z uwagi na lokalne warunki terenowe, ścieki muszą być przepompowywane do kolektorów zbiorczych. Obecnie AQUA eksploatuje 32 przepompownie ścieków współdziałające z siecią kanalizacyjną (tab. 1). Dalsze są w fazie budowy lub projektowania. Kilka kolejnych przepompowni pracuje w dwóch oczyszczalniach ścieków.

 

Tab. 1. Zestawienie długości sieci kanalizacyjnej [km] i liczby pompowni sieciowych [szt.] wg stanu z 31 grudnia 2011 r.

Lp.	Miasto, gmina	Długość sieci kanaliza-cyjnej	Struktura kanalizacji				Pompow-nie [szt.]
			Ogólno-spławna	Sanitar-na	Przyłą-cza	Deszczo-wa
1.	M. Bielsko-Biała	910,5	134,3	605,1	98,8	72,3	16
2.	M. Szczyrk	25,4	0	20,4	5,0	0	0
3.	Gm. Buczkowice	60,1	0	59,6	0,5	0	11
4.	Gm. Jaworze	24,2	0	24,1	0,1	0	3
5.	Gm. Wilkowice	47,6	0	47,1	0,5	0	1
6.	Gm. Jasienica	7,7	0	7,6	0,1	0	1
Ogółem:		1075,5	134,3	763,9	105,0	72,3	32

 

Przy projektowaniu i realizacji kolejnych nowych przepompowni wykorzystuje się wcześniejsze spostrzeżenia i doświadczenia eksploatacyjne.
 

Nowoczesne materiały, doświadczenia użytkowników i rozwiązania stosowane we współczesnych przepompowniach ścieków pozwoliły AQUA na uproszczenie i zlikwidowanie wcześniejszych problemów związanych z lokalizacją, budową i eksploatacją przepompowni. Przepompownie ścieków nie są obecnie dla spółki barierą w ramach projektowania i budowy sieci kanalizacji sanitarnej. W zależności od potrzeb mogą być realizowane w optymalnych lokalizacjach i prowadzone bez stałej obsługi. Mogą działać automatycznie, mogą też być zdalnie monitorowane bądź nawet sterowane. W takiej konfiguracji muszą być jednak rygorystycznie prowadzone, wg wymogów DTR, okresowe przeglądy stanu technicznego urządzeń. Należy też na czas dokonywać wymiany zużytych urządzeń oraz ich części. Bardzo często dostępne dziś rozwiązania wirników pomp umożliwiają pominięcie najbardziej kłopotliwego elementu w eksploatacji starych przepompowni – krat i gospodarki skratkami, co ułatwia lokalizowanie przepompowni ścieków, ponieważ umożliwia rezygnację ze strefy ochrony sanitarnej.

W praktyce najbardziej ekonomicznym i niezawodnym systemem eksploatacji przepompowni ścieków będzie ich włączenie do systemu stałego monitoringu i rejestracji zdarzeń, nie tylko lokalnie, ale równolegle na serwerze w centrali, ze szczególnym uwzględnieniem awarii i nadzwyczajnych zdarzeń losowych. Dla potrzeb obsługi przepompowni wskazane jest wyodrębnienie przez eksploatatora stałego zespołu pracowników odpowiedzialnych za prawidłowy nadzór, utrzymanie, a także likwidację awarii i bieżącą eksploatację przepompowni ścieków.

Właściwe utrzymanie pompowni nie jest tanie, dlatego już na etapie studium zagospodarowania przestrzennego i projektowania należy starannie poszukiwać możliwości najtańszego, a więc grawitacyjnego odprowadzania ścieków. Budowę przepompowni ścieków należy traktować jako ostateczność. W warunkach rozproszonej zabudowy w razie potrzeby wskazane jest zaprojektowanie kanalizacji grawitacyjno-ciśnieniowej, w której ścieki od klientów grawitacyjnie dopływają do zbiorników przepompowni, a następnie są przepompowywane do kanałów odbiorczych, czy wprost do oczyszczalni ścieków.

Przepompownie ścieków mogą być kompletnymi, w pełni zautomatyzowanymi obiektami, niewymagającymi stałej obsługi, przeznaczonymi do pompowania ścieków komunalnych, wód drenażowych i opadowych w różnorodnych systemach kanalizacyjnych. Muszą jednak być prawidłowo dobrane do rodzaju i ilości tłoczonego medium. Nie jest to zadanie proste, ponieważ na etapie projektowania należy przewidzieć właściwe ilości ścieków dla pory suchej i mokrej, nawet gdy projektujemy kanalizację wyłącznie sanitarną oraz jej konieczną rozbudowę i modernizację, przewidującą w przyszłości zmianę sposobu zagospodarowania zlewni i zmianę w dłuższej perspektywie ilości odprowadzanych ścieków. Przykładowo w projektowaniu i utrzymaniu sieci kanalizacyjnych oraz przepompowni ścieków uczestniczą na poszczególnych etapach procesu ich wykonania odpowiednio wyspecjalizowane służby AQUA. Zarząd AQUA współpracuje z gminami i ustala zasady uczestnictwa Spółki AQUA w realizacji inwestycji kanalizacyjnych. Dział techniczny uzgadnia proponowane przez gminy warunki zagospodarowania przestrzennego i ustala warunki techniczne wykonania sieci kanalizacyjnych oraz przepompowni wraz z podłączeniami klientów. Dział inwestycji przygotowuje plany i projekty inwestycyjne oraz prowadzi proces budowlany. Dział sieci kanalizacyjnej uczestniczy w próbach technicznych i technologicznych realizowanych inwestycji kanalizacyjnych, a następnie odpowiada za ich utrzymanie i eksploatację. Dział utrzymania wspiera w trakcie eksploatacji dział gospodarki ściekowej, zwłaszcza w zakresie koniecznej naprawy i wymiany urządzeń mechanicznych oraz elektrycznych, teletechnicznych i sterowniczych.

W praktyce zachodzi konieczność wdrożenia uniwersalnych rozwiązań projektowych przepompowni i utrzymywania lub współpracy z ekipą wykwalifikowanych oraz odpowiednio przeszkolonych służb, prowadzących serwis i usuwanie awarii przepompowni, systemów automatyki i sterowania, zgodnie z wymogami DTR, BHP i instrukcji technologicznych przepompowni. Dla uzyskania optymalnych wyników eksploatacyjnych decydujące jest odpowiednie zmotywowanie i zaangażowanie służb, które muszą aktywnie uczestniczyć w przygotowaniu i aktualizacji warunków technicznych dla projektowania przepompowni ścieków, w odbiorach i próbach technicznych nowobudowanych lub modernizowanych przepompowni ścieków. Uczestniczą również w ustalaniu kosztów utrzymania przepompowni i ich rozliczaniu odrębnie dla poszczególnych obsługiwanych zlewni (gmin), w całodobowym monitorowaniu i dozorze pracy oraz reagowaniu na zdarzenia alarmowe. Przeprowadzają też okresowe kontrole i przeglądy techniczne przepompowni, dokonywane samodzielnie lub przez konserwatorów w celu prewencyjnego przeciwdziałania powstawaniu nieprawidłowości w pracy przepompowni. Ponadto wykazują całodobową gotowość do usuwania blokad i awarii (konserwatorzy, pogotowie kanalizacyjne).
 

Ciągłość i niezawodność odbioru ścieków zależy nie tylko od wdrożonego rozwiązania projektowego, ale przede wszystkim od kwalifikacji i przeszkolenia personelu obsługi oraz jego zmotywowania i wyposażenia w niezbędne narzędzia. W firmie obsługę przepompowni prowadzi dział odpowiedzialny za eksploatację sieci kanalizacyjnej, głównie za pośrednictwem mobilnej brygady, specjalnie przeszkolonej do tych zadań. Wyposażenie brygady, niezbędne do obsługi przepompowni, stanowią: dostawczy samochód serwisowy (napęd 4×4, hak do holowania agregatu prądotwórczego), narzędzia konieczne do wykonania drobnych prac naprawczych i konserwacyjnych, w tym podręczne przenośne pompy zatapialne wraz z osprzętem, przewoźne agregaty prądotwórcze.

Podstawowy zakres czynności eksploatacyjnych w ramach obsługi pompowni obejmuje okresową kontrolę i lub wymianę oleju/roztworu glikolu w komorach uszczelnienia pomp, czyszczenie przepompowni (układu pomiaru poziomu ścieków, komory czerpnej), usuwanie awarii (w szczególności blokad pomp), następstw dewastacji i skutków zdarzeń nadzwyczajnych.

Przepompownie ścieków wymagają stałego monitorowania i okresowych przeglądów technicznych oraz dbałości o urządzenia zgodnie z wymogami DTR. W AQUA czynności te wykonuje zespół pracowników odpowiednio przygotowany i przeszkolony, zgodnie z harmonogramami przeglądów technicznych. Harmonogramy są tworzone na podstawie wieloletnich obserwacji i doświadczeń eksploatacyjnych, w zależności od rodzaju urządzeń zainstalowanych w przepompowni, takich jak: pompy, armatura, system okresowego odpompowywania osadu z dna komory czerpnej czy hydrodynamicznego zaworu płuczącego komorę czerpną (rozbijanie kożucha i osadu). Szczególnie ważna jest okresowa kontrola lub wymiana oleju (płynu chłodniczego) w komorze uszczelnienia mechanicznego pompy (lub w komorze uszczelnienia mechanicznego i płaszczu chłodzącym).Czynność ta jest niezbędna dla zapewnienia prawidłowej eksploatacji pomp. Kontrola próbki oleju z komory uszczelnienia pompy pozwala na ocenę stanu uszczelnienia mechanicznego. W celu wykonania wymiany oleju należy ułożyć pompę w pozycji określonej w dokumentacji technicznej (DTR), a przy tym podjąć odpowiednie środki, aby nie dopuścić do wtórnego zanieczyszczenia komory uszczelnienia. W AQUA do usunięcia oleju z komory uszczelnienia stosuje się pneumatyczne urządzenie odsysające. Jeśli konstrukcja pompy uniemożliwia całkowite usunięcie oleju, wtedy należy spuścić olej przez odpowiedni korek w korpusie do naczynia ustawionego pod pompą. Następnie do komory uszczelnienia mechanicznego należy wlać odpowiednią ilość oleju parafinowego (biodegradowalnego). Po uzupełnieniu oleju wymienia się na nowe o-ringi na korkach komory uszczelnienia. W przypadku korków o innej budowie stosuje się podkładki miedziane, mosiężne lub masę uszczelniającą odporną na działanie ścieków.

Komory czerpne przepompowni ścieków wymagają okresowego monitorowania i czyszczenia. W AQUA czynności te, zgodnie z harmonogramem czyszczenia, wykonuje zespół pracowników – odpowiednio przygotowany i przeszkolony. Harmonogram jest tworzony na podstawie wieloletnich obserwacji i doświadczeń eksploatacyjnych, a zależy głównie od specyfiki ścieków dopływających oraz od rodzaju pomp i urządzeń pomocniczych zainstalowanych w przepompowni.

Podczas wieloletniej eksploatacji przepompowni ścieków stwierdzono konieczność okresowego czyszczenia komór czerpnych przepompowni z ciał stałych. Głównymi składnikami wydobywanymi w trakcie tych operacji są tłuszcze, włókniny, skrawki tworzyw, ale także gruboziarniste zanieczyszczenia mineralne. Do czyszczenia komór przepompowni najlepiej nadają się samochody specjalistyczne, posiadające urządzenia do zasysania ciał stałych i cieczy silnie zanieczyszczonych substancją mineralną, włókninami oraz tłuszczami. Czasami lokalizacja przepompowni nie pozwala na bezpośredni dojazd w rejon komory czerpnej i wtedy konieczne jest zastosowanie innego rozwiązania w celu usunięcia zanieczyszczeń stałych z komory czerpnej, np. samochodu specjalistycznego z wysięgnikiem.
 

Do najczęstszych przerw w pracy pompowni dochodzi z powodu blokady pomp.Częstą przyczyną blokady pomp są ciała włókniste (bielizna, ręczniki, mopy, rajstopy, folia PE). W celu udrożnienia pompy należy wyjąć ją z komory czerpnej i usunąć ciała stałe.

Przerwy w pracy pompowni występują także wskutek awarii zasilania elektrycznego sieci zewnętrznej. Wymagają one wtedy uruchomienia awaryjnego zasilania ze stacjonarnego agregatu prądotwórczego, instalowanego opcjonalnie na dużych przepompowniach sieciowych AQUA. Przełączenie na stacjonarny agregat rezerwowy następuje automatycznie, ponieważ układy zasilania elektrycznego wyposażane są w systemy SZR. Małe przepompownie w razie zaniku zasilania w energię elektryczną z sieci zewnętrznej wymagają przyjazdu na miejsce ekipy serwisowej i podłączenia przewoźnego agregatu prądotwórczego.

Przepompownie ścieków często są posadowione w niszach terenowych, co utrudnia dojazd do takiego obiektu, szczególnie w okresie zimowym, gdy jezdnia jest zaśnieżona i oblodzona. W celu umożliwienia dojazdu do przepompowni ścieków w każdych warunkach drogowych AQUA zakupiła samochód dostawczy z napędem na obie osie. Samochód taki jest szczególnie przydatny podczas holowania agregatu prądotwórczego, którego masa przekracza 1000 kg.
 

Największą niezawodnością w tłoczeniu ścieków w ocenie Firmy AQUA charakteryzują się pompy o swobodnym przepływie (przelocie). Wirnik o swobodnym przepływie jest wirnikiem wielokanałowym, posiadającym tylko tylną tarczę z łopatkami o uproszczonym przebiegu. Wirniki o takiej konstrukcji noszą nazwę Vortex. Doświadczenia z eksploatacji przepompowni ścieków udowodniły, że wolny przelot równy lub większy od 80 mm umożliwia niezawodne pompowanie ścieków. Z kolei pompy o zbyt małym prześwicie – poniżej 80 mm – pompujące ścieki surowe, ulegają częstemu zapychaniu, co przy niskiej sprawności (rzędu 40%) wymaga w praktyce stosowania wyłącznie pomp o większych prześwitach. Wolny przelot sprawia, że elementy cierne mają ograniczony kontakt z wirnikiem w czasie przepływu przez pompę, czego wynikiem jest zmniejszone zużycie wirnika.

Odmienną konstrukcję posiada otwarty samoczyszczący wirnik kanałowy typu N firmy FLYGT. Zapewnia on równie dużą niezawodność w tłoczeniu ścieków. Wirnik ten świetnie nadaje się do ścieków zawierających włókna i fazę stałą oraz osad ściekowy. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że wirniki te cechuje wysoka niezawodność działania, lecz mniejsza sprawność w stosunku do np. wirników o budowie zamkniętej. Dlatego należy umiejętnie dobierać pompy o takich wirnikach do mniejszych pompowni, gdy najważniejsza jest niezawodność i ciągłość działania oraz można sobie pozwolić na mniejszą sprawność energetyczną.

Jeśli chcemy podnieść sprawność pomp zatapialnych o rząd do 10% przy zachowaniu niezawodności przepompowywania ścieków zawierających drobne zanieczyszczenia włókniste, jednocześnie zapewniając ciągłość działania przepompowni, to możemy zastosować pompy z wirnikiem śrubowo-odśrodkowym. Dla dużych pompowni z pompami zatapialnymi należy dobierać wirniki o konstrukcji zamkniętej, ponieważ tam, z uwagi na gabaryty wirników, niebezpieczeństwo blokady jest znikome, natomiast liczy się sprawność. Ze względu na duże gabaryty wirników pomp i prześwit powyżej 80 mm, spadek wydajności pomp na wskutek częściowej blokady wirnika występuje sporadycznie, a od czasu zainstalowania w pompowniach rozdrabniaczy skratek nie dochodzi do blokowania żadnej z zabudowanych w AQUA pomp tego typu.
 

Niemożliwe jest sprawne, ciągłe i niezawodne działanie kilkudziesięciu przepompowni ścieków, rozproszonych na obszarze kilkuset km², bez stałej obsługi na miejscu lub bez działającego online systemu SCADA i zdalnego monitoringu telemetrycznego. AQUA zbudowała w oparciu o wieloletnie doświadczenia system telemetrii i SCADA, umożliwiający szybkie i niezawodne diagnozowanie stanu pracy przepompowni oraz wykrywanie stanów awaryjnych, które mają bezpośrednie przełożenie na poprawność i niezawodność pracy przepompowni. Wykorzystanie i zaimplementowanie w firmie osiągnięć technicznych, w obszarze systemów teletechnicznych i informatycznych (sprzęt i oprogramowanie), spowodowało nowoczesne zarządzanie przepompowniami. Przekłada się to na prawidłową i bezpieczną eksploatację tych obiektów, realizowaną na miarę nowoczesnego przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjnego. Zastosowane rozwiązania mają cechy systemów otwartych, a więc możliwe jest ich unowocześnianie i modyfikowanie w przyszłości.

Doświadczenia pozyskane w trakcie budowy i eksploatacji kolejnych przepompowni ścieków pozwoliły na przygotowanie w AQUA „Wytycznych AQUA do projektowania sieciowych przepompowni ścieków”, zawierających zalecenia w zakresie doboru wirników pomp, układów sterowania, osprzętu, zasilania przepompowni energią elektryczną, wymaganej i optymalnej retencji oraz ilości rurociągów tłocznych, jak też zagospodarowania terenu i doboru systemu alarmów, a ponadto detekcji gazów, a także ochrony pompowni.

Wszystkie eksploatowane w AQUA przepompownie ścieków są podłączone do systemu monitorowania parametrów pracy oraz sygnałów zdarzeń alarmowych, wśród których najistotniejsze to: włamanie do obiektu, awaria zasilania (przerwa w dostawie energii elektrycznej) i przekroczenie dopuszczalnego poziomu ścieków w studni czerpnej przepompowni. Wszelkie nieprawidłowości i uchybienia są rejestrowane w systemie i mogą być łatwo ujawniane wkrótce po zdarzeniu, jak również przy okazji audytów wewnętrznych oraz zewnętrznych. Świadomość tego faktu zwiększa czujność służb eksploatacyjnych.

Praktyka pokazuje, że nawet najbardziej nowoczesne oferowane obecnie rozwiązania przepompowni ścieków nie są obiektami całkowicie bezobsługowymi (wbrew rozpowszechnianym w materiałach reklamowych twierdzeniom licznych czołowych producentów pomp i pompowni). Wymagają one bowiem:

– całodobowego monitorowania i dozoru pracy oraz zdarzeń alarmowych,

– okresowej kontroli dokonywanej przez konserwatorów mającej na celu prewencyjne przeciwdziałanie powstawaniu nieprawidłowości w pracy przepompowni,

– całodobowej gotowości do usuwania blokad i awarii (konserwatorzy, pogotowie kanalizacyjne).

W zakresie zbiorowego odprowadzania ścieków AQUA wdrożyła Zintegrowany System Zarządzania Jakością (SZJ) w oparciu o normy: ISO 9001:2008, 14001:2001. System ten został wdrożony w wersji elektronicznej w standardzie DDM (data dokument management) i w praktyce okazał się bardzo przydatny w procesie nadzoru nad bieżącą eksploatacją sieci kanalizacyjnych, w tym przepompowni ścieków. Dodatkowo system SZJ w standardzie elektronicznym identyfikuje i rejestruje działania obsługi, dzięki czemu mobilizuje ją do podejmowania koniecznych działań serwisowych i naprawczych w wyznaczonych czasach reakcji.

 

 

1. Błaszczyk W.: Projektowanie sieci kanalizacyjnych. Arkady. 1965.

2. Water & wastewater studium for Kraków and Bielsko-Biała. Projekt Raport Bielsko-Biała (Draft) – submitted by CH2M HILL International Services, Inc. USA in association with Post Buckley International & Hydroprojekt. Warszawa 1994 (praca niepublikowana).

3. Grabarczyk Cz.: Przepływy cieczy w przewodach. Metody obliczeniowe. Envirotech. Poznań 1997.

4. Chudzicki J., Sosnowski S.: Istalacje kanalizacyjne projektowanie wykonanie eksploatacja. Wyd. Seidel-Przywecki. Warszawa 2004.

5. Studium rehabilitacji sieci wodociągowej i kanalizacyjnej miasta Bielsko-Biała, Polska. System kanalizacyjny. Raport końcowy – COVI, Consulting Engineers and Planners AS. Dania we współpracy z BIPROCOM – Kraków i PROCON. Katowice 1998 (praca niepublikowana).

6. Audyt energetyczny. Ocena obecnej efektywności energetycznej przedsiębiorstwa AQUA. WS Atkins. 1999-2000 (praca niepublikowana).

7. Oboza K., Waluś S.: Doświadczenia AQUA w eksploatacji przepompowni ścieków. „Sterowanie i Napędy” 4/2112.