پمپ‌های فاضلاب چگونه انواع مختلف فاضلاب را مدیریت می‌کنند؟

درک انواع فاضلاب و تأثیر آن بر عملکرد پمپ‌های فاضلاب

ویژگی‌های فاضلاب خانگی، صنعتی و شهری

فاضلاب خانگی عمدتاً مواد آلی (1-3 درصد مواد جامد)، صابون‌ها و چربی‌ها را در بر می‌گیرد، در حالی که پساب صنعتی اغلب مواد شیمیایی، فلزات سنگین یا فرآورده‌های جانبی نفتی (حداکثر 15 درصد مواد جامد) دارد. سیستم‌های شهری هر دو جریان را ترکیب می‌کنند و به طور متوسط دارای 400 تا 800 میلی‌گرم در لیتر مواد جامد معلق هستند (EPA 2023). تفاوت‌های کلیدی در جدول زیر خلاصه شده است:

چالش‌های ناشی از فاضلاب خورنده، ویسکوز و دارای مواد جامد با محتوای بالا

سیالات غلیظ از جمله پسماندهای فرآوری مواد غذایی می‌توانند به میزان 15 تا 30 درصد از کارایی پمپ‌های گریز از مرکز بکاهند، طبق داده‌های اتحادیه محیط زیست آبی در سال 2024، که به معنای این است که اغلب اوقات اپراتورها مجبورند موتورهایی با گشتاور بیشتر را نصب کنند. وقتی که فاضلاب دارای سطح pH پایین‌تر از 4 یا بالاتر از 10 باشد، فرآیندهای خوردگی را تسریع می‌کند و تدریجاً قطعات معمولی پمپ را از بین می‌برد. با توجه به سیستم‌های شهری به‌طور خاص، اشیاء مانند پارچه‌های مرطوب و دستمال‌های قدیمی مسئول حدود دو سوم انسدادهای پمپ بوده‌اند، همان‌گونه که در مجله مهندسی مکانیک در سال 2023 گزارش شده است. این موضوع به‌خوبی دلیل اینکه چرا پمپ‌های مورد استفاده در این محیط‌ها نیازمند ساختاری مقاوم‌تر در مواجهه با مواد جامد هستند را نشان می‌دهد.

تأثیر ترکیب فاضلاب بر طراحی و عملکرد پمپ

در انتخاب نوع مناسب پروانه و مواد پمپ، اندازه ذرات و مواد شیمیایی موجود بسیار مهم هستند. سیستم‌های شهری اغلب از پروانه‌های گردابی استفاده می‌کنند، چرا که می‌توانند مواد جامد به قطر تقریباً سه اینچ را جابجا کنند. سیستم‌های خانگی معمولاً به جای آن از پمپ‌های خردکننده استفاده می‌کنند که برای مواد زائد کوچکتر (حدود نیم تا دو اینچ قطر) به خوبی کار می‌کنند. در موارد فاضلاب‌های صنعتی خشن حاوی مواد شیمیایی قوی، مهندسان امروزه تمایل دارند از آلیاژهای برنز آلومینیومی نیکل استفاده کنند. این مواد مقاومتی در برابر خوردگی دارند که طبق تحقیقات منتشر شده سال گذشته در مجله Water Research، حدود پنج برابر بهتر از چدن معمولی است. نتیجه چیست؟ کارکنان تعمیرات گزارش داده‌اند که پس از استفاده از این آلیاژ، هزینه‌های تعمیرات خود را در طول پنج سال گذشته در بیشتر مراکز تقریباً چهل درصد کاهش داده‌اند.

انواع اصلی پمپ‌های فاضلاب و کاربردهای خاص آن‌ها

پمپ‌های فرو رفته برای سیستم‌های فاضلاب شهری و خانگی

پمپ‌های فاضلاب فروشافتی در حالی که کاملاً در فاضلاب غوطه‌ور هستند کار می‌کنند، که این امر آن‌ها را برای کارهای عمیق سامپ در تأسیسات تصفیه شهری و همچنین زیرزمین‌های خانگی مناسب می‌کند. این پمپ‌ها با موتورهایی عرضه می‌شوند که در برابر خوردگی آب‌بندی شده‌اند و قادر به دست‌انداز جریانی به میزان حدود 15000 گالن در دقیقه هستند. آنچه واقعاً آن‌ها را متمایز می‌کند، طراحی خاص پروانه گردابی است که اجازه می‌دهد ذراتی به اندازه 3 اینچ از آن‌ها عبور کنند بدون اینکه گیر کنند. این ویژگی به این معنی است که آن‌ها می‌توانند به‌خوبی کار خود را حتی در شرایطی که با انواع آشغال و لجن که اغلب در جریان‌های فاضلاب با محتوای زیادی از مواد جامد مواجه می‌شوند، ادامه دهند.

پمپ‌های خردکننده برای تبدیل مواد جامد در محیط‌های کم‌فشار

پمپ‌های گرایندر با چرخش تیغه‌های برشی فضولات الیافی و مواد جامد را به لایه‌ای روان و ریز تبدیل می‌کنند. این امر انتقال فاضلاب را از لوله‌های فاضلاب کم‌فشار با قطر کوچک که در بسیاری از محله‌ها رایج است، امکان‌پذیر می‌کند. این دستگاه‌ها در سیستم‌های فاضلاب خانگی که فضا محدود است، کاربرد استانداردی دارند. آن‌ها قادر به انتقال حدود ۱۲۰ گالن در دقیقه هستند که با توجه به شرایط، عملکرد خوبی محسوب می‌شود. بیشتر مدل‌ها می‌توانند فضولاتی به اندازه ۲ اینچ قطر را نیز پردازش کنند. مزیت اصلی این است که از ایجاد گرفتگی در خطوط فاضلاب طولانی‌تر که بین خانه‌ها و تا تصفیه‌خانه‌های اصلی کشیده شده‌اند، جلوگیری می‌کند.

پمپ‌های گریز از مرکز در مقابل پمپ‌های جابجایی مثبت: تطبیق فناوری با نیازهای جریان

برای کارهای شهرداری که نیاز به بیش از 1500 گالن در دقیقه دارند، پمپ‌های گریز از مرکز معمولاً گزینه اصلی هستند، زیرا ساده‌اند و به خوبی با موادی که دارای مواد جامد مخلوطی هستند، کار می‌کنند. این پمپ‌ها در بیشتر موارد با مواد بر پایه آب به خوبی کار می‌کنند و دچار انسداد نمی‌شوند. از سوی دیگر، در مواقعی که مواد بسیار غلیظی مانند لجن شیمیایی کارخانه‌ها یا ضایعات حاصل از عملیات فرآوری مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، پمپ‌های تغییر مکان مثبت بهترین گزینه محسوب می‌شوند. این پمپ‌ها حتی با مواد چسبناک که مقاومت زیادی در برابر جریان دارند، دبی خود را به طور یکنواخت حفظ می‌کنند. بسیاری از واحدهای صنعتی به این پمپ‌ها نیاز دارند، زیرا می‌توانند در محدوده فشاری تا حدود 200 psi کار کنند که اغلب برای پمپ کردن مواد سفت و سخت از طریق لوله‌ها و تجهیزات ضروری است.

پمپ‌های فاضلاب برای دفع آب‌های بیولوژیکی در سیستم‌های چاه فاضلاب

پمپ‌های فاضلاب اساساً آب‌های زائد تصفیه‌شده را از مخازن چاه انسداد خارج کرده و به میدان‌های زهکش هدایت می‌کنند. این پمپ‌ها با پروانه‌های کانال باریک خاصی کار می‌کنند که اجازه می‌دهند مایع شفاف از آن عبور کند اما قطعات بزرگ را دربیارند. بیشتر مدل‌ها در واقع با کمتر از 1.5 اسب بخار کار می‌کنند. آنچه آنها را متمایز می‌کند، ساخت بدنه از پلیمر است. این ماده در برابر خوردگی ناشی از گوگرد هیدروژنی که تجهیزات در شرایط بی‌هوازی سیستم‌های چاه انسداد را مورد حمله قرار می‌دهد، بسیار مقاوم است. طراحی این پمپ‌ها بر کاهش مصرف انرژی در طول زمان و مقاومت در برابر مواد شیمیایی است که می‌توانند قطعات فلزی معمولی را فرسوده کنند.

ویژگی‌های طراحی که به پمپ‌های فاضلاب اجازه دسته‌بندی مواد جامد و جلوگیری از گرفتگی را می‌دهد

طراحی پروانه و ظرفیت دسته‌بندی مواد جامد در پمپ‌های فاضلاب مدرن

پمپ‌های فاضلاب امروزی با طراحی‌های خاص پره‌ها تجهیز شده‌اند که می‌توانند بزرگی مواد جامد را تا سه اینچ انتقال دهند. نوع گردابی با ایجاد چیزی شبیه به یک گرداب کوچک در محفظه پمپ کار می‌کند، این امکان را فراهم می‌کند که تکه‌های بزرگ‌تر از طریق پره‌ها عبور کنند و در آن گیر نکنند. این طراحی باعث کاهش سایش و فرسایش به میزان سی تا چهل درصد نسبت به پره‌های قدیمی بسته می‌شود. برای خانه‌هایی که به راه‌حل‌های پمپاژ قابل اطمینان نیاز دارند، پره‌های نیمه باز گزینه‌ای مناسب بین جلوگیری از گرفتگی و انتقال بهینه آب محسوب می‌شوند. این مدل‌ها معمولاً در نصب‌های خانگی استاندارد قادر به انتقال بین دویست تا پانصد گالن آب در دقیقه هستند و همچنین دارای استانداردهای مهم ASTM در مورد اینکه چه اندازه از مواد جامد به‌صورت ایمن می‌توانند از آن‌ها عبور کنند، می‌باشند.

سیستم‌های گرایندر در مقابل ماچره‌کننده: تفاوت‌های عملکردی و ملاحظات نگهداری

پمپ‌های خردکننده با استفاده از تیغه‌های فولادی سخت‌کاری‌شده، مواد جامد را به ذرات یک‌چهارم اینچی تبدیل می‌کنند و بنابراین برای سیستم‌های مسکونی و تجاری کم‌فشار که نیاز به پمپ‌کردن در مسافت‌های طولانی دارند، مناسب هستند. ماچریتورها (Macerators) که از قطعات برشی کاربید تنگستن برای مایع‌کردن مواد آلی استفاده می‌کنند، در خطوط فشاری شهری مؤثر هستند اما 15 تا 20 درصد انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. نگهداری به‌طور قابل‌توجهی متفاوت است:

• سیستم‌های خردکننده نیاز به بازرسی تیغه‌ها هر 6 تا 12 ماه یک‌بار دارند
• ماچریتورها به دلیل تنش بیشتر محور، نیاز به چک کردن درزهای آب‌بندی هر سه ماه یک‌بار دارند
  اپراتورها معمولاً خردکننده‌ها را برای پسماندهای با الیاف بالا و ماچریتورها را برای جریان‌های حجم بالا با مواد جامد کمتر انتخاب می‌کنند.

فناوری‌های ضدگرفتگی و مواد مقاوم برای قابلیت اطمینان بلندمدت

پمپ‌های فاضلاب از رده بالا دارای ویژگی‌های متعددی هستند که دوام را افزایش می‌دهند و از گرفتگی جلوگیری می‌کنند:

1. آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی : فولاد زنگ‌نزن دوپлекс و قطعات با پوشش کروم در برابر تخریب ناشی از سولفید هیدروژن در محیط‌های شهری مقاومت دارند
2. مکانیسم‌های خودپاک‌سازی : پروانه‌های معکوس‌کننده در حین کار، ذرات گیرکرده را دفع می‌کنند
3. هندسه‌های منحرف‌کننده سایش : مارپیچ‌های دندانه‌دار ذرات ساینده را از اورینگ‌ها و یاتاقان‌ها منحرف می‌کنند

پوشش‌های الاستومری روی زانوهای تخلیه، چسبندگی گریس را به حداقل می‌رسانند، در حالی که پورت‌های بزرگ‌تر می‌توانند نوسانات غیرمنتظره مواد جامد را تحمل کنند. این نوآوری‌ها با هم عمر خدماتی پمپ را در شرایط سخت به ۷ تا ۱۰ سال افزایش می‌دهند و هزینه‌های نگهداری را نسبت به مدل‌های پایه‌ای تا ۶۰٪ کاهش می‌دهند.

انتخاب پمپ فاضلاب مناسب بر اساس محیط و ترکیب فاضلاب

نوع پمپ را با نیازهای خانگی، صنعتی و شهری تطبیق دهید

طبق تحقیق انجام شده توسط انجمن مهندسان لوله‌کشی آمریکا از سال گذشته، بیشتر خانه‌ها به پمپ‌هایی نیاز دارند که بتوانند بین ۴۰ تا ۱۰۰ گالن در دقیقه را مدیریت کنند، عمدتاً به این دلیل که این سیستم‌ها با مواد زائد آلی سروکار دارند و همیشه مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. اما در مورد عملیات صنعتی، شرایط بسیار سخت‌تر می‌شود. این تأسیسات به پمپ‌هایی نیاز دارند که بتوانند در برابر خوردگی مقاومت کنند و در شرایط فشار بالا با مواد شیمیایی یا مواد غلیظ کار کنند که به راحتی جریان ندارند. تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری معمولاً پمپ‌های فرو رفته بزرگی را نصب می‌کنند، چون گاهی اوقات باید حجم بسیار زیادی از آب را جابجا کنند، اغلب بیش از ۲۰ هزار گالن در دقیقه در زمان طوفان‌های شدید. پمپ‌های خردکننده در خطوط فاضلاب خانگی معمولی کارایی خوبی دارند که فشار زیادی وجود ندارد، اما در محیط‌های صنعتی که مقدار زیادی ذرات ساینده وجود دارد یا تکه‌های بزرگتر از سه اینچ در سیستم گیر می‌کنند، عملکرد ضعیفی دارند.

در نظر گرفتن مواد برای کار با فاضلاب خورنده و ساینده

در شرایط خورنده مانند اسید سولفوریک تولید شده توسط باکتری‌های کاهنده سولفات، فولاد زنگ‌نزن SS 316 همراه با جعبه‌های ترموپلاستیک محافظت بهتری در برابر تخریب فراهم می‌کنند. مواد ساینده موجود در لجن شهری که با شن و ماسه مخلوط شده‌اند چالش‌های واقعی ایجاد می‌کنند، اما پره‌های چدنی سخت‌کاری شده همچنان می‌توانند با راندمان حدود 98 درصد حتی پس از هزاران ساعت کارکرد، به کار خود ادامه دهند. سیستم‌هایی که در محدوده pH طبیعی کار نمی‌کنند نیازمند توجه ویژه هستند. در صورتی که اسیدیته پایین‌تر از 4.5 یا قلیاییت بالاتر از 9.0 در مقیاس باشد، استفاده از آب‌بندی‌های مکانیکی دوگانه با سطوح تماس کاربید سیلیسیم ضروری می‌شود. این آب‌بندی‌ها به‌خوبی از نشت جلوگیری کرده و موتور را در طول زمان از آسیب مصون می‌دارند.

ارزیابی دبی جریان، ارتفاع آبدهی پمپ و نیازهای فشار سیستم

انتخاب پمپ با ظرفیت کمتر از دبی اوج، یکی از دلایل اصلی خرابی زودرس پمپ است که 72 درصد موارد را شامل می‌شود (فدراسیون محیط زیست آبی، 2022). انتخاب صحیح اندازه پمپ نیازمند موارد زیر است:

‫سوالات متداول‬

انواع اصلی فاضلاب چیست؟

انواع اصلی فاضلاب عبارتند از: خانگی، صنعتی و شهری. فاضلاب خانگی شامل مواد آلی، شوینده‌ها و چربی‌ها می‌شود؛ فاضلاب صنعتی اغلب دارای مواد شیمیایی و فلزات سنگین است؛ و سیستم‌های شهری ترکیبی از هر دو هستند و میزان مواد جامد معلق در آن‌ها متوسط است.

ترکیب فاضلاب چگونه بر طراحی پمپ فاضلاب تأثیر می‌گذارد؟

ترکیب فاضلاب بر انتخاب نوع چرخ پره و مواد سازه پمپ‌ها تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، سیستم‌های شهری از چرخ‌های پره‌ای گردابی برای عبور دادن مواد جامد بزرگتر استفاده می‌کنند، در حالی که سیستم‌های صنعتی ممکن است از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند آلیاژهای برنز آلومینیومی-نیکل استفاده کنند.

چه نوع پمپ‌هایی برای محیط‌های مختلف فاضلاب به کار می‌روند؟

پمپ‌های فروروب، برای محیط‌های شهری و مسکونی، پمپ‌های خردکننده برای سیستم‌های کم‌فشار مسکونی، پمپ‌های گریز از مرکز برای کارهای شهری با دبی بالا و پمپ‌های جابجایی مثبت برای مواد صنعتی غلیظ استفاده می‌شوند.

برای کار با فاضلاب خورنده چه موادی پیشنهادی هستند؟

موادی مانند فولاد زنگ‌نزن SS 316 و آلیاژهای برنج آلومینیومی-نیکل برای کار با فاضلاب خورنده به دلیل مقاومت بیشتر در برابر تخریب، پیشنهادی هستند.