راهنمای طراحی تلمبه خانه های فاضلاب

توضیحات

راهنمای طراحی تلمبه خانه های فاضلاب

شبکه های فاضلاب شامل لوله ها، کانال ها و دیگر مجاری هستند که جمع آوری و انتقال آب مصرف شده در امور مختلف خانگی، صنعتی، عمومی و تجاری، را معمولا به طور ثقلی انجام می دهند. در برخی موارد، امکان انتقال ثقلی فاضلاب وجود ندارد و باید از تلمبه استفاده کرد. تلمبه خانه های فاضلاب در گستره بسیار وسیعی از نظر ظرفیت ساخته می شوند. دامنه این گستره، از تلمبه های کوچک که انتقال و یا بالاآوردن فاضلاب یک یا چند واحد مسکونی را به عهده دارند تا تلمبه خانه های بزرگ که انتقال مقادیر قابل توجه فاضلاب را به خط انتقال فاضلاب و یا به ورودی تصفیه خانه انجام می دهند، تغییر می کند. رسته های مختلف مهندسی و گرایش های گوناگون در طراحی تلمبه خانه های فاضلاب به کار گرفته می شوند. این رسته ها شامل مدیریت منابع آب، نقشه برداری، مهندسی خاک و پی، مهندسی هیدرولیک، طراحی انتقال فاضلاب، مهندسی سازه، مهندسی سیویل و مکانیک، مهندسی برق، مهندسی ابزار دقیق، معماری، تنظیم مشخصات فنی و اسناد پیمان، خدمات مهندسی حین ساخت و راه اندازی ، بهره برداری و کنترل است. هماهنگی بین رسته های مختلف مهندسی مورد نیاز در طراحی تلمبه خانه های فاضلاب، توسط مدیر پروژه انجام می گیرد که باید اطلاعات کلی در مورد هر یک از رسته های گفته شده را داشته باشد و بتواند متخصصان باتجربه را در طراحی تلمبه خانه به کار گیرد. مشخصات طراحی تلمبه خانه ها و تجهیزات آن باید به گونه ای تهیه شود که تجهیزات غیرقابل اعتماد و با بازده پایین و نگهداری مشکل را در فرآیند مقایسه و انتخاب، حذف نماید.

هدف
هدف از تدوین استاندارد حاضر شناخت معیارها و ضوابط طراحی تلمبه خانه های فاضلاب شهری و تعیین این ضوابط است به طوری که در نهایت شیوه یکسانی در فرایند طراحی واحدهای مزبور توسط مهندسین مشاور و یا سازمانهای ذیربط بکارگرفته شود و راهنمای مناسبی برای مجریان و بخش هایی که بررسی و تصویب طرحها را به عهده دارند باشد.
دامنه کاربرد
گستره این استاندارد برای تلمبه خانه های فاضلاب که در مناطق شهری احداث می گردند و وظیفه انتقال فاضلاب جمع آوری شده شهری را انجام می دهد می باشد. بدیهی است تلمبه خانه های فاضلاب که ممکن است در تصفیه خانه های فاضلاب و یا در مناطق صنعتی احداث گردند با آنکه می توانند در بسیاری از موارد معیارها و ضوابط یکسانی با تلمبه خانه های فاضلاب شهری داشته باشند، ولی با توجه به کیفیت سیال انتقال یافته باید در طراحی واحدهای مزبور تمهیدات خاصی در نظر گرفت که از شمول این نشریه خارج است.
کاربرد تلمبه خانه های فاضلاب
با توجه به سرمایه مورد نیاز برای احداث تلمبه خانه های فاضلاب و هزینه های راهبری گران و پرهزینه آن در سامانه جمع آوری و انتقال فاضلاب باید تا حد امکان از به کارگیری آن پرهیز کرد. اما در بعضی مناطق به علت شرایط محیط، انتخاب تلمبه خانه به عنوان تنها راه حل و یا گزینه فنی و اقتصادی تر مطرح می گردد. در موارد زیر، احداث تلمبه خانه به عنوان گزینه قابل مقایسه با دیگر گزینه ها موردنظر قرار می گیرد:
–شرایط زمین منطقه
بالابودن سطح آب های زیرزمینی، احداث فاضلابروها را بسیار پرهزینه می کند. در مناطق شهری که بر روی زمین های آبدار و ناپایدار احداث شده باشند و شیب طبیعی زمین نیز ناچیز باشد عمق فاضلابروها از حد معمول و قابل اجرا با تجهیزات معمول، بیشتر شده و در این حالت، برای پایین بردن سطح آب زیرزمینی و یا جلوگیری از تراوش آن به درون ترانشه و همچنین پایدار نمودن دیواره ترانشه، نیاز به تجهیزات خاصی خواهد بود و اگر هب صورت نقب نیز احداث شود، برای مقابله با تراوش آب به تجهیزات مناسبی نیاز دارد که در هر دو صورت، گران و پرهزینه است. با پیشبینی تلمبه خانه بالاآورنده و انتقال دهنده فاضلاب، می توان عمق فاضلابروها را در حدی در نظر گرفت که با تجهیزات معمول احداث آن ممکن شود.

-عبور از موانع
عبور خط فاضلاب از موانعی مانند رودخانه و یا ارتفاعاتی که نیاز به اجرای کارهای ساختمانی پیچیده دارد، . پرهزینه است در این موارد، احداث تلمبه خانه و لوله انتقال فاضلاب به صورت تحت فشار برای عبور از موانع آسانتر است.
-گود افتادگی
اگر منطقه و یا مناطق محدود و مشخصی از شهر در گودی قرار گرفتهاند و در نظر باشد به طور ثقلی به شبکه دیگر مناطق تخلیه شوند باعث عمیق شدن کامل سامانه جمع آوری فاضلاب شهر و افزایش هزینه ها می گردد. برای این مناطق، می توان تلمبه خانه هایی را در نظر گرفت که فاضلاب مناطق گود به آن تخلیه شده و سپس توسط تلمبه ها به نزدیکترین آدم رو منطقه مجاور که در تراز بالاتری قرار دارد، تخلیه شود.
–تلمبه خانه ابتدای تصفیه خانه
چنانچه امکان تخلیه ثقلی به ابتدای تصفیه خانه فاضلاب نباشد و افزون بر این شیب طبیعی زمین تصفیه خانه، ارتفاع کافی برای عبور جریان فاضلاب از واحدهای مختلف تصفیه خانه و تخلیه آزاد آن به آب پذیرنده فراهم نکند، تصفیه خانه تلمبه خانه ابتدایی نیاز دارد. در مقایسه اقتصادی انتخاب گزینه تلمبه خانه با دیگر گزینه ها، باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
– سرمایه گذاری اولیه
– عمر مفید تجهیزات و ساختمان تلمبه خانه
– هزینه بهره برداری و نگهداری
– هزینه تجدید تجهیزات
– بهای انرژی
– هزینه های مربوط به روغن کاری و قطعات خاص مانند یاتاقان ها، آب بندی، پکینگ
– هزینه های سالانه تجهیزات کنترل بو و خورندگی در تلمبه خانه و خطوط انتقال
انتخاب محل تلمبه خانه
محل تلمبه خانه فاضلاب با توجه به وضعیت توپوگرافی منطقه و حوضه ای که فاضلاب جمع آوریشده به آن تخلیه می گردد، مشخص می شود و معمولاً محل تلمبه خانه، موقعیتی اجباری در طرح است. این محل، در گودترین نقطه حوضه و در بیشتر موارد در جاییکه سطح آب زیرزمینی بالا و خاک آن ناپایدار است، قرار می گیرد. عوامل مؤثر در انتخاب محل تلمبه خانه به قرار زیر است:

–موقعیت در حوضه
موقعیت تلمبه خانه در داخل حوضه در پایین ترین نقطه آن و به گونه ای انتخاب می شود که فاضلاب همه نقاط حوضه بتواند به آن تخلیه شود. نکته مهم آن است که خطوط جمع آوری فاضلاب که از نقاط مختلف حوضه به داخل تلمبه خانه تخلیه می شود، باید به صورتی باشد که حدوداً در یک تراز به هم بپیوندند. بدین معنی که فاصله تلمبه خانه از دورترین نقاط حوضه در جهات مختلف با توجه به شیب زمین انتخاب شود و تلمبه خانه در مرکز ثقل مساحت و شیب حوضه قرار گیرد.
–مساحت زمین مورد نیاز و هزینه خرید
زمین مورد نیاز، بر حسب ظرفیت تلمبه خانه و توسعه های آتی آن در نظر گرفته می شود. در تلمبه خانه های بزرگ، معمولاً فضای کافی از نظر رفت و آمد وسایل نقلیه بهره برداری و تعمیر تلمبه ها، و همچنین فضای کافی برای توسعه های آتی آن و فضای لازم برای تجهیز کارگاه در زمان ساخت آن در نظر گرفته می شود. قیمت خرید زمین عامل مهمی در تعیین موقعیت آن است. در بعضی مواقع مشاهده می گردد که در شهرها، با تغییر اندکی در موقعیت تلمبه خانه و مثلاً انتقال زمین تلمبه خانه از منطقه تجاری به منطقه مسکونی، کاهش قابل توجهی در هزینه خرید زمین ایجاد می شود.
–سیلاب گرفتگی
با توجه به موقعیت تلمبه خانه های فاضلاب که معمولاً در گودترین نقطه حوضه مربوط است همواره خطر آب گرفتگی و سیلاب را در پی خواهد داشت و بنابراین در انتخاب محل زمین تلمبهخانه این موضوع باید مورد توجه قرار گیرد به ویژه چنانچه تلمبه خانه در مجاور مسیل انتخاب شده باشد. تعیین سیلاب صدساله مسیل میتواند موقعیت سیلاب گرفتگی زمین تلمبهخانه را تعیین کند به طورکلی طراحی بر این اساس خواهد بود که در همه شرایط تلمبه خانه قابل دسترس باشد.
–تأمین ساسیسات جانبی
در انتخاب زمین محل تلمبه خانه، باید دسترسی به تأسیسات آب، برق، گاز و مخابرات در نظر گرفته شود، وجود لوله کشی آب شهری با فشار کافی، برق با ولتاژ متوسط و در صورت امکان تأمین برق از دو مدار مختلف در مواقعیکه یک مدار از سرویس خارج شده است و خط گاز برای پیشبینی تأسیسات گرمایی و احیاناً دیزل ژنراتور اضطراری و همچنین مخابرات برای دسترسی سریع با مراکز نگهداری و تعمیر شبکه از مواردی است که در انتخاب زمین محل تلمبهخانه در نظر گرفته می شود.
-راه دسترسی
محل تلمبه خانه باید دارای راه دسترسی مطمئن برای دوره احداث، بهره برداری و نگهداری از آن باشد.
–امنیت
موقعیت زمین تلمبهخانه باید به گونه ای انتخاب شود که امکان حفاظت آن در مقابل دستبرد و تخریب وجود داشته باشد. از انتخاب زمین های دور افتاده و دور از چشم پرهیز گردد.

–هماهنگی با محیط
با توجه به نوع کاربری منطقه و ساختمان های احداثشده، انتخاب محل تلمبه خانه باید با هماهنگی محیط اطراف باشد. نقشه تفصیلی طرح جام ،ع شهر راهنمای مناسبی برای اطلاع از کاربری زمین های منطقه، وضع موجود و آینده خواهد بود. در هر حال باید از انتخاب محل تلمبهخانه در محل های پر رفت و آمد و شاخص و نیاز به معماری خاص و همچنین پیشبینی تمهیدات پیچیده برای کنترل بو پرهیز شود.
–حداقل طول خط انتقال
زمین تلمبه خانه در صورت امکان باید در محلی انتخاب شود که طول مسیر خط انتقال فاضلاب حداقل بوده و تغییرات ارتفاعی بالا و پایین رفتن پروفیل خط لوله و بهکارگیری متعلقات زانو در حداقل ممکن باشد.
–استفاده مشترک
در مناطقی ممکن است از محل زمین تلمبه خانه فاضلاب برای دیگر تأسیسات استفاده شود. مزیت این روش کاهش خرید زمین و هزینه های نگهداری آن است.
–مشخصات خاک
مطالعات ژئوتکنیک محل یا محل های مناسب برای تلمبه خانه و انتخاب مناطقی که خاک، شرایط مناسب تری دارد باعث کاهش هزینه های ساختمان تلمبهخانه می شود. خاک های آبدار و بخصوص از جنس رس و سیلت، هزینه های قابل توجهی برای احداث گود تلمبه خانه و پایدار نگه داشتن آن حین اجرا و همچنین تحکیم زمین ایجاد می کند.
–ظرفیت تلمبه خانه ها
مقدار فاضلاب ورودی به تلمبهخانه تابع سرانه های فاضلاب در امور خانگی، تجاری، عمومی و فاضلابهای صنعتی، جمعیت حوضه، درصد اتصالات فاضلاب، میزان نفوذ آب های سطحی و نشتاب شبکه دارد. این مقدار در طول ساعات شبانه روز، روزهای سال و سال های افق طرح، متفاوت است. مقدار فاضلاب ورودی به تلمبه خانه باید بر حسب سال های افق طرح برآورد شود تا براساس آن ظرفیت تجهیزات، شیوه افزایش آن، ابعاد ساختمانی و تسهیلات مربوطه طراحی شود. معمولاً در مطالعات مقدماتی طراحی شبکه های فاضلاب، همه این عوامل با عنوان مبانی فنی طرح، بررسی و تجزیه و تحلیل و تعیین می شوند. در این مورد نشریه شماره – 118 3سازمان مدیریت و برنامه ریزی با عنوان مبانی و ضوابط طراحی شبکه های جمع آوری آب های سطحی و فاضلاب شهری به عنوان راهنما مفید می باشد، بنابراین مبانی فنی که در طراحی شبکه فاضلاب از نظر افق طرح، جمعیت، سرانه های فاضلاب، ضرایب حداکثر و حداقل، درصد اتصالات نشتاب و نفوذ آب های سطحی که برای هر حوضه از شبکه فاضلاب به عنوان مبانی طرح اختیار میشود برای تلمبه خانه های واقع در آن حوضه نیز به کار می رود، در این بخش، به شرح مختصر پارامترهای مؤثر در تعیین ظرفیت تلمبه خانه ها اکتفا می شود.

افق طرح
افق طرح، مدت زمان لازم از شروع بهره برداری از تلمبه خانه تا زمان رسیدن به حداکثر ظرفیت طراحی شده می باشد و این زمان معمولاً بین 10تا 30سال انتخاب می شود. این زمان قبل از شروع طراحی تلمبه خانه انتخاب می گردد و در تعیین آن عوامل زیر مدنظر می باشد:
– مدت زمان لازم برای فرسودگی یا از کار افتادگی تجهیزات و همچنین نوآوری در فناوری
– نیاز به توسعه تلمبه خانه در آینده و حدود زمان آن
– سهولت یا مشکلات اجرایی توسعه تلمبه خانه از نظر ساختمانی و تجهیزاتی
– بازده استفاده از تلمبه خانه در سال های اولیه که هنوز مقدار فاضلاب به ظرفیت اسمی نرسیده است. انتخاب زمان طولانی برای افق طرح باعث می شود هزینه سرمایه گذاری به دوش جمعیت فعلی قرار گیرد و بالعکس انتخاب زمان کوتاه باعث توسعه زود به زود تأسیسات می گردد. یک راه حل منطقی، پیشبینی زمان افق طرح، به صورت متفاوت برای بخش ساختمانی و تجهیزاتی است. برای بخش ساختمانی می توان افق طرح را طولانی و مثلاً 30سال اختیار کرد و برای بخش تجهیزاتی حدود 15سال که سن فرسودگی اغلب تجهیزات است در نظر گرفت در این حالت در بخش ساختمانی برای عملکرد صحیح تجهیزات در زمان های اولیه که مقدار فاضلاب کم می باشد تمهیدات لازم در نظر گرفته می شود.
–جمعیت حوضه
مقدار فاضلاب ورودی به تلمبه خانه، تابعی از جمعیت حوضه مربوط است. حسب کاربری زمین در حوضه که بر اساس نقشه های تفصیلی طرح جامع، مشخص می شود و در آن تراکم های جمعیت مشخص شده است، جمعیت اشباع هر حوضه قابل برآورد است. توجه شود که معمولاً نقشه های تفصیلی و تراکم های بکار رفته در آن، در مقاطع مختلفی ممکن است اصلاح شده و در بعضی مواقع کاربری و نوع تراکم متفاوت است در این مقطع طراح باید آخرین اطلاعات مربوط به تغییرات را مورد توجه قرار دهد.
–سرانه های فاضلاب
سرانه های فاضلاب که در مطالعات طرح شبکه فاضلاب تعیین می شود می تواند مبنای مناسبی برای تعیین تعداد و ظـرفیت تلمبه ها باشد.در این مورد توجه شود که ممکن است از نظر مدت زمان، افق طرح شبکه و تلمبه خانه هم زمان نباشند افزون بر این، برای سرانه  های فاضلاب نیز در طول مدت زمان پیشبینی شده برای افق طرح، اعداد متفاوتی در نظر گرفته شده باشد.
ضرایب حداقل و حداکثر نیز بر اساس روابطی که برای شبکه های فاضلاب اختیار می شود برای تلمبه خانه نیز می تواند از این نظر مبنا قرار گیرد.
درصد اتصالات، نشتاب، صنایع
در محاسبه حجم ورودی به تلمبهخانه فاضلاب باید درصد اتصالات شبکه، مقدار نشتاب ناشی از ورود آبهای زیرزمینی و آب های سطحی و همچنین پساب صنایع مطابق با مبانی تعیین شده برای شبکه جمع آوری فاضلاب مأخذ قرار گیرد.

–کیفیت فاضلاب
مشخصات کیفی فاضلاب، عامل مهمی در طراحی تلمبه خانه های فاضلاب است و در انتخاب نوع تجهیزات و تسهیلات و شیوه بهره برداری مؤثر است. با نمونه گیری و انجام آزمایش های کمی و کیفی بر روی فاضلاب می توان اطلاعات کافی از مشخصات کمی و کیفی فاضلاب به دست آورد. نکاتی که باید مورد توجه قرار گیرد به شرح زیر است:
– تلمبه خانه های فاضلاب شهری باید مقادیر قابل توجهی مواد درشت دانه را که توسط شبکه جمع آوری فاضلاب وارد تلمبه خانه می شود، انتقال دهند و بنابراین تلمبه ها باید قابلیت عبور این مواد را داشته باشند.در تلمبه خانه های بزرگ با پیشبینی آشغال گیرهای مکانیکی و یا آشغال خردکن، اندازه آشغال را در حد معین محدود می کنند ولی در تلمبه خانه های کوچک، با پیش بینی پنجره آشغال گیردستی و با رعایت فاصله معین، از ورود آشغال های بزرگتر جلوگیری می کنند. پیشبینی اینگونه تجهیزات در ورودی به تلمبه خانه و شیوه تخلیه آن، باعث افزایش هزینه های سرمایه ای و بهره برداری می شود که در طراحی تلمبه خانه مدنظر قرار می گیرد.
– وجود مقادیر قابل توجهی مواد ماسه ای بویژه در شبکه های جمع آوری فاضلاب و آب باران که به صورت مشترک باشند و انباشته شدن مواد ماسه ای در تلمبه خانه و همچنین فرسایش پروانه و بدنه تلمبه ها ناشی از انتقال مواد باید مورد توجه قرار گرفته و تمهیدات لازم از جمله پیشبینی دانه گیر قبل از تلمبه خانه ها در سامانه های مرکب و انتخاب مصالح مناسب برای پروانه و بدنه تلمبه که در تماس با فاضلاب است و مقاومت بیشتری در برابر فرسایش داشته باشد در مرحله طراحی در نظر گرفت.
– وجود مواد سمی، قابل انفجار و مضر که ناشی از پساب صنایع است اجباراً باعث پیش بینی تجهیزات بیشتر از نظر کنترل و پایش 1و تجهیزات تهویه مخصوص خواهد شد حذف مواد مضر از هوای خروجی.
– امکان متعفن شدن فاضلاب و تولید مقادیر قابلتوجه گاز هیدروژن سولفوره ب، لزوم به کارگیری حفاظت های خاص بهمنظور کاهش خورندگی تجهیزات و ساختمان و حفاظت های لازم برای کارکنان تلمبه خانه را ضروری می سازد.

تلمبه ها
تلمبه ها برای بالاآوردن مایعات از یک نقطه به نقطه دیگر به کار می روند و به طورکلی به دو دسته تقسیم می شوند:
الف – تلمبه های با انرژی جنبشی یا سینتیک :در این تلمبه ها مایعی که از درون پروانه تلمبه عبور می کند در اثر حرکت چرخشی پروانه تلمبه دارای سرعت زیاد شده و نهایتاً بخشی از این سرعت، تبدیل به فشار می شود. تلمبه های سینتیکی خود به تلمبه های گریز از مرکز سانتریفوژ، توربینی و تلمبه های خاص دسته بندی می شوند. تلمبه های : گریز از مرکز معمول ترین و پر مصرف ترین نوع تلمبه در کارهای مربوط به فاضلاب است. تلمبه خانه ها و تصفیه خانه های فاضلاب و در ظرفیت های قابل توجه که قابلیت عبور فاضلاب با مواد جامد درون آن را دارد ساخته می شود. تلمبه های توربینی و تلمبه های خاص، مانند تلمبه های هیدرولیکی و نوع جت آن در کارهای فاضلاب به علت آنکه قابلیت عبور مواد جامد درون فاضلاب را ندارند ، مورد مصرف نیست و چنانچه به کار گرفته شود معمولاً برای آن تمهیدات خاص در نظر گرفته می شود.
ب – تلمبه های با جابه جایی مثبت :در این نوع تلمبه ها حرکت بخش متحرک آن باعث جابه جایی مایع درون پوسته تلمبه شده و ایجاد فشار می کند. تلمبه های با جابه جایی مثبت به سه دسته تقسیم می شود. تلمبه های رفت و برگشت که نوعی تلمبه روتوری است، تلمبه های روتوری، و تلمبه های با هوای فشرده یا نیوماتیک. در تلمبه خانه های فاضلاب تلمبه های نوع پیچوار و تلمبه های با هوای فشرده مصرف دارند، تلمبه های روتوری در بخش تصفیه خانه و برای انتقال لجن کاربرد دارد، تلمبه های پیچوار قابلیت جابه جایی فاضلاب در ارتفاع محدود و در حجم های قابل توجه را دارند و بالعکس تلمبه های با هوای فشرده قابلیت جابه جایی فاضلاب در حجم های محدود را دارد.
در پیوست شماره 2این نشریه اطلاعات فنی در مورد تلمبه های گریز از مرکز و تلمبه های با جابجایی مثبت به تفصیل آورده شده است.

کاویتاسیون ( خلاءزایی )
هرگاه مطلق فشار مایع در دهانه پره تلمبه، از فشار بخار مایع به جوش افتادن مایع در اثر کاهش فشار کمتر شود، پدیده خلاءزایی در تلمبه ایجاد می شود. در این شرایط، مایع ورودی به تلمبه شروع به جوشش کرده و در آن حبابهای بخار مایع، ایجاد می شود. با انتقال این حبابها همراه با مایع توسط پره تلمبه در منطقه ای که فشار مایع بالاتر می رود بخار مایع درون حباب ها تحت تأثیر این فشار دوباره به صورت مایع بـرگشته و در اثر این پدیده ذرات مایع اطراف به فضای خالی ایجاد شده هجوم برده و ایجاد ضربه و خوردگی در پره تلمبه می کنند. خلاءزایی بازده تلمبه را کاهش می دهد و صدمات فیزیکی برای تلمبه ایجاد می کند برای کنترل خلاءزایی باید مقدار خالص فشار مثبت در طرف مکش تلمبه 6کنترل شود و همواره مقدار خالص فشار مثبت قابل دسترس بیشتر از مقدار خالص فشار مثبت مورد لزوم که توسط سازنده تلمبه اعلام می شود، باشد.