Как работает канализационная насосная станция: принцип работы КНС

В современном мире, где плотность населения растет, а города расширяются, отведение сточных вод становится важной задачей. Часто для этого используются самотечные канализационные сети, где стоки перемещаются под действием силы тяжести. Но такой подход не всегда возможен из-за особенностей рельефа или большой удаленности объектов. Именно здесь на помощь приходят канализационные насосные станции (КНС).

Что такое КНС

Это специализированные инженерные сооружения, предназначенные для принудительной перекачки сточных вод: бытовых, промышленных или ливневых с более низкого уровня на более высокий, или на значительные расстояния до очистных сооружений или централизованных канализационных коллекторов. То есть, если стоки не могут течь сами, станция их подталкивает. Это и есть ответ на часто задаваемый вопрос – как работает КНС.

Зачем нужны КНС

Основная задача – преодоление препятствий, которые не позволяют стокам двигаться самотеком. Эти препятствия могут быть разными.

1. Если точка сброса находится выше, чем источник стоков, канализационная насосная станция поднимает воду на нужную высоту.
2. Когда жилые районы или промышленные предприятия расположены далеко от центральных канализационных сетей, станция обеспечивает транспортировку стоков через напорные трубопроводы.
3. Прокладка самотечных канализационных коллекторов требует значительного заглубления, это дорого и часто технически сложно, особенно в условиях плотной городской застройки или высокого уровня грунтовых вод. КНС позволяют сократить глубину залегания.

Устройство и принцип работы

Это сложный инженерный комплекс взаимосвязанных элементов, которые расположены в определенной последовательности перемещения сточных вод. То есть расположение элементов определяет принцип работы КНС. 

Приемный резервуар

Это первый элемент, где собираются стоки перед перекачкой. Корпус емкости изготавливают из различных материалов, каждый из которых имеет свои преимущества. Наиболее распространены: 

• стеклопластик: легкий, устойчивый к коррозии, долговечный; 
• бетон – прочный, но тяжелый и менее устойчивый к агрессивным средам без специальной обработки; 
• металл – чаще всего нержавеющая сталь, обладающая высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Профессионалы отдают предпочтение стеклопластику. Такой резервуар можно проектировать под любой размер и разные условия эксплуатации. Он легче остальных модификаций, поэтому его монтаж простой – не требуются подъемные краны. Материал инертен почти ко всем агрессивным средам: соли, нефтепродукты, химикаты. Срок службы стеклопластиковой емкости более 60 лет.
Основное назначение приемного резервуара – временное накопление стоков. Это позволяет насосам работать в оптимальном режиме, включаясь не постоянно, а по мере накопления определенного объема воды. 
Резервуар обычно имеет цилиндрическую или прямоугольную форму. Его объем рассчитывается исходя из пиковых нагрузок и количества поступающих стоков, чтобы обеспечить достаточное время для функционирования насосов и предотвратить их слишком частое включение-выключение.

Насосное оборудование

Именно насосы выполняют основную работу по отводу канализационных стоков. Для этого используются два основных типа.

1. Погружные, которые устанавливаются непосредственно в приемном резервуаре или колодце и погружены в сточные воды. Их преимущества — компактность, отсутствие необходимости в отдельном помещении и хорошее охлаждение от перекачиваемой жидкости.
2. Сухого монтажа, которые размещаются в отдельном, сухом помещении рядом с приемным резервуаром. Их большой плюс – простой доступ для обслуживания.

В большинстве КНС устанавливают минимум два насоса: рабочий и резервный. В случае выхода из строя рабочего насоса, автоматически включается резервный. При больших объемах стоков или для равномерного износа могут использоваться несколько рабочих насосов, которые включаются поочередно.

Система автоматизации и управления

Эта "мозг" КНС, контролирующий ее работу. Система сложная, требующая периодической настройки и регулировки под требуемые параметры. Состоит из следующих элементов и блоков.
Датчики уровня определяют количество сточных вод в приемном резервуаре. Здесь применяются разные виды, у которых разный принцип действия.
В принципе работы канализационной насосной станции лежит именно корректная работа датчиков уровня. От них зависит, будет ли вовремя включено насосное оборудование.
Второй элемент системы автоматизации – шкаф управления. Это центральный пункт, где расположены:

• контроллеры – программируемые устройства, которые обрабатывают сигналы от датчиков уровня и принимают решения о включении-выключении насосов;
• пускозащитная аппаратура: автоматические выключатели, тепловые реле, устройства плавного пуска или частотные преобразователи, которые защищают насосное оборудование от перегрузок и обеспечивают их корректный запуск.

Принцип автоматического включения-выключения – это когда уровень стоков достигает уровня включения, контроллер подает сигнал на запуск рабочего насоса. Он работает до тех пор, пока уровень воды не опустится до уровня отключения. Если вода продолжает прибывать и достигает уровня включения резервного насоса, то включается и он. При достижении аварийного уровня срабатывает сигнализация, оповещая о возможном переполнении приемного резервуара.

Трубопроводы и запорно-регулирующая арматура

Эти элементы обеспечивают движение и управление потоком сточной воды. Состоит транспортная система из трубопроводов, задвижек и клапанов. Ниже конкретнее по назначению и принципу действия.

1. По напорным трубопроводам перекачиваемые стоки направляются от насосов к точке сброса, например, к центральному коллектору или очистным сооружениям. Они должны быть рассчитаны на определенное давление, соответственно на определенный диаметр.
2. Приемный трубопровод, по которому стоки поступают в приемный резервуар. Используются при установке насосов сухого монтажа.
3. Обратные клапаны устанавливаются на напорных трубопроводах после каждого насоса. Их задача – предотвратить обратный ток воды в резервуар после выключения насосного оборудования, тем самым защищая последние от гидравлических ударов и обеспечивая однонаправленное движение стоков.
4. Задвижки используются для изоляции отдельных участков трубопровода при проведении обслуживания или ремонта. Это позволяет работать с одним насосом, не останавливая работу всей КНС.

Вспомогательное оборудование

Для безопасной эксплуатации КНС предусмотрены и другие элементы. Например, системы вентиляции, которые монтируют в подземных КНС, так как в них могут скапливаться вредные и взрывоопасные газы: сероводород, метан. Вентиляция обеспечивает приток свежего воздуха и удаляет опасные газы.
Лестницы и площадки для обслуживания используют на станциях обязательно. Они обеспечивают безопасный доступ персонала к оборудованию для осмотра, чистки и ремонта.
Системы аварийной сигнализации – часть автоматики. Это световые и звуковые оповещения при достижении аварийного уровня воды, поломке насоса или других неисправностях. Часто подключаются к диспетчерскому пункту.
Корзины для удержания крупного твердого мусора, которые устанавливаются на входе приемной трубы или внутри резервуара. Тряпки, пластик, камни могут повредить насосы или засорить трубопроводы. Их необходимо периодически очищать.

Принцип работы КНС

Принцип работы канализационной насосной станции основывается на четко отлаженном алгоритме, обеспечивающем непрерывную перекачку стоков.
Все начинается с поступления сточных вод в приемный резервуар. Загрязненная жидкость из самотечных коллекторов или локальных систем водоотведения проходит через первичную очистку – грубые решетки или корзины, которые задерживают крупный мусор. По мере поступления сточных вод их уровень в приемном резервуаре начинает подниматься. Система автоматизации, оснащенная датчиками уровня, постоянно отслеживает этот показатель. При этом датчики настроены на несколько уровней срабатывания:

1. Уровень «ПУСК» – это включения рабочего насоса. Когда уровень стоков достигает этой отметки, система подает сигнал на запуск одного из насосов, который назначен "рабочим".
2. Уровень «СТОП» – это отключения насоса. После того как насос начинает перекачивать стоки, уровень воды в резервуаре снижается. При достижении этого уровня он автоматически выключается.
3. Уровень «РЕЗЕРВ» – это включения резервного насоса. Если поступление стоков превышает производительность одного насоса, или если он по какой-либо причине не справляется или вышел из строя, уровень воды продолжает подниматься. При достижении этой отметки автоматически включается второй, то есть резервный насос.
4. Аварийный уровень – несмотря на работу одного или двух насосов, уровень воды продолжает расти из-за серьезного засора, поломки обоих насосов или экстремально большого притока. В этом случае срабатывает аварийная сигнализация. Она может быть звуковой, световой и передавать сигнал на диспетчерский пункт, чтобы оперативно привлечь обслуживающий персонал.

Включение насосов и перекачка

При достижении воды уровня «ПУСК», контроллер подает команду на запуск соответствующего насоса. Важный элемент напорной линии – обратные клапаны, расположенные после каждого насоса. Они пропускают воду только в одном направлении – от накопительного резервуара к коллектору. Как только насос выключается, обратный клапан автоматически закрывается, предотвращая обратный поток воды из напорной линии обратно. 
Когда насос успешно перекачивает стоки и уровень воды в резервуаре опускается до уровня «СТОП», датчики подают соответствующий сигнал контроллеру, который отключает насос. Система переходит в режим ожидания следующего цикла накопления.

Режимы работы

Как работает канализационная насосная станция, чтобы гарантированно обеспечить удаление стоков. Для этого она функционирует в нескольких режимах.

1. Рабочий режим, при котором один или несколько насосов включаются и выключаются в соответствии с заданными уровнями, перекачивая стоки.
2. Резервный режим автоматически активируется при неисправности основного насоса или при превышении его производительности. Система переключается на резервный агрегат для поддержания непрерывности работы. Часто для равномерного износа насосного оборудования в системе предусмотрена их ротация – то есть, они чередуются в качестве "рабочего" и "резервного" через определенные промежутки времени или количество циклов.
3. Аварийный режим срабатывает при повышении уровня воды или других серьезных сбоях. Включается сигнализация, и персонал вызывается для устранения проблемы.

Таким образом, принцип работы КНС сводится к автоматическому сбору сточных вод в накопительной емкости, их контролю по уровню и принудительному перекачиванию насосами в напорный трубопровод до следующей точки сброса.

Как выбрать КНС

Для этого учитываются две характеристики:

1. Производительность системы (м³/час), которая определяется исходя из объема поступающих сточных вод. Например, для бытовых КНС это суточный приток от населения с учетом коэффициента неравномерности. Для промышленных – объем сбросов предприятия. 
2. Напор – это высота, на которую нужно поднять стоки, плюс потери напора на трение в трубопроводах, местные сопротивления: колена, задвижки, обратные клапаны и геодезическую высоту. 

Выбор насосов и материалов канализации также зависит от типа стоков. Например, для перекачки хозяйственно-бытовых стоков, в которых содержатся жиры и волокна, нужны насосы с незасоряемыми или вихревыми рабочими колесами. Для ливневых, где присутствует песок, гравий, мусор, необходимы насосы с высоким износостойким ресурсом и большим свободным проходом. Для перемещения промышленных стоков с кислотами, щелочами, абразивами, высокими температурами устанавливают насосы из специальных материалов, с возможной взрывозащитой (при наличии горючих веществ).
Глубина заложения подводящего коллектора определяет общую высоту корпуса КНС. Чем глубже, тем дороже и сложнее монтаж. Высокий УГВ требует особой гидроизоляции корпуса КНС и проведения работ по водопонижению при монтаже.

Монтаж и обслуживание

Монтаж КНС – это сложный процесс, который требует тщательного планирования, соблюдения технологических норм и правил безопасности. Начинается с подготовительных работ:

• геодезические изыскания – точное определение отметок для привязки КНС к существующим и проектируемым сетям;
• разработка котлована, то есть выемка грунта под фундамент и корпус КНС;
• подготовка прочного, ровного и устойчивого основания в виде железобетонной плиты, которая способна выдерживать вес станции и предотвращать ее всплытие при высоком уровне грунтовых вод.

Далее проводится установка корпуса КНС, который опускается в котлован и точно позиционируется в соответствии с проектными отметками. Затем производится обратная засыпка котлована и уплотнение грунта вокруг корпуса.
Следующий этап – подключение трубопроводов. Далее монтаж насосов на направляющих для погружных или на опорных конструкциях для сухого монтажа. Установка датчиков на заранее определенных высотах. Прокладка кабельных линий и подключение оборудования и автоматики к питанию. 
Пусконаладочные работы – это программирование контроллера, проверка работы датчиков, пробные запуски насосов, настройка режимов работы, проверка всех защит.

Обслуживание

Отсутствие необходимого обслуживания приводит к засорам, преждевременному износу оборудования, аварийным ситуациям и увеличению эксплуатационных расходов. Обслуживание можно разделить на несколько видов:

• ежедневный осмотр – это проверка общего состояния станции: контроль уровня воды в резервуаре, проверка сигнализации и занесение показаний в журнал;
• плановое техническое обслуживание (ТО) проводится 1-2 раза в год – это чистка приемного резервуара и корзин, проверка и очистка датчиков уровня, осмотр насосов и запорной арматуры, смазка подвижных частей.

Обслуживанием должны заниматься только квалифицированные специалисты. Поэтому работники станции периодически проходят обучение.

Почему «Труботорг»

Выбор поставщика канализационной насосной станции – это стратегическое решение, которое напрямую влияет на надежность, экономичность системы. Мы понимаем, что всем нужна установка, которая будет бесперебойно работать годами. Вот почему стоит доверить выбор и монтаж КНС нашей компании.
Мы не просто продаем, мы предлагаем глубокую инженерную экспертизу. Наша команда состоит из высококвалифицированных специалистов с многолетним опытом в проектировании, монтаже насосных станций для самых разнообразных объектов. Мы детально разбираемся в гидравлических расчетах, типов насосного оборудования и материалов, что позволяет предложить решение, оптимальное именно для ваших условий и задач.
У нас собственное производство в России. Выпускаем продукцию по международным стандартам с гарантией 2 года. Заказчик получает необходимое из одних рук, что экономит время. Монтаж и пусконаладку мы тоже берем на себя.