21. Основы канализации

Канализация представляет собой комплекс инженерных сооружений, а также технических и санитарных мероприятий, предназначенных для организованного удаления по трубопроводам за пределы населенного места или промышленного предприятия загрязненных сточных вод и их обеззараживания.

Сточными называют воды, которые были использованы для тех или иных нужд и получили при этом дополнительные примеси (загрязнения), изменившие их первоначальный химический состав или физические свойства.

В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики примесей сточные воды подразделяют на три основные категории: бытовые, промышленные, или производственные и атмосферные.

Если все три вида стоков удаляются одной системой, она называется общесплавной.

Если атмосферные воды отводят по одной сети труб, а бытовые и производственные – по другой сети, то система будет называться раздельной.

Каждая система канализации может быть осуществлена различными техническими приемами в отношении трассировки сетей и коллекторов, глубины их заложения, количества насосных станций, числа и местоположения очистных сооружений и т.д. например, канализование города или поселка может быть осуществлено путем устройства самотечных линий и коллекторов с одной насосной станцией. В этих условиях необходимо глубокое заложение линий. Наоборот, при мелком заложении потребуется большее число насосных станций.

Указанные обстоятельства определяют схему канализации, т.е. технически и экономически обоснованное проектное решение принятой системы канализации с учетом местных условий и перспектив развития объекта канализования.

Канализационные сети строят преимущественно самотечные. Для этого их прокладывают соответственно рельефу местности, разделяя всю канализуемую территорию населенного места на бассейны канализования. Это часть территории, ограниченной водоразделами.

Участки канализационной сети, собирающие сточные воды с одного или нескольких бассейнов канализования, называют коллекторами.

Коллекторы подразделяют на следующие виды:

- коллекторы бассейнов канализования, собирающие сточные воды с отдельных бассейнов;

- главные коллекторы, принимающие и транспортирующие сточные воды двух или более коллекторов бассейнов канализования;

- загородные коллекторы, отводящие сточные воды транзитом (без присоединений) за пределы объекта канализования к насосным станциям, очистным сооружениям или к месту их выпуска в водоем.

Для осмотра, промывки и прочистки от засорения канализационной сети на ней устраивают смотровые колодцы. Для приема атмосферных сточных вод с проездов применяют дождеприемники, представляющие собой круглые или прямоугольные в плане колодцы с металлической решеткой сверху.

Пересечение коллекторов с реками, оврагами и дорогами выполняют путем устройства дюкеров, эстакад и т.д.

При большой глубине заложения коллекторов и отсутствии из-за этого возможности самостоятельного транспортирования сточных вод к очистным сооружениям прибегают к устройству насосных станций перекачки, подающих сточные воды к очистным сооружениям по напорным трубопроводам.

Очистными называют сооружения, предназначенные для очистки сточных вод и переработки их осадка. Способы очистки, состав и размеры очистных сооружений определяются расчетом в зависимости от характера и концентрации загрязнений сточных вод, мощности и самоочищающей способности водоема, наличия населенных мест и промышленных предприятий ниже по течению реки, а также назначения водоема (для водоснабжения, купания, рыболовства и др. целей). Очистные сооружения должны располагаться ниже по течению реки относительно населенного места или промышленного предприятия. Благодаря этому исключается опасность загрязнения водоема в пределах канализуемого объекта.

После очистки сточные воды через устройства, называемые выпусками, сбрасываются в водоем.

При определении расчетных расходов норму водоотведения принимают равной норме водопотребления.

Бытовую канализационную сеть рассчитывают на частичное наполнение труб. Это позволяет:

- создать лучшие условия для транспортирования взвешенных загрязнений;

- обеспечить вентиляцию сети для удаления вредных и опасных газов, выделяющихся из жидкости;

- создать некоторый резерв в сечении труб для пропуска расхода, повышающего расчетный.

Гидравлический расчет канализационной сети можно выполнить по формуле Шези, по таблицам или номограммам.

Наиболее часто используют трубы с сечением круглой формы как обладающие лучшей пропускной способностью, более простые и экономичные в изготовлении.

Минимальные диаметры труб для уличных сетей установлены в зависимости от системы канализации. например, при общесплавной системе диаметр составляет 250 мм.

Расчетное наполнение в трубопроводах бытовой канализационной сети принимают в зависимости от диаметра труб (рис.21.1)

Рис.21.1

Сточные воды сильно загрязнены различными примесями. нерастворенная их часть может иметь как органическое, так и неорганическое происхождение. Примеси органического происхождения, обладающие малым удельным весом, хорошо транспортируются по канализационным сетям, а примеси неорганического происхождения (песок, шлак, бой стекла и др.) транспортируются лишь при весьма значительных скоростях. В связи с этим расчетные скорости в канализационной сети должны назначаться из условия транспортирования песка и других примесей неорганического происхождения, содержащихся в сточной жидкости.

Наблюдениями установлено, что песок в канализационных сетях может находиться в трех состояниях;

- в неподвижном в виде отложений с ровной поверхностью на дне – при сравнительно малых скоростях потока;

- в подвижном в виде отложений гряд на дне – при более высоких скоростях потока; перемещение отдельных песчинок имеет скачкообразный характер; достигая вершины гряды, песчинки скатываются в застойную зону; в результате постепенного заполнения застойной зоны песок медленно перемещается в направлении движения потока;

- во взвешенном состоянии при полном отсутствии отложений на дне – при значительных скоростях потока.

Скорость, соответствующая началу перемещения частиц и образования гряд, называется размывающей.

Скорость, соответствующая полному взвешиванию загрязнений, называется самоочищающей (критической). Минимальные расчетные скорости следует назначать не менее самоочищающих скоростей. Для бытовой канализационной сети самоочищающие скорости назначаются в зависимости от диаметра труб:

Песок, содержащийся в сточной жидкости, транспортируется потоком в основном у дна труб, вызывая здесь истирание и разрушение их поверхности. Разрушение поверхности труб тем больше, чем больше скорость потока. По этой причине скорость движения сточной жидкости в трубах следует ограничивать. В соответствии со СНиП в металлических трубопроводах не рекомендуется допускать скорость более 8 м/с, в неметаллических – более 4 м/с.

Минимальный уклон труб бытовой канализационной сети можно определять по приближенной формуле:

,

где d – внутренний диаметр труб, мм.

От глубины заложения трубопроводов существенно зависят стоимость и срок строительства канализационной сети. В связи с этим ее назначают, по возможности, минимальной с учетом следующих условий:

- предохранения сточных вод в трубах от замерзания;

- защиты труб от механического повреждения;

- возможности присоединения к уличной сети внутриквартальных (дворовых) сетей.

Так как температура сточных вод не опускается ниже 7^оС даже в самое холодное время года, канализационные трубопроводы можно прокладывать на глубине, меньшей глубины промерзания грунта. Наименьшую глубину заложения канализационных трубопроводов следует принимать на основании опыта эксплуатации канализационных сетей в аналогичных условиях. При отсутствии такого опыта наименьшую глубину заложения от поверхности земли до лотка труб можно определять по формуле

,

где h_пром – глубина примерзания грунта; - величина, равная 0,3 м для труб диаметра до 500 мм и 0,5 м для труб больших диаметров.

Материалы, применяемые для устройства канализационных сетей, должны быть прочными, водонепроницаемыми, устойчивыми против коррозии и истирания, гладкими (для уменьшения сопротивлений, возникающих при движении жидкостей). Этим требованиям в наибольшей мере отвечают керамические, бетонные, железобетонные, асбестоцементные и винипластовые трубы.

Для напорных трубопроводов используют трубы чугунные, стальные и асбестоцементные.

Для осмотра и прочистки канализационной сети на ней сооружают смотровые колодцы. Их подразделяют на линейные, устраиваемые на прямолинейных участках сети через каждые 40…150 м по ее длине (чем больше диаметр труб, тем больше расстояние между колодцами); поворотные, устраиваемые в местах изменения уклона канализационной линии и ее направления в плане; узловые, устраиваемые в местах соединения линий, и контрольные, устраиваемые в местах присоединения внутриквартальных (дворовых) к уличным в пределах застройки кварталов.

В тех случаях, когда не удается осуществить отвод сточных вод к очистным сооружениям самотеком, для их перекачки применяют центробежные насосы специального назначения: землесосы, торфонасосы, багерные, шламовые, фекальные и др., смонтированные в канализационных насосных станциях чаще всего шахтного типа.

Напорные трубопроводы выполняют, как правило, в две линии из железобетонных или асбестоцементных труб. Скорость движения стоков в них принимается около 1,5 м/с.

В процессе обработки сточных вод на очистных сооружениях значительная часть нерастворенных загрязнений выпадает в осадок влажностью 90,0…99,5%. Минеральная часть осадка составляет 25…35%, органическая 65…75%.

Для окисления органических веществ аэробными микроорганизмами необходим кислород. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) выражается в мг/л или г/м³. БПК устанавливают лабораторным путем. Обычно определяют биохимическую потребность в кислороде за 5 и 20 суток, обозначая ее соответственно БПК₅ и БПК₂₀.

У городских сточных вод БПК₂₀ обычно составляет 100…400 мг/л.

Для нормального хода процесса биохимической очистки на очистных сооружениях активная реакция сточных вод (рН) должна быть в пределах 6,5…8,5. бытовые сточные воды обычно имеют рН=7,2…7,6, т.е. слабощелочную реакцию.

Условия спуска сточных вод в водоемы определяются «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». В соответствии с этими правилами различают водоемы питьевые и культурно-бытового водопользования и водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей.

Установлены следующие нормальные показатели качества воды водоема.

Количество растворенного в воде водоема кислорода после смешивания с ней сточных вод в любой период года не должно быть ниже 4 мг/л.

Величина БПК₂₀ для водоемов первого вида водопользования не должна превышать 3 мг/л, для водоемов второго вида – 6 мг/л.

Содержание взвешенных веществ в воде водоема после спуска в него вод не должно увеличиваться больше чем на 0,25 мг/л водоемов первого вида водопользования и на 0,75 мг/л для водоемов второго вида водопользования.

Активная реакция воды водоема (рН) после смешивания с ней сточных вод должна быть не ниже 6,5 и не выше 8,5.

Для воды водоемов установлены также нормированные показатели по окраске, наличию ядовитых веществ, плавающих примесей, возбудителей заболеваний, запахам и привкусам, минеральному составу и температуре.

Обеззараживание (дезинфекция) сточных вод производится с целью уничтожения болезнетворных бактерий. Оно предусматривается на станциях как с механической, так и с биологической очисткой. Наибольшее распространение получила дезинфекция сточных вод жидким хлором. Расчетная доза хлора на станциях механической очистки принимается равной 15 г/м³, на станциях полной биологической очистки – 5 г/м³, неполной – 10 г/м³.

Конструкция выпуска очищенных сточных вод должна обеспечивать хорошее перемешивание сточных вод с водой водоема, что позволяет лучше использовать самоочищающую способность последнего.

Выпуски бывают сосредоточенные, когда сточные воды выпускаются через одно отверстие, и рассеивающие, когда имеется несколько выпускных отверстий.