Загальні поняття про схеми каналізації

Вода, яка була використана для різних потреб в побуті або на виробництві і отримала при цьому додаткові домішки (забруднення), які змінили її хімічний склад або фізичні якості, називається стічною водою. До стічних вод відносять також атмосферні води, які відводяться з території населених пунктів та промислових підприємств.

Забруднення стічних вод можуть бути мінеральними і органічними. До мінеральних забруднень відносять пісок, глину, шлак, розчини мінеральних солей, кислот та лугів. Органічні забруднення зустрічаються рослинного і тваринного походження. Забруднення рослинного походження містять залишки рослин, плодів, злаків, овочів, паперу. З хімічної точки зору в цих забрудненнях в основному міститься вуглець у вигляді клітковини. Органічні забруднення тваринного походження містять фізіологічні покидьки людей та тварин, жирові речовини, органічні кислоти та інше. Основним хімічним елементом цих забруднень є азот у вигляді білкових речовин. Стічні води, крім вуглецю та азоту, містять фосфор, калій, сірку, натрій та інші хімічні сполуки.

Стічні води характеризуються також бактеріальними і біологічними забрудненнями, котрі в стічних водах представлені різними бактеріями, дріжджовими та пліснявими грибками, дрібними водоростями.

За фізичним станом забруднення, які містяться в стічних водах, можуть бути у вигляді розчину, колоїдів, суспензії та нерозчинних домішок. В залежності від розмірів частинок, їх питомої ваги та швидкості руху стічних вод, нерозчинні речовини можуть випливати на поверхню, знаходитись в завислому стані у воді, осідати на дно. Ступінь забруднення стічних вод оцінюється концентрацією, тобто масою домішок в одиниці об’єму в мг/л або г/м³.

За походженням та характеру забруднень всі стічні води поділяють на побутові (господарсько-фекальні), виробничі та атмосферні. До побутових відносяться води від кухонь, туалетних кімнат, душових, лазень, пралень, їдалень, лікарень, а також господарські води, які утворюються від миття приміщень. Вони надходять як від житлових і громадських будинків, так і від побутових приміщень промислових підприємств. За природою забруднень вони можуть бути фекальними, які надходять з туалетів і забруднені в основному фізіологічними покидьками життєдіяльності людини, та господарськими, які забруднені різного роду побутовими відходами.

Склад побутових стічних вод відносно постійний і характеризується в основному органічними забрудненнями (біля 60%) в нерозчинному, колоїдному та розчинному стані, а також різними бактеріями і мікроорганізмами, в тому числі і патогенними.

Виробничі стічні води утворюються в технологічних процесах виробництва. Склад і концентрація забруднень виробничих стічних вод дуже різноманітні і залежать від виду та технології виробництва, вихідної сировини і різних компонентів, які присутні в технологічному процесі. Виробничі стічні води можуть мати, органічні, мінеральні, радіоактивні домішки, а також отруйні та шкідливі речовини. Виділяють забруднені та умовно чисті виробничі стічні води. Прикладом умовно чистих стічних вод може бути вода, яка використовувалась для охолодження в теплообмінних апаратах.

Атмосферні стічні води утворюються від випадання дощу або розтавання снігу і містять в основному мінеральні і в меншій кількості органічні забруднення. Атмосферні стічні води, які утворюються на території промислових підприємств, містять відходи і покидьки відповідних виробництв. Відведення і знешкодження атмосферних стічних вод також входить в задачу каналізації. При цьому слід відзначити велику нерівномірність надходження цих вод. В суху погоду вони відсутні, а під час зливи їх кількість буває значною.

Склад стічних вод вивчають з метою найбільш раціонального визначення таких умов та обставин:

а) способи очистки стічних вод;

б) можливість утилізації цінних речовин, які містяться в стічних водах та осаді (жири, добрива та інше);

в) можливість використання очищених стічних вод як джерела технічного водопостачання;

г) матеріали труб та каналів, якими буде відводитись стічна рідина і передбачити заходи запобігання впливу на них стічних вод.

Забезпечення належного санітарного стану населених пунктів та промислових підприємств можливе тільки при організованому зборі та своєчасному видаленні за межі їх території стічних вод з наступним очищенням і знезаражуванням.

Каналізація населеного пункту – це комплекс інженерних споруд та приладів, які призначені для прийому та транспортування стічних вод до очисних споруд, очистки вод від забруднюючих речовин, скиду у водойму очищених вод, утилізація осадів. Схема каналізації населеного пункту (рис. 2.1) складаються з таких основних елементів: внутрішнього каналізаційного обладнання будівель та споруд, дворової та вуличної каналізаційної мережі, колекторів, каналізаційних насосних станцій і напірних трубопроводів, очисних споруд та випусків очищених стічних вод у водоймище. При проектуванні на генплані населеного пункту, що каналізується виділяються, басейни каналізування, наносяться траси основних колекторів, вуличної каналізації, місця розташування насосних станцій, очисних споруд та випусків (рис. 2.1). При близькому розташуванні населених пунктів та промислових підприємств необхідно передбачати районну схему каналізації всього промислового району.

Рис. 2.1. Загальна схема каналізації населеного пункту:

1 – річка; 2 – населений пункт; 3 – водорозділ; 4 – напірний трубопровід; 5 – районна насосна станція; 6 – самопливний колектор; 7 – вулична самопливна мережа; 8 – головний самопливний колектор; 9 – аварійні випуски; 10 – головна насосна станція; 11 – заміський напірний колектор; 12 – очисні споруди; 13 – випуск у водоймище

Вибір схеми каналізації обумовлюється рельєфом території, місцем розташування каналізаційних очисних споруд та поверхневого водоймища, витратою стічних вод, вимогами до утилізації стічних вод, повторного використання, відводом та очисткою поверхневого стоку.

Внутрішнє каналізаційне обладнання призначене для прийому стічних вод і відведення їх за межі будинку. В житлових та громадських будинках приймачами стічних вод є санітарні прилади. На промислових підприємствах для прийому стічних вод можуть використовуватись спеціальні приймачі у вигляді трапів або лотків, які встановлюють безпосередньо біля апаратів та технологічного обладнання.

Вуличні каналізаційні мережі являють собою систему підземних трубопроводів, які приймають стічні води від дворових (квартальних) мереж і призначені для транспортування стічних вод в межах населеного пункту. Каналізаційні мережі будують переважно самопливними, прокладаючи їх відповідно до рельєфу місцевості. При цьому територія поділяється на басейни каналізування. Басейном каналізування називають частину території, що каналізується і яка обмежена водорозділами.

Каналізаційні мережі, призначені для відведення атмосферних вод, називають дощовими мережами або водостоками; мережі, які призначені для відведення побутових вод, - побутовими; мережі для відведення виробничих стічних вод – виробничими. Влаштовують також мережі для спільного відведення різних видів стічних вод (побутово-виробничі, виробничо-дощові та інше).

Вуличні каналізаційні мережі в межах кожного басейну об’єднуються одним або декількома колекторами. Колектором називають каналізаційний трубопровід, який збирає стічні води з двох або декількох вуличних мереж. Застосовують наступні схеми каналізаційних мереж (рис. 2.2): перпендикулярну (рис. 2.2, а), пересічну (рис. 2.2, б), паралельну (рис. 2.2, в), радіальну (рис. 2.2, г), зонну (рис. 2.2, д).

При значних заглибленнях самопливних каналізаційних трубопроводів влаштовують насосні станції підйому та перекачування стічних вод. Каналізаційні насосні станції розділяють на місцеві, районні та головні. Місцеві насосні станції служать для перекачування стічних вод від одного або декількох будинків, районні – для перекачування стічних вод районів та басейнів. Головні насосні станції перекачують всі стічні води на очисні споруди.

Рис.2.2. Схеми каналізаційних мереж:

а) перпендикулярна; б) пересічна; в) паралельна; г) радіальна; д) зонна.

1 – колектори басейнів каналізування; 2 – границі басейнів каналізування; 3 – очисні споруди.

Очисними називають споруди, які призначені для очищення та знезаражування стічних вод і переробки їх осаду. Склад очисних споруд може бути різним і залежить від методу очищення та виду стічних вод. Очисні споруди розташовують нижче за течією річки відносно населеного пункту або промислового підприємства, що каналізується.

Після очищення та знезаражування стічні води через спеціальні пристрої, які називають випусками, скидають у водоймище.

В залежності від того, як відводяться окремі види стічних вод – разом чи окремо, системи каналізації розділяють на загальносплавні, роздільні (повна або неповна) та напівроздільні. Тип системи каналізації міста вибирають на основі порівняння техніко-економічних та санітарно-гігієнічних показників.

При загальносплавній систем каналізації (рис. 2.3, а) всі види стічних вод відводяться до очисних споруд по єдиній каналізаційній мережі.

Рис. 2.3. Системи каналізації:

а) загальносплавна; б) повна роздільна; в) напівроздільна; г) водоскидна камера.

1 – колектори побутово-виробничої мережі; 2 – зливоспуски; 3 – дощова мережа; 4 – водоскидні камери; 5 – насосна станція; 6 – очисні споруди.

Роздільною називається система каналізації, при якій окремі види стічних вод з забрудненнями різного характеру відводяться самостійними каналізаційними мережами. Роздільні системи каналізації в свою чергу поділяються на повні та неповні. Повна роздільна система каналізації передбачає не менше двох мереж: одну – для прийому і відводу побутових і близьких до них за складом виробничих стічних вод на очисні споруди; другу – для прийому і скиду у водоймище атмосферних та умовно чистих виробничих стічних вод.

Неповна роздільна система передбачає відвід побутових стічних вод закритою мережею на очисні споруди і неорганізований відвід у водоймище атмосферних вод. Таке рішення зменшує одночасні капітальні витрати і дозволяє у майбутньому з добудовою мереж переходити до повної роздільної системи каналізації, яка з санітарної точки зору є достатньо надійною.

Напівроздільною (рис. 2.3, в) називається така система каналізації, при якій в місцях перетину самостійних каналізаційних мереж для відводу різних видів стічних вод встановлюють водоскидні камери, які дозволяють перепускати найбільш забруднені дощові води при малих витратах в побутову мережу і відводити їх по загальному колектору на очисні споруди, а при зливах скидати порівняно чисті дощові води безпосередньо у водоймище.

В нашій країні переважно застосовують неповну роздільну систему каналізації, як першу чергу будівництва. Взагалі систему каналізації вибирають з врахуванням місцевих умов, техніко-економічних показників та санітарно-гігієнічних вимог. В санітарному відношенні найбільш доцільною є загальносплавна система каналізації, при якій всі стічні води підлягають очищенню. Однак ця система вимагає значних капітальних та експлуатаційних витрат, оскільки суттєво збільшуються розміри очисних споруд, комунікацій та потужність обладнання. Крім того, на повну потужність ці споруди працюють тільки під час великих злив при надходженні всієї маси атмосферних вод на очисні споруди. Для зменшення вартості загальносплавної мережі на колекторах вздовж водоймищ вста­новлюють зливоспуски, за допомогою яких під час значних злив основну масу атмосферних вод скидають в водоймище без очистки. Таке рішення знижує санітарну надійність загальносплавної системи каналізації і допускає потрапляння розбавлених, але неочищених побутових стічних вод у

2.2. Трасування каналізаційних мереж

Каналізаційну мережу звичайно влаштовують самопливною (безнапірною) і проектують на неповне заповнення. Для того щоб вода протікала з необхідною швидкістю мережу прокладають із уклоном. При малих уклонах поверхні землі й великій довжині мережі колектори на кінцевих ділянках мають значне заглиблення, що значно підвищує вартість системи. Економічно доцільно прокладати каналізаційну мережу у водонасичених ґрунтах до глибини 5…6 м. Якщо мережа вже заглиблена до цієї межі, то влаштовують насосні станції перекачки. Станції перекачки влаштовуються також у понижених районах міста.

При трасуванні каналізаційних мереж враховують рельєф місцевості, вертикальне її планування, розміщення водних проток, місць розміщення очисних споруд та скидання стічних вод, гідрогеологічні розрізи за трасами мереж. Розрізняють кілька схем трасування каналізаційної мережі щодо кварталів залежно від рельєфу місцевості й вертикального планування території (рис. 2.4).

Збірні колектори трасують уздовж рік і тальвегів (ліній, що з’єднують найбільш знижені ділянки річкової долини, яру). По цих колекторах стічні води побутової або загальносплавної мережі відводять на очисні споруди й після очищення скидають у водойму. Дощову мережу при проектуванні трасують із розрахунку випуску стічних вод у водойму за найкоротшою відстанню. Ґрунтові умови так само впливають на трасування мережі.

Рис.2.4. Схеми накреслення вуличної каналізаційної мережі щодо кварталів

а – охоплююча; б – зі зниженої сторони кварталів, в – черезквартальна

Труби і канали в колодязях необхідно з’єднувати по верху труб (шелигах) або по рівнях води (рис. 2.5). При цьому рекомендується з’єднувати по верху для труб різного діаметру і по рівнях води при однаковому діаметрі.

Рис. 2.5. Способи з’єднання каналізаційних труб:

а) по верху труб; б) по рівнях води.

На загальній схемі каналізаційної мережі крім ліній мережі відзначають мережні споруди: дюкери, переходи й камери різного призначення. На схемі намічаються місця розташування насосних станцій, очисних споруд і випусків.

2.3. Труби для каналізаційних мереж

При влаштуванні каналізаційної мережі використаються труби й канали різноманітної форми поперечного переріза. З певним допущенням їх можна підрозділити на круглі, стислі (Н < b) і витягнуті (Н > b), рис. 2.6. Форма поперечного переріза труб і каналів повинна задовольняти статичним, гідравлічним, економічним й експлуатаційним вимогам, мати запас міцності на максимальні статичні й динамічні навантаження. Гідравлічні характеристики будуть краще в того перетину, що має найбільшу пропускну здатність при заданій площі живого перетину й уклоні. В такому разі найбільш вигідні перетини з більшим значенням гідравлічного радіуса (до них ставляться круглі перетини). Гідравлічний радіус – це відношення площі живого перетину потоку до довжини змоченого периметра. Для круглої труби при повному і половинному заповненні величина гідравлічного радіуса R складає

,

(2.1)

Рис.2.6. Типи поперечних перерізів труб і каналів:

а – кругле; б – стисле (шатрове); в – витягнуте (еліпсоподібне); г – прямокутне; д – трапецеїдальне.

Труби із круглою формою поперечного перерізу також мають кращі міцностні характеристики й високий ступінь індустріальності при виготовленні, тому вони одержали найбільш широке поширення (близько 90% всіх мереж, що споруджують,). Економічним показником служить відношення вартості 1 м покладених труб до їх максимального пропускної здатності. Чим менше величина цього показника, тим економічніша мережа.

Канали зі стислими перетинами найбільше часто застосовуються при прокладках у важких гідрогеологічних умовах, коли потрібно зменшити глибину закладення мережі. Такі канали володіють великою пропускною здатністю при їх малій висоті. Їх застосовують для відводу більших кількостей води з незначним коливанням витрати.

Витягнуті форми поперечного перерізу одержали найбільше поширення при спорудженні загальносплавної системи каналізації. Обумовлюється це тим, що в загальносплавній системі каналізації при відсутності дощів витрати стічних вод малі. Теоретично ж цей профіль перетину забезпечує найбільшу швидкість бігу води при малих витратах, тому що гідравлічний радіус витягнутого перетину більше, ніж інших видів перетинів.

Лотки з перетинами прямокутної й трапецеподібної форми влаштовують звичайно на територіях очисних споруд, а також для внутрішньої каналізації в цехах.

Труби, що застосовувані для прокладки каналізаційних мереж, повинні бути водонепроникними, міцними й довговічними, стійкими стосовно корозії й температурного впливу, а також повинні мати гладку внутрішню поверхню. Цим вимогам в основному відповідають керамічні, бетонні, залізобетонні й азбестоцементні труби, що одержали найбільше поширення в практиці будівництва.

Керамічні труби каналізації виготовляють діаметром 150...600 мм. Вони особливо широко використаються для влаштування мереж побутової каналізації, що прокладається, звичайно, із труб малих діаметрів і відводять слабоагресивні стічні води. Для відведення стоків промислових підприємств, що містять велику кількість кислоти, застосовуються керамічні кислототривкі труби.

Залізобетонні труби безнапірні виготовляють діаметром 400…2400 мм, нормальної й підвищеної міцності; бетонні безнапірні гладкі труби виготовляють діаметром 100…1000 мм. У першу чергу їх використають при прокладці дощової каналізації, але можуть застосовувати і для побутової каналізації, при цьому їхня поверхня покривається протикорозійними захисними мастиками.

Азбестоцементні труби для безнапірних трубопроводів виготовляються діаметром 100…400 мм із гладкими кінцями, довжиною 3 й 4 м. В останні роки їх також, як і у водопроводі, не рекомендується використовувати. Каналізаційні труби з’єднують за допомогою розтрубів, фальців з накладним поясом і муфт. Стики труб (або місця їхніх з’єднань) повинні бути міцними, водонепроникними, еластичними й стійкими проти корозії й температурних впливів.

Рис.2.7. З’єднання труб:

а, б – розтрубний стик; в – муфтові з’єднання; 1 – гладкий кінець труби; 2 – розтруб; 3 – гумові ущільнювальні кільця; 4 – закладення стику (азбестоцемент, асфальтова мастика); 5 – ущільнювач (просмолене пасмо); 6 – циліндрична муфта.

Стики розтрубних з’єднань (рис.2.7,а) зашпаровують асфальтовою мастикою, азбоцементом і цементом. Асфальтові стики найбільш еластичні. Цементні стики тверді й можуть використовуватися там, де виключена можливість осідання трубопроводів. Фальцові з’єднання (рис.2.8,в) зашпаровують мастикою або цементом. Гладкі кінці труб з’єднують на муфтах (рис.2.8,а,б). Бетонні труби з’єднують бетонними муфтами, азбестоцементні – азбестоцементними. Тому що азбестоцементні труби й муфти досить тендітні, то при їхньому з’єднанні прокладаються еластичні гумові кільця.

Рис.2.8. З’єднання труб:

а, б – муфтові з’єднання; в – фальцовий стик; 1 – гладкий кінець труби; 2 – гумові ущільнювальні кільця; 3 – двобортна муфта; 4 – болт; 5 – фланці; 6 – металева муфта (втулка); 7 – замок.

Залізобетонні труби виготовляються як розтрубними так і фальцовими, (рис.2.8,в) круговими й із плоскою підошвою.

2.4. Обладнання та споруди на каналізаційних мережах

До каналізаційних мережних споруд відносяться колодязі різного призначення, дощеприймачі, дощевипуски (на мережах загальносплавної системи), розділові камери, що регулюють резервуари, дюкери, переходи (під залізними й шосейними дорогами, водними протоками і ярами, під мостами й пішохідними містками), випуски, вентиляційні пристрої.

Колодязі. На каналізаційних мережах для спостереження за роботою мережі, а також для прочищення, промивання трубопроводів і ліквідації можливих засмічень установлюють колодязі. Вони бувають лінійними, поворотними, вузловими, перепадними, контрольними. Колодязі встановлюють відповідно при повороті траси, зміні діаметру й уклону труб, у місці приєднання припливів і при необхідності пристрою перепадів. При з’єднанні труб у колодязі потрібно стежити, щоб кут між припливом й основною магістраллю був не більше 90°.

Лінійні колодязі влаштовують на прямих ділянках мережі. Відстань між ними (м) призначається залежно від діаметра труб (мм):

Таблиця 2.1.

Відстані між каналізаційними колодязями

Поворотні колодязі встановлюють в місцях зміни напрямку руху води в плані. Такі колодязі мають плавний криволінійний лоток з кутом повороту не менше 90º, гострі кути повороту недопустимі.

Вузлові колодязі служать для з’єднання декількох труб. В них бокові ділянки мережі приєднуються до основного колектора плавним заокругленим лотком. Контрольні колодязі влаштовують у місцях приєднання дворової, квартальної, промислової мереж до вуличної.

Перепадні колодязі влаштовують для з’єднання підвідних та відвідних труб, що підходять на різних відмітках. Такі колодязі споруджують з метою зменшення глибини залягання трубопроводів, при перетині з підземними спорудами, у випадках приєднання до глибоко закладених колекторів, для зменшення швидкості руху води.

За формою в плані колодязі бувають круглими й прямокутними. Круглі оглядові колодязі (рис.2.9) встановлюються на трубопроводах діаметром до 600 мм, мають внутрішній діаметр робочої частини 1 м. Звичайно їх влаштовують зі стандартних залізобетонних елементів заводського виготовлення або виготовлених на полігоні. Випускають стандартні залізобетонні кільця із внутрішнім діаметром 700, 1000, 1500 й 2000 мм (КЦ-7, КЦ-10, КЦ-15, КЦ-20) і з висотою кілець 290, 590 й 890 мм.

Усередині каналізаційних колодязів рідина тече по відкритих лотках напівкруглого перетину. Колодязі мають горловину діаметром 700 мм і робочу частину діаметром 1000…2000 мм висотою не менш 1,8 м. Прямокутні оглядові колодязі встановлюються на трубопроводах діаметром 700 мм і більше, мають наступні внутрішні розміри (у плані): довжину на 0,4 м і ширину на 0,5 м більшу внутрішнього діаметра труби або ширини колектора. Колодязі цього типу можна встановлювати й на трубопроводах меншого діаметра. У такому випадку їхню довжину й ширину приймають 1 м.

Рис.2.9. Колодязь зі збірних залізобетонних елементів:

а – поперечний переріз кругле; б – поперечний переріз квадратне; 1 – опорне кільце; 2 – горловина; 3 – плита перекриття; 4 – об’ємний циліндричний блок.

Перепадні колодязі влаштовують у місцях приєднання до колекторів припливів з меншою глибиною закладення. Ці колодязі влаштовують також й у тих випадках, коли колектори прокладають по пересіченій місцевості з уклоном, що перевищує максимально припустимий для труб даного діаметра. У першому випадку перепад звичайно виконують у вигляді стояка із чавунних труб. У другому випадку, при діаметрі трубопроводу до 500 мм (включно) перепади можуть проектуватися із зовнішнім стояком з металевих труб або із внутрішнім вертикальним прямокутним каналом. Перепади на трубопроводах діаметром 600 мм і більше влаштовують у вигляді водозливів практичного профілю з водобоями (рис.2.10), шахтних перепадів, швидкотоків й обґрунтовують розрахунками.

Рис.2.10. Перепадний колодязь з водозливом практичного профілю

На тунельних колекторах глибокого закладення, побудованих методом щитової проходки, де глибина закладення мережі звичайно більше 8 м і діаметри трубопроводів можуть досягати 4,5 м, замість колодязів роблять шахти. У них можуть влаштовуватися перепади, по яких транспортуються стічні води від мереж дрібного закладення в глибоко закладений колектор (рис.2.11).

Рис.2.11 Шахтний трубчастий перепад з водобійним колодязем

1 – глибоко закладений колектор; 2 – трубопровід, що підводить; 3 – стояк; 4 – сходи; 5 – поруччя, що обгороджують; 6 – водобійний колодязь.

Колектори великого діаметра можна використати в містах для сплаву снігу; у цьому випадку на мережі встановлюють спеціальні шахти, через які сніг скидається в каналізаційну мережу. Кількість снігу, що буде скидатися в каналізаційну мережу, визначається на основі теплотехнічних розрахунків (температура стічних вод не повинна бути нижче +5°С).

Перед початком робіт по монтажу колодязів необхідно: вирити котлован з недобором ґрунту до проектної позначки на 80…100 мм і забезпечити водовідлив із котловану; встановити по нівеліру дві інженерні обноски з врахуванням заданого уклону лотків і закріпити їх на відстані 35…40 м одна від одної; закріпити вісь колодязя.

Рис. 2.12. Послідовність будівництва залізобетонних колодязів:

а – підготовка дна котловану; б – опускання лоткового блоку в котлован; в – вирівнювання лоткового блоку; г – встановлення блока в робоче положення; д – спуск залізобетонного кільця; е – вирівнювання положення залізобетонного кільця на лотковому блоці.

Трубоукладник (рис. 2.12 а) лопатою зачищає дно котловану і закріплює чотири кілка по куткам котловану. Потім разом з іншим трубоукладником визначається величина зрізання ґрунту. З бровки траншеї подають щебінь в котлован, де його розрівнюють і ущільнюють. Потім приступають (рис. 2.12 б) до встановлення та вирівнювання лоткового блоку. Після того як з двох сторін лотка будуть прокладені труби, місця їх спряження з лотком заробляють і приступають до монтажу залізобетонних кілець (рис. 2.12 д,е).