Zanieczyszczenia pływające lub na granicy pływalności zawarte w ściekach, takie jak szmaty, materiały higieniczne, patyki, folie są obok piasku najczęstszą przyczyną awarii przepompowni. Receptą na te dolegliwości jest pompa z rozdrabniaczem lub inne jednostki rozdrabniające.
Rozdrabnianie wymienionych zanieczyszczeń pozwala na:
- ochronę pomp przed zatkaniem,
- przetłaczanie ścieków przewodami o małych średnicach,
- eliminację skratek w procesie tłoczenia.
Jeżeli problem dotyczy prostych aplikacji i małych ilości ścieków od 0,5 do 5 l/s, zastosowanie ma pompa z rozdrabniaczem. Wymienione przepływy odpowiadają przewodom o średnicach nominalnych od DN32 do DN80 i przy prędkości cieczy poniżej 1,0 m/s. W katalogach niektórych producentów można znaleźć pompy rozdrabniające nawet o wydajności do 10 l/s, jednak ich zastosowanie jest już problematyczne z uwagi na bogatą ofertę pomp z wolnym przelotem wymaganym w odpowiedzialnych instalacjach komunalnych, przeznaczonych do ciężkich warunków eksploatacyjnych i długotrwałego użytkowania.
Pompa z rozdrabniaczem jest bardzo wdzięczna w doborze z uwagi na długą i stromą charakterystykę. Bardzo wysokie podnoszenia sprawiają, że pompę tego typu trudno jest zastąpić inna pompą bez drastycznego podniesienia mocy.
Dla ochrony pomp kanałowych lub w celu eliminacji gospodarki skratkami w oczyszczalniach ścieków komunalnych można zastosować samodzielne urządzenia rozdrabniające montowane na dopływie ścieków.
Rozdrabniarki mają możliwość skutecznego rozdrabniania znaczniej szerszej gamy zanieczyszczeń niż pompa z rozdrabniaczem z uwagi na odmienną konstrukcję w stosunku do rozwiązań stosowanych w pompach. Ideą budowy rozdrabniarki jest wykorzystanie dużego momentu obrotowego masywnych dysków tnących zamontowanych na pionowych wałach. Ścieki dopływające grawitacyjnie do rozdrabniarki mogą być piętrzone praktycznie na całej wysokości wałów, co przekłada się na dużą przepustowość tych urządzeń.
POMPA Z ROZDRABNIACZEM
Budowa pompy z rozdrabniaczem
Można wyróżnić 3 zasadnicze modele rozdrabniaczy w aplikacjach do pomp zatapialnych. Stosowane rozdrabniacze zlokalizowane są przed wirnikiem pompy i składają są z:
- płyty rozdrabniającej oraz wirującego noża tnącego,
- stacjonarnego pierścienia rozdrabniającego oraz wirującego dysku rozdrabniającego,
- wielokanałowego rozdrabniacza śrubowego zamontowanego na wale pompy w przekroju króćca ssawnego.
Osobną kategorię stanowią pompy z otwartym wirnikiem jednokanałowym o ostrej dolnej krawędzi, współpracującym z ostrymi krawędziami specjalnie ukształtowanych rowków dolnej pokrywy wlotowej (system Contra Block). Pompy tego typu pozwalają na uzyskiwanie dużych wydajności charakterystycznych dla pomp kanałowych przy podwyższonej odporności na blokowanie wirnika.
Z uwagi na stosowanie w pompach z rozdrabniaczem silników wysokoobrotowych o prędkościach do 3000 obr/min, wycieranie elementów pompy stykających się ze ściekami jest bardzo intensywne. Najczęściej używanym materiałem do wykonania rozdrabniacza jest stal narzędziowa, staliwo chromowe X102CrMo17 KU, stosowane do wyrobu narzędzi chirurgicznych, wysokiej jakości noży, łożysk tocznych, panewek, zaworów i innych części, od których wymagana jest zwiększona odporność na ścieranie.
Pompa z rozdrabniaczem wyodrębnionym konstrukcyjnie należy do kategorii małych pomp zatapialnych chłodzonych cieczą, w której są zanurzone, w związku z czym nie znajdują zastosowania w przepompowniach suchych.
Charakterystyczną cechą pomp rozdrabniających jest z reguły brak określenia przez producenta wielkości swobodnego przelotu. Niektórzy producenci podają, że wielkość przetłaczanych zanieczyszczeń nie przekracza 10 mm. Moc nominalna znanych pomp rozdrabniających nie przekracza 11 kW.
Kiedy stosować pompy z rozdrabniaczem?
Pompa z rozdrabniaczem jest idealnym rozwiązaniem do odprowadzania ścieków z domów mieszkalnych, budynków komunalnych – szpitali, kempingów, parkingów, restauracji, zakładów rzemieślniczych, a także stosowane są w drobnym przemyśle spożywczym (rzeźniach, zakładach przetwórczych), papierniach, rolnictwie. Ponadto pompy rozdrabniające stosuje się w przepompowniach ścieków bez krat wstępnych, do tłoczenia ścieków rurociągami o niewielkiej średnicy.
Rozdrabniacz zamontowany na króćcu ssawnym pompy wyporowej pozwala na pompowanie ścieków bytowo-gospodarczych rurami nawet od 1¼” (DN 32). Maksymalna średnica rurociągów tłocznych współpracujących z pompami rozdrabniającymi nie przekracza DN80.
Charakterystyki hydrauliczne pomp z elementem rozdrabniającym są bardziej strome w porównaniu do pomp z odmienną hydrauliką, co w praktyce oznacza mniejsze wydajności i większe wysokości podnoszenia potrzebne do przetłoczenia medium na dalsze odległości. Urządzenia z wirnikami rozdrabniającymi ciała stałe sprawdzają się szczególnie na terenach o zróżnicowanych warunkach topograficznych.
URZĄDZENIE ROZDRABNIAJĄCE
Budowa rozdrabniarek w aplikacji dla przepompowni i oczyszczalni
Największym powodzeniem cieszą się rozdrabniarki o konstrukcji dwuwałowej. Dzięki dwuwałowej rozdrabniarce redukcja części stałych płynących w ściekach staje się bardzo prosta. Na każdy z wałów nałożone są naprzemiennie dyski tnące i przekładki dystansowe, służące perforowaniu materiałów włóknistych, gdy te dostają się pomiędzy dysk tnący i przeciwległą przekładkę.
Producenci rozdrabniarek oferują całą gamę dysków tnących do zastosowania w zależności od spodziewanej specyfiki ścieków. Dyski tnące wykonane są ze stali stopowej ulepszanej cieplnie do twardości 45-53 HRC, natomiast przekładki dystansowe wykonane są ze stali stopowej ulepszanej do twardości 34-53 HRC.
Rozdrabniarka napędzana jest silnikiem elektrycznym o odpowiedniej mocy poprzez reduktor obrotów, a wały rozdrabniarki obracają się w przeciwnych kierunkach. Prędkości obrotowe każdego z dwóch walów dobrane są tak, aby jak najskuteczniej wyłapywać i rozdrabniać materiały włókniste. Obroty wału napędowego są większe o 1/3 od obrotów wału napędzanego z przełożeniem w komorze wypełnionej smarem. Przełożenie następuje przez cykloidalny reduktor o redukcji obrotów 1:25. Reduktor odporny jest na obciążenia szokowe do 500% nominalnego obciążenia. Silnik rozdrabniarki może pracować jako zatopiony. Zastosowanie znajdują tu silniki o stosunkowo małej mocy i niskich obrotach (w przeciwieństwie do pomp rozdrabniających), dzięki czemu nie są to urządzenia szczególnie energochłonne, mimo pracy ciągłej.
Urządzenie rozdrabniające ma charakter kompaktowy i montowane jest zwykle na prowadnicach ze stali nierdzewnej, dzięki czemu możliwe jest jego łatwe opuszczanie i podnoszenie, analogicznie jak ma to miejsce w przypadku pomp zatapialnych. Panel sterowania rozdrabniarką wyposażony jest w programowalny sterownik zawierający funkcję automatycznego rewersu (układu odwrócenia obrotów), co eliminuje potrzebę manualnego odblokowywania dysków tnących. Panel sterujący wyposażony jest w grzałkę antykondensacyjną, dzięki czemu jest przystosowany do pracy na zewnątrz. Moc nominalna znanych na rynku polskim rozdrabniarek nie przekracza 7,5 kW.
Kiedy stosować rozdrabniarkę?
Rozdrabniarki znajdują zastosowanie w istniejących rurociągach lub kanałach otwartych o dużych zakresach przepływu, nawet do 450 l/s.
Rozdrabniarki odznaczają się znacznie większą skuteczność niszczącą od pomp z rozdrabniaczem oraz wszelkiego rodzaju maceratorów. Są w stanie zmielić praktycznie wszystko, co może znaleźć się w ściekach komunalnych, łącznie z grubymi zanieczyszczeniami, takimi jak cegły i drewno. Zapobiega to blokowaniu instalacji i trudnym oraz kosztownym naprawom pomp.
Oczywiście ilość zanieczyszczeń twardych ma zdecydowany wpływ na żywotność urządzenia i należy dążyć do tego, by tych najbardziej abrazyjnych zanieczyszczeń było jak najmniej.
Ochrona pomp przez rozdrabniarkę na odpowiedzialnych obiektach szczególnie w przypadku pomp kanałowych jest coraz częściej stosowana w Polsce. Jeszcze korzystniejszym powodem zastosowania rozdrabniarki jest pozbycie się gospodarki skratkami, szczególnie jeżeli udział dopływów deszczowych jest znaczny. Rozdrabniarka umożliwia skuteczne wypłukanie organiki ze ścieków i późniejsze zagęszczenie rozdrobnionych części stałych w procesie oczyszczania ścieków.
Temat zastosowania rozdrabniarki jest znakomitym przykładem dla zastosowania w praktyce analizy LCC (analizy kosztów w całym cyklu eksploatacji urządzenia – więcej o analizie LCC przeczytasz w artykule „Przepompownie ścieków sanitarnych i ich koszty eksploatacyjne„) w zestawieniu z kosztami tradycyjnej gospodarki skratkami, gdzie występują takie elementy jak:
- krata mechaniczna z kosztami serwisu,
- koszty energii,
- koszt wody do płukania skratek,
- gromadzenie i higienizacja skratek,
- koszty transportu skratek,
- koszty utylizacji skratek.
Na rysunku poniżej przedstawiono zabudowę rozdrabniarki przed obiektami technologicznymi w osobnej komorze.
PROBLEMY EKSPLOATACYJNE
Zasadniczymi problemami eksploatacyjnym wszelkiego rodzaju rozdrabniaczy jest podatność na wycieranie mechanizmów tnących oraz stosunkowo szybkie zużywanie się łożysk wałów napędowych, narażonych na przeciążenia. Łożyska są częściami maszyn roboczych, umożliwiającymi wykonywanie przez element łożyskowany ruchu obrotowego.
Zarówno w pompach rozdrabniających, jak i rozdrabniarkach znaczne wyszczerbienie mechanizmu tnącego powoduje mimośrodową pracę wału napędowego, co po pewnym czasie doprowadza do uszkodzenia kasetowego uszczelnienia łożyska. Wyciek smaru z łożyska skutkuje w końcowym etapie jego nagrzewaniem się i blokadą.
Ponieważ w przypadku rozdrabniarek wcześniejszemu zużyciu ulegają dyski tnące zanurzone w nurcie ścieków, celowym zabiegiem ratującym sytuację jest przełożenie kolejności dysków na wale. Awaria rozdrabniacza w pompie rozdrabniającej niestety pozbawia ją jakichkolwiek walorów użytkowych i wymaga natychmiastowej naprawy.
Dobrą praktyką jest stosowanie przed urządzeniami rozdrabniającymi piaskownika wirowego lub przynajmniej zwykłego osadnika piasku.
Szczegółowo inne problemy eksploatacyjne i błędy projektowe opisano w artykule „8 najczęściej spotykanych błędów przy projektowaniu systemów tłocznych kanalizacji ściekowej„.
PODSUMOWANIE
Stosowanie urządzeń rozdrabniających wymaga rozwagi ze względu na ograniczoną żywotność, nieprzekraczającą z reguły 3÷4 lat oraz konieczności starannych okresowych przeglądów.
Są jednak zastosowania, gdzie urządzenia te są niezastąpione, ponieważ upraszczają technologię pompowania oraz w wielu przypadkach rozwiązują gospodarkę skratkami na małych i średnich oczyszczalniach. Zagadnienie ewentualnego zastosowania urządzeń rozdrabniających w gospodarce komunalnej zawsze warto poprzedzić pogłębioną analizą ekonomiczną (LCC).
Rynek urządzeń rozdrabniających jest w Polsce w fazie rozwojowej. Rosnący poziom dochodów spowoduje wkrótce, także w naszym kraju, zwiększone zainteresowanie indywidualnych klientów popularnymi na zachodzie tzw. pomporozdrabniaczami stosowanymi w nowoczesnych kuchniach i łazienkach z uwagi na możliwość dowolnej lokalizacji przyborów sanitarnych.
