A thang máy nước thải trạm - còn gọi là trạm bơm nước thải hoặc trạm bơm giếng ướt - là một cơ sở được thiết kế sử dụng máy bơm để di chuyển nước thải từ độ cao thấp hơn đến độ cao cao hơn khi trọng lực không thể thoát nước thải vào hệ thống thu gom hoặc nhà máy xử lý của thành phố. Tóm lại: bất cứ nơi nào một tòa nhà, khu dân cư hoặc khu phát triển nằm bên dưới cống thoát nước chính, trạm nâng nước thải là cơ chế giúp thực hiện vệ sinh. Nếu không có nó, các nhà tắm cấp thấp, các khu vực thấp và toàn bộ các đô thị ở địa hình bằng phẳng không thể kết nối với hệ thống xử lý nước thải tập trung. Hướng dẫn này đề cập đến cách hoạt động của trạm nâng, loại nào phù hợp với ứng dụng của bạn, cách lắp đặt và cách đảm bảo chúng hoạt động ổn định.
Nguyên tắc hoạt động rất đơn giản. Nước thải chảy theo trọng lực từ tòa nhà hoặc khu vực thu gom vào một khoang ngầm kín gọi là giếng ướt . Khi nước thải tích tụ, công tắc phao hoặc bộ chuyển đổi áp suất sẽ theo dõi mức chất lỏng. Khi mực nước đạt đến mức mực nước cao đặt trước — thường là 60–80% công suất giếng ướt - bảng điều khiển kích hoạt một hoặc nhiều máy bơm chìm hoặc máy bơm hố khô. Máy bơm xả nước thải qua đường ống chính chịu áp tới hệ thống thoát nước tự trọng ở hạ lưu, nhà máy xử lý hoặc trạm bơm tiếp theo trong một chuỗi.
Khi mực nước giếng ướt giảm xuống điểm đặt mực nước thấp, (các) máy bơm sẽ tắt và chu trình lặp lại. Hầu hết các trạm đô thị và thương mại đều chạy 4 đến 8 chu kỳ bơm mỗi giờ trong điều kiện dòng chảy bình thường. Mỗi trạm bao gồm một phao báo động được đặt trên mức bơm nước cao - nếu máy bơm hỏng và giếng ướt tiếp tục dâng cao, cảnh báo sẽ kích hoạt cảnh báo bằng âm thanh và từ xa trước khi nước thải có thể chảy ngược vào các tòa nhà được kết nối hoặc tràn lên bề mặt.
Các bộ phận chính trong mỗi trạm nâng nước thải:
Cấu hình được cài đặt rộng rãi nhất ở Bắc Mỹ cho cả ứng dụng đô thị và dân cư. Máy bơm chìm đặt trực tiếp bên trong giếng ướt, chìm trong nước thải. Động cơ được làm kín và làm mát bằng chất lỏng xung quanh. Không cần phòng bơm khô riêng biệt , giảm chi phí xây dựng và dấu chân đáng kể. Máy bơm được lấy ra để bảo trì thông qua hệ thống ray dẫn hướng và xích nâng mà không cần nhân viên vào không gian hạn chế. Trạm chìm giếng ướt chiếm hơn 70% lắp đặt trạm nâng nước thải mới ở Mỹ.
Bao gồm hai buồng riêng biệt: một giếng ướt tiếp nhận nước thải đầu vào và một hố khô liền kề chứa máy bơm và đường ống trong môi trường khô ráo, dễ tiếp cận. Máy bơm là thiết bị ly tâm hoặc tự mồi hút cuối được gắn trên các tấm bê tông, kết nối với giếng ướt thông qua đường ống hút. Các trạm mỏ khô được ưu tiên cho lắp đặt đô thị công suất lớn (trên 500 GPM) trong đó tần suất bảo trì máy bơm phù hợp với chi phí xây dựng bổ sung của phòng máy bơm không cửa ngăn. Chúng cho phép các kỹ thuật viên bảo dưỡng máy bơm, vòng đệm và vòng bi mà không cần thủ tục vào không gian hạn chế.
Một hệ thống nâng nước thải nhỏ gọn, dành cho một tài sản, trong đó có máy bơm máy nghiền tốc độ cao - thường là 1–2 HP, hoạt động ở tốc độ 1.750–3.500 vòng/phút — nghiền chất rắn thành bùn mịn trước khi bơm qua lực chính có đường kính nhỏ (1¼–2 inch). Được sử dụng trong hệ thống thoát nước áp suất thấp (LPS) phục vụ từng hộ gia đình ở khu vực nông thôn hoặc các khu phát triển nơi địa hình khiến hệ thống thoát nước tự chảy không kinh tế. Một trạm xay duy nhất thường phục vụ một đến bốn đơn vị nhà ở và kết nối với hệ thống thu gom áp suất thấp chung.
Được sử dụng ở hạ lưu bể tự hoại để bơm nước thải đã được làm sạch (chất lỏng có chất rắn lắng xuống) đến hệ thống thoát nước, hệ thống gò đất hoặc thiết bị xử lý hiếu khí ở độ cao cao hơn. Bởi vì chất rắn phần lớn được loại bỏ bằng bể tự hoại, máy bơm nước thải có thể sử dụng độ hở cánh quạt nhỏ hơn và đường kính lực chính nhỏ hơn so với máy bơm nước thải thô - giảm cả chi phí bơm và chi phí lắp đặt đường ống.
Các bình chứa giếng ướt bằng sợi thủy tinh hoặc polyetylen được lắp ráp tại nhà máy có máy bơm, bộ điều khiển và đường ống được lắp đặt sẵn, được giao đến địa điểm dưới dạng một bộ phận hoàn chỉnh sẵn sàng để lắp đặt ngay. Thời gian dẫn đầu của 4–12 tuần so với 12–24 tuần Đối với các trạm bê tông đúc sẵn được thiết kế tùy chỉnh, các trạm đóng gói trở thành lựa chọn ưu tiên cho các hoạt động phát triển thương mại, trạm nâng phân khu phục vụ tới 500 ngôi nhà và thay thế khẩn cấp các trạm hiện có bị hỏng hóc.
| loại | Phạm vi dòng chảy điển hình | Truy cập máy bơm | Ứng dụng tốt nhất | Chi phí vốn tương đối |
|---|---|---|---|---|
| Giếng ướt / Chìm | 10–5.000 GPM | Hướng dẫn thu hồi đường ray | Khu dân cư đến đô thị lớn | Thấp–Trung bình |
| Hố khô | 500–50.000 GPM | Phòng khô ráo | Đô thị/công nghiệp lớn | Cao |
| Bơm máy mài | 5–30 GPM | Loại bỏ toàn bộ đơn vị | Hệ thống nhà riêng / LPS | Thấp |
| Bơm nước thải | 5–50 GPM | Loại bỏ toàn bộ đơn vị | Tự hoại đến cống thoát nước | Thấp |
| Gói đúc sẵn | 20–2.000 GPM | Hướng dẫn thu hồi đường ray | Thương mại/phân khu | Trung bình |
Một trạm nâng nước thải trở nên cần thiết trong bất kỳ điều kiện nào sau đây:
Trạm phải xử lý lưu lượng giờ cao điểm - không phải lưu lượng trung bình hàng ngày. Đối với hệ thống dân cư, lưu lượng đỉnh thường được tính bằng 3–4 lần lưu lượng trung bình hàng ngày . Một phân khu gồm 100 ngôi nhà tạo ra trung bình 250 gallon mỗi ngày (GPD) cho mỗi hộ gia đình tạo ra trung bình 25.000 GPD, nhưng lưu lượng cao nhất mỗi giờ có thể đạt tới 75.000–100.000 GPD (52–69 GPM) vào thời điểm nhu cầu cao nhất vào buổi sáng và buổi tối. Việc giảm kích thước máy bơm xuống mức lưu lượng trung bình sẽ dẫn đến hiện tượng tràn giếng ướt mãn tính trong thời gian cao điểm.
TDH là tổng áp suất mà máy bơm phải vượt qua để đưa dòng chảy đến điểm xả. Nó bao gồm:
Một máy bơm được chọn chính xác sẽ cung cấp lưu lượng thiết kế ở mức TDH được tính toán. Việc vận hành máy bơm ở mức TDH thấp hơn đáng kể so với định mức sẽ khiến máy bơm chạy quá xa trên đường cong hiệu suất — dẫn đến quá tải động cơ, tạo bọt và tăng tốc độ mài mòn ổ trục.
Thể tích làm việc của giếng ướt (giữa mức bơm và mức bơm) phải cung cấp đủ thời gian lưu nước để ngăn chặn việc bơm hoạt động trong thời gian ngắn - việc khởi động quá thường xuyên sẽ làm hỏng cuộn dây động cơ. Hầu hết các nhà sản xuất máy bơm đều chỉ định một tối thiểu 10 phút giữa các lần bắt đầu , với 15–20 phút ưu tiên cho động cơ trên 10 HP. Khối lượng làm việc được tính như sau: Công suất bơm (GPM) × Thời gian chu kỳ tối thiểu (phút) 4 . Đối với máy bơm 100 GPM có chu kỳ tối thiểu 10 phút, lưu lượng làm việc tối thiểu = 100 × 10 4 = 250 gallon .
Đường kính ống chính cưỡng bức phải được chọn để duy trì vận tốc nước thải giữa 2 feet mỗi giây (tối thiểu, để ngăn chặn chất rắn lắng xuống) và 8–10 feet mỗi giây (tối đa, để tránh xói mòn đường ống và mất ma sát quá mức) . Mục tiêu thiết kế tiêu chuẩn là 3–5 feet mỗi giây ở dòng thiết kế.
Việc lắp đặt trạm nâng nước thải là một dự án xây dựng được thiết kế, được cấp phép - không phải là công việc tự thực hiện trên mức bơm phun của khu dân cư. Trình tự lắp đặt cho một trạm chìm đúc sẵn điển hình:
Tổng thời gian thi công trạm trọn gói đúc sẵn: 2–4 tuần tại chỗ sau khi bàn giao thiết bị. Trạm đô thị bê tông đúc sẵn tùy chỉnh: 2–6 tháng tùy thuộc vào độ phức tạp của trang web.
Máy bơm nước thải chìm trong dịch vụ đô thị liên tục có tuổi thọ làm kín cơ khí điển hình là 5–8 năm và a total pump life of 10–15 năm trước khi bánh công tác bị mòn làm giảm hiệu suất xuống dưới ngưỡng chấp nhận được. Việc thay thế phớt chủ động trong khoảng thời gian 5 năm — thay vì chạy đến mức hỏng hóc — giúp loại bỏ nguy cơ ngập lụt động cơ thảm khốc và chi phí huy động khẩn cấp của việc thay thế máy bơm ướt ngoài kế hoạch, thường chạy chi phí gấp 3–5 lần của một sự thay thế theo kế hoạch.
Nguyên nhân phổ biến nhất gây ra lỗi bơm trạm bơm nước thải trong hệ thống đô thị. Khăn lau ướt - ngay cả những loại được dán nhãn "có thể xả được" - không phân hủy trong cống và tạo thành khối dày đặc giống như dây thừng gọi là rách rưới quấn quanh cánh bơm và động cơ chết máy. Các giải pháp bao gồm chỉ định máy bơm cánh quạt bán mở hoặc dạng xoáy có khả năng chống rách, lắp đặt màn chắn tốt ở đầu vào giếng ướt và các chiến dịch giáo dục cộng đồng. Báo cáo về các hệ thống chuyển từ máy bơm cánh quạt hở sang máy bơm cánh quạt dạng kênh hoặc xoáy chống tắc nghẽn Giảm 60–80% chú thích bảo trì .
Khi phốt trục cơ khí bị hỏng, nước thải sẽ xâm nhập vào khoang động cơ, gây ra đoản mạch cuộn dây và hỏng động cơ hoàn toàn - thường là trong vòng vài giờ sau khi phốt bị thủng. Máy bơm chìm hiện đại bao gồm một đầu dò phát hiện lỗi con dấu trong buồng làm kín chứa đầy dầu; việc giám sát tín hiệu thăm dò này cho phép người vận hành lấy và nối lại máy bơm trước khi động cơ bị ngập. Bỏ qua các cảnh báo lỗi phốt là nguyên nhân chính gây ra tổn thất toàn bộ máy bơm cần thay thế thay vì sửa chữa.
Một trạm nâng không có nguồn điện dự phòng bị mất điện lưới sẽ tràn giếng ướt trong khoảng thời gian được xác định bằng tốc độ dòng vào chia cho thể tích giếng ướt. Một trạm có kích thước cho luồng vào 100 GPM với 500 gallon dung lượng lưu trữ khẩn cấp trên mức bơm vào có Bảo vệ chống tràn 5 phút sau sự cố máy bơm. Máy phát điện dự phòng, ổ cắm kết nối nhanh máy phát điện di động hoặc hệ thống máy bơm chạy bằng pin không phải là tùy chọn đối với bất kỳ trạm nào phục vụ nhiều hơn một số ít cơ sở kinh doanh.
Khi máy bơm dừng, cột nước thải trong lực chính giảm tốc độ đột ngột, tạo ra áp suất tăng - búa nước - có thể làm nứt các khớp nối ống, hư hỏng van kiểm tra và rút ngắn tuổi thọ của máy bơm. Các biện pháp phòng ngừa bao gồm van một chiều đóng chậm, van giảm đột biến và van xả khí/chân không tại các điểm cao chính. Đường dây điện dài hơn 500 feet với cột nước tĩnh đáng kể phải bao gồm phân tích búa nước trong giai đoạn thiết kế.
Chi phí vốn và vận hành rất khác nhau tùy theo quy mô trạm, điều kiện địa điểm và mức độ kỹ thuật:
| Loại trạm | Chi phí vốn điển hình (đã cài đặt) | Chi phí O&M hàng năm | Cuộc sống thiết kế |
|---|---|---|---|
| Máy bơm máy xay dân dụng | $3,000–$8,000 | $150–$400 | 10–15 năm |
| Trạm đóng gói nhỏ (20–100 GPM) | $30,000–$80,000 | $3,000–$8,000 | 20–25 năm |
| Đô thị trung bình (100–1.000 GPM) | $150,000–$600,000 | $15,000–$50,000 | 25–40 năm |
| Đô thị lớn (1.000 GPM) | $600,000–$5,000,000 | $50,000–$300,000 | 30–50 năm |
Yếu tố tác động lớn nhất đến chi phí vòng đời không phải là bản thân trạm mà là lực lượng chính . Đối với các ga vừa và lớn, lực lượng xây dựng chính - đường ống, rãnh, san lấp, phục hồi đường - thường đại diện cho 40–60% tổng chi phí dự án . Việc chọn đường kính chính của lực nhỏ hơn giúp tiết kiệm chi phí đường ống ban đầu nhưng làm tăng tổn thất ma sát, đòi hỏi máy bơm lớn hơn và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn trong thời gian sử dụng 25–40 năm của trạm. Phân tích chi phí vòng đời so sánh các lựa chọn đường kính ống là một phần tiêu chuẩn của thiết kế thủy lực cho bất kỳ lực chính nào vượt quá 1.000 feet.
Các trạm nâng nước thải được quy định ở cấp liên bang, tiểu bang và địa phương. Các nhà khai thác yêu cầu tuân thủ chính phải hiểu: