Здание канализационной насосной станции

Суточное количество сточных отходов в больших городах составляет миллионы кубических метров. Огромные объемы черных и серых стоков по подземной канализации транспортируются в загородные очистные сооружения. Их отвод и нейтрализация – это необходимые условия удовлетворительного состояния населенного пункта. Протяженность московской канализации составляет почти 9000 километров.

По трубам разного диаметра нечистоты с жилых и промышленных районов движутся в центральные коллекторы. При подходящем рельефе местности содержимое транспортируется самотеком. На участках где нет возможности поддерживать необходимый угол прокладки устанавливаются канализационные насосные станции для принудительного перегона.

В структуре отвода стоков Санкт-Петербурга задействовано больше 200 канализационных станций, в Москве их количество меньше примерно на 30% благодаря естественному уклону местности. Эти устройства работают в автоматическом режиме и поддерживают стабильную работу всей системы.

КНС – как это работает

Первая насосная станция появилась в Москве при прокладке центрального водопровода канализации. На то время население столицы было небольшим, промышленность развита слабо, поэтому единственная КНС в районе метро «Пролетарская» собирала самотечные стоки со всего города. Здание уже не функционирует, но сохранилось до нынешнего времени, а на его территории открыт интересный музей воды. С помощью паровых машин и насосов отходы транспортировались до Люблинских фильтрационных полей.

По мере развития города инфраструктура канализационных сооружений совершенствовалась и усложнялась. Самая крупная КНС была запущена в 1980 году. Она забирает стоки центральной части столицы. По утверждению водоканала, Центральная станция – самая мощная в Европе.

Сначала сточные воды по подземным коллекторам стекаются в приемник. Дальше она разделяется на несколько потоков и пропускается через решетки с крупными отверстиями. Они собирают большой мусор, который может сломать оборудование. К слову, пользователи часто сбрасывают в канализацию все что угодно, поэтому количество и ассортимент выловленного мусора поражает.

Процеженные стоки попадают в распределительную камеру и под напором прогоняются дальше по трубопроводу. С помощью системы задвижек один насос может подключаться к разным напорным трубам. По мощности один мотор может сравниться с составом метрополитена, а его вес составляет почти 20 тонн. Чтобы оборудование не затопило в случае аварии, его располагают над насосами и трубами.

Резерв продуктивности обеспечивает стабильную работу на время ремонта и профилактического обслуживания. Управление КНС полностью автоматизировано и за его исправной работой круглосуточно следит штат операторов. Постоянный анализ объема стоков показывает, что за последнее десятилетия их количество уменьшилось, хотя город стабильно разрастается. Это результат массовой установки счетчиков и закрытия ряда крупных предприятий и автомобильных заводов.

Выбор и установка КНС

Изучение местности перед застройкой позволяет определить потребуется ли принудительное откачивание стоков для новостройки. Производительность насосного оборудования должна обеспечивать бесперебойную работу канализации во время пиковых утренних и вечерних сбросов. В прогнозируемом объеме должны учитываться осадки, если ливневая канализация не сможет работать в самотечном режиме. Из первичной КНС стоки транспортируются на следующий более крупный узел или непосредственно на очистные сооружения.

Модели для домашней канализации устанавливаются в помещении санузла. Их дизайн разработан так, чтобы после монтажа не ухудшить интерьер. Это герметический пластиковый корпус с фекальным насосом и измельчающим блоком. Бытовые станции могут поднимать стоки на высоту до 8 метров. Конструкция КНС отличается в зависимости от температуры принимаемых отходов. В моделях, рассчитанных на перегон горячих стоков, насос монтируется отдельно, чтобы не происходил перегрев.

Бытовые станции включаются в обычные розетки питания и полностью автономны. Стоимость начальных моделей зарубежных марок составляет от 25-30 000 рублей. Для больших зданий и предприятий предназначены канализационные насосные станции повышенной производительности. Такое оборудование монтируется вне помещений.

Мощные КНС способны перекачивать тысячи кубометров стоков в час. Это компактное оборудование в герметичном цилиндрическом корпусе. Стенки отливаются из стеклопластика или высокопрочных аналогов. Емкость закапывается в почву. Снаружи остается только горловина с люком, чтобы осуществлять обслуживания. Станции реализуются в сборном и раздельном вариантах. Резервуары к ним похожи на заводские блоки для септиков.

Автоматичный режим обеспечивается поплавками и другими защитными механизмами. На случай нештатной ситуации предусмотрено звуковое и световое оповещение, чтобы вовремя устранить неполадку или отключить систему. Чтобы КНС функционировала бесперебойно, должны соблюдаться:

• Номинальная мощность и спектр задач;
• Характеристики рельефа места монтажа;
• Размеры устройства с площадью участка.

Стоимость станций высокой пропускной способности довольно высока. Провести необходимые оценки потребностей должен профессионал, чтобы исключить дорогостоящую ошибку. Расчеты и подбор производитель или дистрибьютор часто предлагают в подарок при условии покупки оборудования.

После установки и пусконаладочных работ КНС нуждается в профилактических осмотрах и проверках. Только исправная система будет работать эффективно, надежно и без вреда для окружающей среды.

Техническое обслуживание канализационных насосных станций

Для поддержки работоспособности системы рекомендуются следующие мероприятия:

• Поднимать насосы и менять масло по инструкции производителя;
• Промывать сепаратор жира или вызывать бригаду для утилизации жировых отложений;
• Ежеквартально проверять работу насосов;
• Колодец очищается от донных скоплений ила и осевших частиц мусора;
• Проверяется надежность клемм, датчиков и соединений;
• Следы ржавчины и окисления зачищаются и обрабатываются защитными средствами.

Остаточные отходы откачиваются и вывозятся на полигоны для утилизации. Из-за вероятности отравления газами, в емкость нельзя погружаться без средств личной защиты и помощников.

• Тонущий датчик уровня остаются на жировом слое и не регулируют работу насоса;
• Скопившаяся грязь проникает в насос и снижает эффективность всасывания и подъема отходов;
• Износ торцевых уплотнителей без своевременной замены масла.

Поддерживать и восстанавливать протяженную канализацию в городском масштабе сложно и дорого. За год напорный трубопровод удлиняется на 50 км, и столько же приходит в состояние граничного износа. Водоканалы устанавливают резервные генераторы питания, насосы заменяются на модели с «сухой» установкой для защиты от затопления, добавляется запорная арматура для нейтрализации гидроудара, добавляются дробилки отходов.

В ситуациях, когда невозможно обеспечить необходимый уклон канализационной трубы, самотечная схема отвода стоков не действует. В этих случаях незаменима канализационная насосная станция, обеспечивающая беспрепятственный отток и переработку отходов.

Существует две разновидности агрегатов: мини-станции и полнофункциональные комплексы для обслуживания дома. Разберемся, какому варианту лучше отдать предпочтение, какие характеристики стоит учитывать при выборе. Кроме того, опишем пошаговую технологию монтажа и правила эксплуатации канализационной станции.

Сферы применения и назначение КНС

Канализационная насосная станция (КНС) – это целостный комплекс гидротехнического оборудования, который предназначен для перекачки ливневых вод, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, когда их самотечное отведение невозможно.

КНС используется преимущественно при таких случаях:

1. Геодезический уровень емкостей и трубопроводов, из которых отводятся стоки, расположен ниже канализационного коллектора или выгребной ямы.
2. Отсутствие физической возможности организовать прямолинейное самотечное отведение стоков или малый уклон канализационной трубы, грозящий регулярным ее засорением.
3. Далекое расположение выгребной ямы или центрального коллектора от источника сточных вод.

Оборудуются КНС коттеджные поселки, загородные дома, а также промышленные объекты, расположенные далеко за городом и удаленные от централизованной канализационной сети.

Классификация канализационных станций

Размеры бытовых канализационных насосных станций могут быть самыми различными. Они могут умещаться непосредственно за унитазом и сразу из него перекачивать стоки в необходимом направлении, а могут иметь вид вкопанных в землю горизонтальных цистерн объемом в десятки кубометров.

Но не только размерами отличаются КНС. Ниже приведены классификации насосных станций для канализации по различным параметрам.

По типу установки:

1. Вертикальные.
2. Горизонтальные.
3. С самовсасывающими насосами.

Последний тип КНС предполагает принудительное закачивание сточных вод в корпус станции, и их удаление из него после очистки.

По типу расположения относительно земли:

1. Заглубленные.
2. Наземные.
3. Частично заглубленные.

Резервуар КНС с датчиками, канализационными насосами и запорной арматурой может находиться в земле, а система автоматического управления – на поверхности.

По схеме управления оборудованием:

1. С ручным управлением. Включение и выключение модулей оборудования происходит по мере необходимости обслуживающим персоналом, который самостоятельно проверяет наполняемость канализационного резервуара.
2. Дистанционные. Используется система мониторинга состояния резервуара, данные которого выводятся на удаленный управляющий пульт.
3. Автоматические. Управление производится автоматически с помощью датчиков и реле, расположенных непосредственно в корпусе насосной станции или рядом с ней.

КНС с ручным управлением являются самыми дешевыми, но требуют личного участия человека. Они используются в основном в загородных дачных домиках и коттеджах с небольшим количеством расхода воды.

По характеру канализационных стоков:

1. Для хозяйственно-бытовых стоков. Рассчитаны на эксплуатацию в стандартных условиях.
2. Для промышленных целей. Изготавливаются из материалов с повышенной устойчивостью к химически агрессивным средам и термическому воздействию.
3. Для ливневых сетей. Оборудуются дополнительными системами очистки.
4. Для осадочных сточных вод. Используются чаще всего в промышленных очистных сооружениях. Оснащаются дополнительными устройствами для обработки осадочных отложений.

При выборе модели КНС лучше ориентироваться не на классификацию, а на рекомендации специалистов, которые подберут оптимальную систему для конкретного дома.

Правила выбора оборудования

Далее будут проанализированы критерии, учитывая которые необходимо выбирать канализационное насосное оборудование для частного использования. Разбор промышленных установок не входит в рамки данного обзора.

Целью при покупке КНС является приобретение оптимального по мощности и другим характеристикам оборудования. Нет смысла переплачивать за системы, которые будут работать на 10-20% проектной мощности.

При выборе КНС учитывают такие параметры:

1. Максимальный поток перерабатываемых стоков.
2. Транспортировочное расстояние.
3. Перепад геодезических уровней между впускной трубой и выходом напорного шланга.
4. Степень загрязненности, фракционный состав и структура хозяйственно-бытовых стоков. Существуют КНС, которые измельчают крупные фракции включений, предупреждая засоры в насосном оборудовании.
5. Уровень требуемой очистки стоков.
6. Габариты оборудования.

Единой формулы для расчета производительности насосного оборудования нет, поэтому алгоритм расчета и необходимые показатели должны быть указаны в инструкции к приобретаемой КНС.

Типовой проект расчета производительности насосного оборудования включает такие этапы:

1. Определение суточного потребления воды и объема стоков.
2. Построение ориентировочного графика поступления канализационных сточных вод в течение суток.
3. Расчет минимального и максимального канализационного потока.
4. Определение требуемой производительности КНС, учитывая загрязненность стоков.

После определения вышеприведенных параметров можно начинать заниматься выбором подходящего оборудования.

На цену КНС влияет брэнд производителя, ремонтопригодность изделия, возможность сервисного обслуживания. Особенно не рекомендуется приобретать дешевые насосы, если предполагается их ежедневное использование, и при этом отсутствуют резервные емкости или дополнительный насос для отведения стоков.

Устройство и принцип работы КНС

Устройство современных КНС следует рассматривать в двух основных вариантах:

Принципиальных различий между этими устройствами нет. Но сололифты являются единым готовым оборудованием, которое можно купить в интернете и самостоятельно подключить, а канализационные станции формируются из отдельно продающихся частей под конкретный проект внешней канализации.

Компактные мини-станции

Портативные КНС типа «Сололифт» имеют компактный вид и устанавливаются вблизи сантехнического оборудования. Его устанавливают либо в подвале дома, либо в самом санузле.

Основными конструкционными узлами сололифта являются:

• герметичный корпус с патрубками и отверстиями;
• двигатель;
• крыльчатка с режущей кромкой;
• автоматика.

При поступлении воды в устройство срабатывает автоматика и включается двигатель. В результате происходит перекачивание жидкости из внутреннего резервуара в напорную трубу. Крыльчатка дополнительно измельчает крупные фрагменты для эффективного отведения взвешенных частиц и предупреждения засора.

Корпус сололифта может иметь 2-5 отверстий для подключения сантехнических приборов. Сверху устройства располагается воздушный клапан, который обеспечивает подсос воздуха извне при работе насоса. Это предотвращает срыв гидрозатвора в сифонах домашнего оборудования.

Производительность портативного мини-КНС стандартна и теоретически рассчитывается, исходя из количества подводящих труб. После покупки оборудования достаточно подключить напорный шланг и канализационные трубы к корпусу солофита, а потом включить его в розетку.

КНС для загородного дома

Насосная станция для частого дома обычно имеет внушительные размеры и вкапывается в землю. Готовых конструкционных решений такого типа в интернете найти не удастся, а для определения ориентировочной стоимости оборудования необходимо созваниваться с менеджерами магазинов или оставлять заявку на сайтах продавцов.

Более долговечными являются емкости из стекловолокна и пластика. Они не требуют какого-либо ухода и прослужат минимум 50 лет. Станция представляет собой загерметизированную емкость с насосами внутри.

Основными элементами КНС для дома являются:

1. Накопительный бак из пластика, стекловолокна, бетона или металла объемом в несколько кубометров.
2. Фекальный насос. В ежедневно работающих станциях ставят два насоса: рабочий и резервный, задача которых состоит в подъеме сточных вод на определенный уровень для дальнейшего их продвижения по трубам самотеком.
3. Система самотечных водопроводов (подводящих и напорных отводящих), объединяющих внутреннюю канализацию, КНС и последующий коллектор. Система снабжена задвижками и обратным клапаном, который позволяют жидкости течь только в одном направлении.
4. Автоматика с поплавковыми выключателями. Рекомендуется установка одновременно 3-4 поплавков, каждый из которых способен включать насос. Стоят они недорого, поэтому экономить на них не стоит.

Крупные домашние КНС имеют принцип работы, несколько отличающийся от сололифта. Резервуар для стоков закапывается в землю и подсоединяется к сливной трубе внутренней канализации. При достижении уровнем канализационных сточных вод установленного регулировкой уровня, поплавковый механизм замыкает сеть и включает насос.

Перекачка воды останавливается лишь при достижении поплавком уровня, гораздо ниже того, который привел к его включению. Такая схема позволяет реже включать насосное оборудование, снижая эксплуатационные нагрузки.

Дополнительные поплавки предназначаются для включения резервного насоса. Уровень воды для их запуска устанавливается немного выше, чем для основного насоса.

Это позволяет перестраховываться и включать резервное оборудование только в случае неисправности основного.

Если посмотреть на расположение крупнейших водопроводных станций и канализационных очистных сооружений Москвы, то можно заметить, что первые, в основном, находятся в северо-западной половине города (а точнее немного за его пределами), а вторые – в юго-восточной. Это расположение обязано естественному рельефу. Главные источники водоснабжения Москвы – Москва-река и Волга (питающая город водой через канал имени Москвы). Водозабор производится до города, на северо-западе, где вода еще чистая. Очищенная на станциях вода поступает в город, где используется предприятиями и жителями, после чего уже грязная поступает в систему канализации. Тут то и начинается самое интересное! Большая часть московской канализационной сети (а это тысячи километров) – самотечная. Т.е. вода в трубах течет сама по себе за счет уклона. Трубы эти проложены в большинстве своем с использованием естественного уклона местности. А естественный уклон местности – это практически всегда река или ручей. Так и получается, что основные канализационные каналы идут вдоль рек и часто даже носят их имя. Впрочем большинство московских рек и ручьев (а их больше сотни) тоже давно текут в трубах, а сверху проходят обычные улицы, и многие горожане и не подозревают, сколько труб у них прямо под ногами. В конечном счете все сточные воды стекают в самую низкую часть города – на юго-восток, туда где находятся Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения (и куда течет Москва-река). По сути город "выпивает" Москва-реку и Волжскую воду, пропускает ее через себя и, очищая, выливает обратно.

Однако, как водится, везде есть исключения. Полностью сделать сеть канализации самотечной не получается. В некоторых местах самотечные каналы было бы крайне тяжело прокладывать, где-то просто невозможно. Кроме того сама по себе сеть существенно сложнее чем упрощенное описание выше – существуют всевозможные дублирующие, соединительные, перепускные и прочие каналы, есть дюкеры под реками. Иногда, канализационные стоки все-таки приходится поднимать выше по рельефу, а не пускать самотеком. В таких случаях строят канализационные насосные станции(КНС).

Первая КНС появилась в Москве вместе с канализацией в 1898 году. Она находилась на нынешней Крутицкой набережной близ нынешней станции метро Пролетарская. К ней самотеком стекались все канализационные воды Москвы. На самой КНС стояли паровые двигатели и насосы, которые перекачивали стоки в напорные трубы, ведущие в загородный канал, который в свою очередь шел до Люблинских полей фильтрации, располагавшихся на месте нынешнего района Марьино. Красивое кирпичное здание этой КНС сохранилось до сих пор, хотя оно давно уже не используется по прямому назначению. Кстати, на территории расположился музей воды, крайне рекомендуемый к посещению.

С тех времен канализационная система постоянно развивалась. В настоящее время в Москве работают 154 КНС. Я покажу и расскажу про крупнейшую из них – Центральную КНС, запущенную в 1980 году. Располагается эта КНС совсем недалеко от первой КНС, только на другом берегу Москва-реки, ближе к станции метро Павелецкая. Она принимает сточные воды центральной части города и перекачивает их по напорным трубопроводам на Курьяновские и Люберецкие очистные сооружения. Проектная производительность станции – 1 000 000 кубометров в сутки. По утверждению Мосводоканала она является крупнейшей в Европе.

Снаружи Центральная КНС выглядит как сравнительно небольшое невзрачное промышленное здание. Однако, все самое интересное находится не в этом здании, а под ним. Под зданием расположено огромное круглое бетонное сооружение глубиной около 15 метров, в котором находится оборудование. В целом устройство станции достаточно простое.

Сначала сточные воды по подземным коллекторам попадают в приемную камеру, откуда, растекаясь по нескольким каналам протекают сквозь специальные решетки.

Эти решетки похожи на те, что используются на очистных сооружениях, но отверстия в них гораздо больше.

Они предназначены для отлова крупного мусора, который может повредить насосы и прочее оборудование установленное дальше. Отловленный мусор поднимается на специальные конвейеры и собирается. Затем его измельчают на дробилке и сбрасывают обратно в приемный резервуар.

После прохождения решеток сточные воды попадают в общую распределительную камеру. За камерой установлено девять насосов которые перекачивают воду дальше по трубам.

Насосы представляют собой центробежные "улитки". Каждый насос может независимо включаться и отключаться, кроме того после насосов установлена система труб и задвижек, позволяющих также подключать разные насосы к разным напорным трубам (ниткам) уходящим в город.

На фото трубы уходящие в город:

Насосы приводятся в движение огромными моторами, мощностью по 1.6 МВт каждый. Для сравнения – эта мощность сопоставима с мощностью одного состава метро или примерно со 160ю квартирами.

Нельзя фотографией передать ощущения от работы этих моторов, но можно описать словами :)
работают они сравнительно тихо, однако вибрация и дрожание хорошо ощущаеются рядом с ними. Из круглых отверстий вырывается мощный поток теплого воздуха.

Эти моторы – высоковольтные, питаются непосредственно напряжением 10 кВ. Для любителей шильдиков:

Они специально установлены существенно выше самих насосов и трубопроводов – в случае аварии и затопления КНС они не будут затоплены. Вид на приводной вал между мотором и насосом:

Насосы установлены с большим резервом, на случай пиковых нагрузок, аварий и плановых ремонтов. Сейчас два из них находятся в плановом ремонте. На фото – ротор одного из моторов, массой почти 9 тонн:

Размеры всего сооружения хорошо видны с человеком в кадре :)

Питается КНС от четырех независимых вводов. На станции есть внушительных размеров КРУ (комплексное распределительное устройство) 10 кВ с вакуумными выключателями и трансформаторы для питания низковольтного оборудования.

Контролируется КНС из местной диспетчерской, которая располагается в наземной части здания. Операторы круглосуточно следят за состоянием оборудования, показаниями приборов. Все управление автоматизировано.

В управлении системой канализации есть ряд интересных нюансов. В первую очередь – неравномерность потока сточных вод, которая сильно меняется как в течение года, так и в течение суток. Более того, меняется она и в зависимости от глобальных процессов происходящих в стране.

В предыдущих своих отчетах о водопроводных и канализационных сооружениях, я уже неоднократно писал, что несмотря на постоянный рост числа жителей в Москве, водопотребление и, соответственно, количество сточных вод снизилось за последние пару десятилетий. Причин тому много, но основных две:
1)Более экономный расход воды населением и предприятиями, за счет установки счетчиков и использования более экономного оборудования.
2)Закрытие крупнейших московских промышленных предприятий – ЗИЛ, Серп и Молот, АЗЛК и других.

Второй пункт очень сильно сказался на неравномерности потока сточных вод. Если раньше коэффициент неравномерности (отношение максимального расхода к минимальному в течение суток) составлял примерно 1.6, то сейчас он составляет примерно 2.5. В 4-5 утра все нормальные люди давно уже спят и водой не пользуются, соответственно поток сточных вод минимален, однако в 7-8 часов утра они просыпаются и идут умываться и количество сточной воды резко увеличивается. Если раньше это отчасти сглаживалось постоянным мощным стоком с предприятий (и, подозреваю, подтекающими повсеместно кранами и бачками), то теперь нет.

Также существуют и сезонные изменения потока. Зимой сточных вод больше, чем летом, отчасти из-за снегосплавных пунктов, которые используют канализационные коллекторы для сброса и растапливания снега, отчасти из-за в целом большей активности населения, чем в летний период отпусков.

По словам работников Мосводоканала в году наблюдается три основных пика – это вечер 31 декабря(если не попадает на выходной), 31 августа (если не пятница) и дни, когда весной начинают оттаивать верхние слои почвы, в результате чего, из-за неплотностей в швах в тысячах колодцах по всей Москве, в них начинает поступать дополнительная паводковая вода.

Чтобы более оперативно управлять всей канализационной системой, а в особенностью всеми КНС, Мосводоканал создал отдел оперативного управления насосными станциями.

В данный центр стекается информация со всех КНС, от множества датчиков уровня, установленных на сетях. Более того, отсюда можно щелчком мышки дистанционно управлять насосами и задвижками на КНС, смотреть изображение с камер наблюдения, местоположение аварийных бригад на карте и т.п. В общем современные технологии работают на благо канализации :)

Выражаю огромную признательность пресс-службе Мосводоканала за приглашение, заместителю генерального директора – начальнику управления канализации Богомолову Михаилу Валерьевичу за отличную экскурсию с рассказом по объектам и всем остальным работникам Мосводоканала за хорошую и качественную работу.

Ну и пользуясь случаем даю ссылки на другие мои статьи на тему канализации и водопровода Москвы: