Ключевые слова и понятия.

9.1. Коллектор

9.2. Главный коллектор

9.3. Станции перекачки

9.4. Выпуск

9.5. Схема канализации

9.6. Общесплавная система канализации

9.7. Раздельная система канализации

9.8. Полураздельная система канализации

9.9. Канал

9.10. Дождевая канализация

9.11. Дождеприемник

9.12. Приемный резервуар канализационной насосной станции

9.13. Обратный клапан

9.14. Патогенные микроорганизмы

9.15. Сапрофитные микроорганизмы

9.16. Аэробный процесс минерализации органики

9.17. Анаэробный процесс минерализации органики

9.18. Аэробы и анаэробы

9.19. Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

9.20. Постоянство или стойкость воды

9.21. Самоочищающаяся способность водоема

9.22. Решетки и сита

9.23. Песколовки

9.24. Жироловки, нефтеловушки, смолоуловители

9.25. Поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды

9.26. Биологические фильтры

9.27. Аэротенки

9.28. Электродиализ

9.29. Сорбция

9.30. Экстракция

9.31. Евапорация

9.32. Коагуляция

9.33. Флотация

9.34. Контактный резервуар

9.35. Гидроэлеватор

9.36. Метантенк

9.37.Первичный отстойник

9.38. Вторичный отстойник

9.39. Лоток Паршаля .

§1. Виды сточных вод.

В процессе жизнедеятельности человека образовывается большое количество всяческих отбросов, которые имеют ряд антисанитарных свойств: способны при некоторых условиях разлогаться с выделением плохопахнущих и токсических газов; могут быть продуктом питания для разнообразных мелких животных и микроорганизмов (возбудителей болезней), которые являются переносчиками инфекционных заболеваний, и т.д. Поэтому накопление загрязнений на территориях населенных пунктов и производственных предприятий недопустимо прежде всего исходя из условий санитарии и гигиены. Удаляют нечистоти с территории их образования специально оборудованным транспортом или сплавляют по специальным трубопроводам и каналам, разбавляя водой. Вывоз нуждается в огромном парке дорогих транспортных средств, которые для больших современных городов и больших производств экономически нецелесообразно. Относительно дешевым и санитарно оправданным является способ сплава, который на данное время очень распространен.

Нечистоти, разбавленные водой, называются сточными водами. Образование сточных вод городов и промышленных предприятий - результат загрязнения водопроводной воды при ее использовании. Вода загрязняется отходами хозяйственно-бытового и производственного происхождения. Кроме того, атмосферные осадки, которые стекают в сторону понижения территорий населенных мест и предприятий, также загрязняются всеми видами нечистот, которые находятся на поверхности территорий.

По происхождению сточные воды разделяют на три самостоятельных вида, которые характеризуются своими особенностями и свойствами: хозяйственно-фекальные, или хозяйственно-бытовые; производственные; талые (дождевые), или атмосферные.

Хозяйственно-фекальные воды образовываются в банях, прачечных, душевых, клозетах и других местах бытового назначения. В них определяется сравнительно постоянный состав и свойства. Это объясняется относительным постоянством степени благоустройства современных городов и предприятий, норм водоснабжения и условий питания населения.

Производственные воды загрязняются в процессе производства потерями исходного сырья, конечной и промежуточной продукции, технологическими реагентами и т.п.. Многообразие видов производств, технологических схем, сырья и местных условий служит причиной огромного разнообразия состава и свойств производственных сточных вод.

Атмосферные сточные воды характеризуются загрязнениями, которые являются специфическими для данного города, поселка, завода или фабрики, загрязнениями, которые зависят от географических, климатических и других особенностей мест их образования.

Состав и свойства сточных вод характеризуются физическими, химическими и микробиологическими особенностями примесей, которые преимущественно не дают возможности повторно использовать стоки для водоснабжения. Поступление огромного количества загрязнений в водоем резко изменяет естественные процессы, которые происходят в нем, т.е. изменяют флору и фауну, а это не дает возможности нормального использования воды в народнохозяйственных целях. Охрана и поддержание нормального санитарного состояния населенных пунктов и производственных предприятий возможные только при своевременном сборе, транспортировке, очистке и обеззараживании сточных вод.

Комплекс санитарно-гигиенических мероприятий и инженерных сооружений, предназначенных для решения этих задач, решается канализацией.

§ 2. Принципиальная схема канализации.

Канализация состоит из таких основных элементов: внутренних домовых или цеховых устройств (рассмотрено в Т-5 -Т-6); внешней внутриквартальной или заводской канализационной сети; уличной канализационной сети; насосных станций и напорных водоводов; сооружений для очистки сточных вод; сооружений и устройств для утилизации сточных вод или их выпуске в водоем.

Сточные воды отдельных домов или цехов собираются в дворовых, квартальных и заводских сетях и направляются в уличную сеть, которая представляет собой систему подземных трубопроводов, которые транспортируют стоки к насосным станциям или очистным сооружениям. Канализованная территория населенного пункта или предприятия делится на бассейны канализирования, т.е. площади, ограниченные линиями водораздела и естественными границами городов, заводов и др. (рис.9.1.).

Рис. 9.1. Схема канализации населенного пункта с промышленным предприятием.

Канализационные трубопроводы, которые собирают сточные воды из двух и более уличных линий, называются коллекторами (8.1). Сеть, расположенная в пределах территории завода (любого предприятия), называется заводской или внутриплощадочной.

Коллектор, который объединяет всю канализационную сеть населенного пункта или два и более коллекторов бассейна канализирования, называют главным (9.2). Сбрасывают сточные воды

преимущественно самотечно - подземными, проложенными с определенным уклоном трубопроводами. Если коллекторы сильно заглублены или самотечная транспортировка сточных вод невозможна, то устанавливают станции перекачки (9.3). Часто сточные воды из главного коллектора подают на очистные сооружения с помощью насосной станции.

Очистные сооружения предназначенны для изъятия примесей из сточной жидкости или для изменения состава и токсичных ее свойств, чтобы получить безвредные соединения, которые допускают возможность повторного использования или сброс очищенных сточных вод в водоемы. Они расположены ниже по течению реки относительно населенного пункта или предприятия, что устраняет загрязнение водоема в местах ее использования.

После прохождения очистных сооружений сточные воды в большинстве случаев отводят в водоем трубопроводом, который называется выпуском (9.4).

Сточные воды промышленных предприятий часто после очистки направляют на повторное использование или в систему оборотного водоснабжения, на сельскохозяйственные поля для орошения грунта (сточные воды предприятий пищевой промышленности и др.), в подземные резервуары и наземные сточные водоемы, где их выдерживают определенное время, на протяжении которого в них происходят естественные процессы доочистки воды (радиоактивные сточные воды и др.).

План территории, которую канализуют, с нанесенными на нем объектами канализирования называют схемой канализации (9.5). Эти схемы определяются размером канализованных площадей, рельефом местности, грунтовыми и гидрологическими условиями и др. Из большого количества разнообразных схем можно выделить простейшие.

Перпендикулярная схема, при которой сточные воды сбрасываются в водоем через коллекторы, которые прокладываются по нормали к берегу, без очистки. Длина коллекторов и их стоимость, минимальные. Эта схема более распространена для сброса атмосферных вод. Запрещается сброс стоков в водоем без очистки. Основы водного законодательства Украины сводит роль этой схемы в будущем как ко временной схеме на период первой очереди строительства канализации города или предприятия.

Пересеченная схема, по которой коллекторы, соединены по перпендикулярной схеме,

перехватываются главным коллектором, который прокладывается параллельно к берегу водоема. Эта схема применима для местностей с резко выявленным уклоном в сторону водоема и при необходимости очистки сточных вод.

Параллельная схема, при которой коллекторы, которые определяют длину сети, прокладывают более или менее параллельно реке вследствие значительных уклонов местности, Такую схему применяют при резком расхождении значений уклона канализационной сети, который определяется гидравлическим расчетом, с уклоном поверхности земли. Минимальная стоимость сети будет при равенстве этих уклонов, так как глубина залегания сети относительно постоянна. При расхождении значений уклонов глубина заложения сети резко будет увеличиваться в ее верхней или нижней части в зависимости от длины коллекторов и отношения величин этих уклонов, т.е. будет увеличиваться стоимость земляных работ, глубина и стоимость колодцев и др.

Зонная схема, при которой территорию канализирования разделяют на зоны, вследствие чего сточные воды с верхних зон на очистные сооружения поступают самотеком, а с нижних - через насосную станцию перекачки.

Децентрализованной схемой канализации называют канализацию, которая имеет несколько самостоятельных районных очистных сооружений. Такие схемы применяют при больших размерах канализованных площадей и неяркое выраженных рельефах или, наоборот, сильно пересеченных местностях.

При очистке сточных вод города на одном очистном сооружении схему канализации называют централизованной.

§ 3. Системы канализации.

Наличие нескольких видов (категорий) сточных вод, которые характеризуются разным составом и свойствами, расположение промышленных предприятий относительно населенных пунктов и другие местные условия диктуют выбор раздельной или общей транспортировки и обработки сточных вод разных категорий. Например, сточные воды некоторых предприятий пищевой промышленности составом и свойствами мало различаются от хозяйственно-бытовых сточных вод. В этом случае обе категории сточных вод можно транспортировать и обрабатывать вместе на одних очистных сооружениях.

Есть разновидности сточных вод, перемешивание которых недопустимо (выделяются взрывоопасные газы, образовываются ядовитые вещества и др.). их транспортируют отдельными сетями или предварительно обрабатывают, после чего их можно сплавлять вместе.

Условия поступления сточных вод в сеть, транспортировка и обработка разнообразных категорий вод определяют систему канализации. Существуют такие системы канализации.

Общесплавная, при какой все категории сточных вод сплавляются одной общей

сетью на очистные сооружения.

Раздельная, когда отдельные виды сточных вод (или группы вод с подобными свойствами) отводятся самостоятельными сетями на очистные сооружения. В раздельной сети канализации сточные воды каждой категории транспортируют отдельной сетью. Полураздельная (рис.9.2), при которой в местах пересечения сетей разного

назначения делают водосбросные камеры (ливнеспуски), что дает возможность перепускать грязные дождевые воды (первые порции дождевых вод) в бытовю сеть и отводить их единым коллектором на очистные сооружения, а при ливнях - сбрасывать, сравнительно чистые воды непосредственно в водоем.

а

Рис. 9.2. Схема полураздельной системы канализации:

а — система канализации; б — водосбросная камера; 1 — сеть бытовых вод; 2 — сеть производственно-дождевых вод; 3 — напорные трубопроводы; 4 — выпуск очищенных вод; 5 — водосбросные камеры; 6 — ливне-отводы; 7 — граница города; ГНС — главная насосная станция; ОС — очистные сооружения; II-II — промышленное предприятие.

Самая приемлемая общесплавная система канализации (9.6) (все стоки очищают). Тем не менее больщого объема очистные сооружения с полной нагрузкой работают только в ливни, и это служит причиной неоправданного роста капитальных расходов. Если на пути к очистным сооружениям часть воды в общесплавной канализации сбрасываются во время ливня в водоем через ливнеспуски, санитарная надежность системы падает, и это уменьшает расходы на производство.

Раздельную систему можно признать санитарно удовлетворительной. Стоимость основных сооружений при этом ниже, чем при других системах,это и предопределяет ее распространенность. Основной особенностью раздельной системы канализации это возможность поочередного строительства, т.е. прежде всего строится канализация для грязных сточных вод, а уже потом - для атмосферных сточных вод.

В некоторых больших городах делают комбинированную систему, когда в одних районах города действует общесплавная, а в других - полураздельная система канализации.

§4. Нормы и режим водоотведения.

Одной из основных требований к канализационным сооружениям пропуска расчетных расходов сточных вод на протяжении расчетного периода. Расчетный период действия канализации - это время, на протяжении которого канализационные сооружения будут перепускать расчетный расход воды без их реконструкции и расширения. Для населенных пунктов расчетный период действия канализации определяется на основании генерального проекта планирования и составляет обычно от 10 до 20 лет. Для уменьшения расходов канализационные сооружения строят поочередно. Сначала канализационную сеть для отвода сточных вод в районах расположения многоэтажных домов или промышленных предприятий. Очереди делят на этапы. На первом этапе строят самые необходимые сооружения, без которых отвод стоков за границы города невозможны.

Величину расчетных расходов определяют по расчетному количеству населения, нормам водоотведения, площадями и коэффициентами неравномерности.

Расчетное количество населения в городах зависит от назначения домов, их этажности и степени благоустройства. Его определяют по плотности населения, т.е. по количеству жителей на 1 га кварталов. Обычно для городов и поселков она равняется от 50 до 700, а иногда до 1000 чел/га.

Практически считают, что в канализацию поступает такое количество сточных вод, которая приблизительно равняется норме водоснабжения. Количество (в литрах) сточных вод, которые поступают в сутки в канализацию от одного жителя, называется нормой водоотведения. Величина ее для районов жилой застройки населенных городов принимается в пределах от 125 до 400 л/сут на одного человека согласно СНиП 2.04. 03-85. Для неканализированных районов - 25 л/сут на человека (из расчета сброса в канализацию стоков сливных станций и коммунально-бытовых предприятий).

К норме водоотведения входят стоки, которые поступают в канализационную сеть от жилых, общественных, культурно-бытовых и других учреждений, а также предприятий торговли и общественного питания. Норма водоотведения зависит от степени благоустройства домов, климатических и других местных условий. Для производственных предприятий она определяется количеством сточных вод, образуемых при производстве единицы продукции или при работе одного агрегата.

Потребление воды, а также и сброс стоков происходит неравномерно на протяжении года, месяца и суток. Ночью приток стоков меньше, чем днем, летом - больше, чем зимой. Колебания притока сточных вод в канализационной сети зависит от режима жизни населения, благоустройства жилой застройки, плотности населения и др. Большая неравномерность стока по часам суток - в городах с меньшим количеством жителей и низкой степени благоустройства жилищного фонда. Для больших городов с высокой степенью благоустройства неравномерность стока значительно меньше.

Чтобы точнее определить максимальную величину расчетного расхода водоотведения, строят графики часового притока сточных вод. Поскольку часы максимального расхода сточных вод от города и предприятия не совпадают, то общий расход от населенного пункта и предприятия определяется на основании суммирования расходов по часам суток.

Неравномерность поступления сточных вод характеризуется коэффициентами часовой и суточной неравномерности. Коэффициентом суточной (часовой) неравномерности называется отношение максимально суточного (часового) расхода сточных вод к средне суточному (часовому) расходу. Коэффициент часовой неравномерности определяется для суток с максимальным водоотведением. Произведение этих коэффициентов дает величину коэффициента общей неравномерности (обычно К_общ = 2, 2-1,10) в зависимости от значения средне секундного расхода сточных вод в канализационной сети, которое определяется по формуле:

q_ср =q_о* F

где q_о — модуль стока, л/сек с 1 га;

F -величина площади канализования, га.

Модулем стока называется количество сточных вод, которые поступают в канализационную сеть за 1 сек с площади 1 га:

, л/сек,

где а - норма водоотведения, л/сут на 1 человека;

р — плотность населения, чел/га.

Величина максимального расчетного секундного расхода вычисляется по формуле:

, л/с

Эта величина диктующая в расчете канализационной сети и других сооружений хозяйственно-бытовой канализации.

§5. Внешняя канализационная сеть.

На схеме канализационной сети всегда есть точки (одна или несколько), диктующая глубину заложения сети. Чем глубже заложена канализационная сеть, тем выше ее стоимость, поэтому глубину стремятся делать наименьшей. Устанавливая максимальную глубину заложения лотоков труб уличных сетей, необходимо оберегать трубы от замерзания и механического повреждения, а также глубины заложения выпусков из домов дворовой сети. Чтобы уменьшить глубину в диктующих точках по всей сети (если есть приемники сточных вод, глубоко залегающие), иногда предусматривают местные установки перекачки.

Наименьшую глубину заложения лотоков канализационных труб необходимо определять на основании опыта работы канализации в данном районе или в подобных условиях. Если такого опыта нет, то лотки труб диаметром до 500 мм укладывают на 0,3 м, а больших диаметров на 0,5 м выше наибольшей глубины промерзания грунта в районе прокладки труб, но не менее чем на 0,7 м до верха трубы, считая от планировочной отметки.

С увеличением диаметра количество сточных вод, которое протекают по трубопроводу, увеличивается, а это, учитывая дополнительную температуру стоков в любое время года, дает возможность прокладывать канализационные трубы в зоне промерзания грунта, но они должны быть заложены на глубине 0,7 м, до их верха, обеспечивая этим их от повреждения наземным транспортом.

Максимальная глубина заложения труб зависит от грунтовых условий, методов осуществления работ и т.д. Каждый раз их определяют технико-экономическим сравнением вариантов коллектора глубокого заложения и мелкого, но со строительством насосной станции. При открытом способе проведения работ обычно наибольшую глубину заложения труб в сухих грунтах берут 7-8 м, а в водонасыщенных, болотистых и скальных грунтах - около 4-5 м.

Рис. 9.3. Схема определения начальной глубины заложения уличной

водопроводной сети: 1 - уличная сеть; 2 - дворовая сеть.

На рис. 9.3. дана схема определения начальной глубины заложения уличной сети Н:

Н = h + и (L + l) - (z₁ – z₂) + Δd , м,

где h - глубина заложения дворовой трубы в самом дальнем колодце;

и — уклон дворовой или внутриквартальной сети на участках от колодца К1 к уличному колодцу ГК (городской канализации);

L + l - длина дворовой (квартальной) сети на участках от К1 к ГК, м;

z₁ и z₂ — соответственно отметки поверхности земли возле колодца на улице и возле самого дальнего колодца дворовой (квартальной) сети, м

Δd - перепад отметок между лотками выпуска дворовой (квартальной) канализации и уличной трубы в колодце ГК, м.

Уклон канализационной сети определяют по гидравлическому расчету. Величина гидравлического уклона влияет на величину скорости движения потока в канализационной сети.

Сточные воды загрязненные нерастворимыми веществами, имеют большой удельный вес, поэтому величину расчетных скоростей в канализационной сети необходимо определять, исходя из условия транспортирования этих примесей (песка, шлака и т.д.). Частички примесей могут перемещаться в зависшем состоянии по трубопроводу и лотку трубы.

Скорость, при которой начинается движение частички, называется незаиливающая. Скорость, соответствующая полному зависанию наиболее тяжелых примесей в сточных водах, называется самоочищающейся.

Рис. 9.4. Соединение канализационных труб в колодцах: а- соединение «по воде» для труб одинаковых диаметров: б - соединение «шелига в шелигу» для труб разных диаметров.

Минимальные значения расчетных скоростей должны быть равными самоочищающимся скоростям или и большими (например, для труб диаметром 150-250 мм самоочищающаяся скорость равняется 0,7 м/сек), причем для трубопроводов большого диаметра величина расчетной скорости должны быть большими.

Перепад отметок между лотками (Δd) при соединении труб колодца может быть осуществлен по двум методами: по уровню («как вода показывает») воды в трубах и «шелига в шелигу» (отметки верхних внутренних точек труб одинаковые) - рис. (9.4).

Расчет канализационных сетей связан с построением профиля, который является одной из основных звеньев проектно-сметной документации, необходимых при строительстве. На профиле коллекторов наносят расчетные точки, выписывают данные гидравлического расчета, указывают материал труб, расстояние между расчетными точками, показывают разрезы по грунтам, обозначают уровни грунтовых вод, все сечения с препятствиями (реками, оврагами), надземными и подземными сооружениями, трубопроводами и др. (аналогично построению профиля внутриквартальной канализационной сети, рассмотренной в Т-7).

5.1. Трубы, применяемые при устройстве канализации.

Самотечные трубопроводы ролкладывают из керамических (ГОСТ 286-82), бетонных, железобетонных (ГОСТ 6482.0-79 и 6482.1-79) и асбестоцементных (ГОСТ 1839-80) труб, а при соответствующем обосновании – из чугунных (ГОСТ 9583-75). Но в последнее время рекомендуются полиэтиленовые трубы (ГОСТ 18599-83, ГОСТ 22689-77, ТУ 19-307-86). Для напорных трубопроводов применяют железобетонные, асбестоцементные, чугунные и стальные трубы. Стальные трубы применяют для дюкеров, а также при строительстве в сложных условиях: при осадочных грунтах, или на территориях, с подземными выработками. Их нужно защищать как от внутренней коррозии, так и внешней. В нормальных условиях преимущество отдается неметаллическим трубам за их коррозийную стойкость.

Более подробно о трубах и канализационных колодцах приведено в описании внутриквартальной (дворовой) канализационной сети (Т-6). Только в уличной сети большие диаметры и глубины заложения. Минимальный диаметр условного прохода - 200 мм.

5.2. Каналы (9.9).

Коллекторы больших размеров (каналы) делают из кирпича, бетона, железобетона и-реже - из бутового камня.

По форме поперечного сечения каналы разделяют на круглые, расширенные (высота большая за ширину) и сжатые (высота меньше ширины). Форма поперечного сечения должна обеспечивать максимальную пропускную способность, максимальную прочность, минимальные строительные расходы, возможность наилучшей транспортировки примесей, удобство промывки и прочистки.

Рис. 9.5 Канализационный прямоугольный канал из сборных элементов:

1 - подготовка из щебня; 2 - подготовка из бетона марки «100»; 3 -стеновой блок ДС; 4 - блок перекрытия ; 5 - блок днища ; 6 - места стыковки и замоноличивания.

Выбор формы поперечного сечения зависит от гидрогеологических и грунтовых условий, наличия местных строительных материалов, величины и неравномерности изменений расходов сточных вод и вида нагрузок, которые действуют на канал.

Круглые, наиболее индустриальные в строительстве каналы применяют для транспортировки среднего количества сточных вод при самотечном и напорном режимах движения. Для коллекторов, которые залегают неглубоко, приемлемо полукруглое сечение, сжатые сечения - при значительной производительности и неблагоприятных гидрологических условиях. Открытые сети имеют прямоугольное и трапециедальное сечение.

Во многих городах Украины распространенные каналы прямоугольного поперечного сечения из сборных железобетонных элементов (рис. 9.5.). На каналы больших размеров действуют большие статические силы, а если эти каналы расположены под проезжей частью улицы - и динамические, которые нуждается в установке под каналами мощных основ, которые имеют большую площадь опоры, особенно в слабых грунтах. Применение сборных железобетонных элементов дает возможность строить каналы индустриальным методом. Конструкция сборного железобетонного коллектора зависит от его размера и способов проведения работ. Широко применяются конструкции каналов, свод которых выполнен со сборных железобетонных блоков, а основа - из кирпича, бута, бетона или бутобетона. Сборные блоки могут быть двух видов: двухшарнирные (сплошные по ширине) и трехшарнирные - своды состоят из двух частей.

Если неблагоприятные геологические условия, значительные глубины заложения, а иногда и городские сооружения на трассе коллектора не дают возможности прокладывать открытые каналы, то применяют бестраншейное строительство (прокол, проход, щитовая проходка и др.). Наиболее применяем при сооружении больших коллекторов метод щитовой проходки. Разрабатывают грунт в щите вручную или с помощью специальных механизмов. Давление окружающих пород берет на себя щит, защищая рабочих, которые находятся в забое. Щит (Рис. 9.6) по мере разработки грунта передвигают с помощью гидравлических домкратов. Тело канала составляют из отдельных блоков-тюбингов. В пространство между телом коллектора и грунтом заливают цементный раствор. Внутри круглой футеровки (тела) может быть оборудован лоток нужной формы поперечного сечения.

Рис. 9.6. Коллектор полукруглого сечения, выполненный при щитовом способе

ведения работ:

1- керамические или бетонные блоки; 2 - бетон; 3 - цементный раствор,

заливаемый в блок; 4 - штукатурка с железнением поверхности.

5.3. Внешняя дождевая канализация (8.10).

Внешняя дождевая канализация предназначена для своевременного отвода атмосферных осадков, которая попала на территорию городов или промышленных предприятий, не допуская затопление улиц и подвальных помещений во время ливней.

Различают три основные системы дождевой (ливневой) канализации:

- открытая система, при которой атмосферные воды отводят через сеть открытых каналов, кюветов и уличных лотков;

- закрытая система, которая состоит из сети подземных труб - водостоков;

- совмещенная система, которая представляет комбинацию открытой и закрытой систем.

Открытые дождевые сети (уличные лотки, дорожные кюветы и водоотводные канавы) применяют в открытых районах и незастроенных территориях промышленных предприятий, а для населенных мест - в небольших городах и поселках..

Закрытые сети делают на застроенных территориях промышленных предприятий, в средних и больших городах, а также на площадях и магистральных улицах независимо от размера населенного пункта. В закрытую систему водостоков входят дождеприемники, сеть труб и колодцев и выпуск в водоем. Делают закрытую водосточную сеть обычно под проезжими частями улиц.

Совмещенные сети применяют в населенных пунктах любого размера и на территориях промышленных предприятий в зависимости от вида застройки, проездов и др.

II- II

Рис. 9.7. Дождеприемник: 1- железобетонные стены колодца; 2 - глиняный гидроизоляционный замок; 3 - лоток дождеприемника; 4 - бетонная подготовка; 5 - арматуры; 5 - колодец.

Дождеприемниками (9.10). называют специальные колодцы для приема в сеть

поверхностного стока.

Это прямоугольные или круглые колодцы из бетона или кирпича, которые перекрываются чугунной или стальной приемной решеткой (Рис. 9.8). Дождеприемники должны быть расположенные так, чтобы проезжую часть и тротуары

во время ливней не заливало водой. Расстояние между дождеприемниками зависит от продольного уклона улицы и схемы канализования дворовых (квартальных) и микрорайонных территорий. Приемные решетки дождеприемников для лучшего перехватывания воды, которая движется по лотку, образованному бордюром и проезжей частью улицы, располагаются на 2-5 см ниже дна.

Со сборной сетью дождеприемники обычно соединяются трубопроводом из керамических или бетонных труб диаметром не менее чем 200 мм и не более чем 40 м длиной, чтобы предотвратить засорение и замерзание.

При диаметре труб коллектора 400 мм и больше может быть осуществлено безколодезное соединение ветки. В этом случае длина ее должна быть не больше чем 15 м, а скорость течения-воды в коллекторе - не менее чем 1 м/сек.

Для водостоков применяют те же трубы, которые и для сетей хозяйственно-бытовой канализации. Водостоки, учитывая периодичность их действия, можно закладывать приблизительно на 0,5 м выше от линии промерзания грунта при глубине заложения основы дождеприемника не менее чем 0,8 м. В отличие от канализационных колодцев, нижняя часть водосточных колодцев чаще всего бывает прямоугольной, так как круглая форма при больших диаметрах неудобная для соединения с трубами. Собранные с территории канализования атмосферные сточные воды, при современной постановке задачи охраны природы согласно Основам водного законодательства Украины, должны направляться на обработку на специальные городские или производственно-ливневые очистные сооружения.

§ 6. Канализационные насосные станции.

В практике канализации приходится перекачивать сточные воды из коллекторов, которые имеют большое заглубление, к очистным сооружениям; из коллекторов глубокого заложения в коллекторы меньшей заложения; с одного бассейна канализования в другой (рис.9.8). Это осуществляют канализационные местные, районные и главные насосные станции; какая именно станция - определяется канализованной площадью.

Рис. 9.8. Схема перекачки сточных вод:

а - на очистные сооружения; б - из заглубленного коллектора врасположенный выше; 1- самотечный коллектор; 2 - приемный резервуар с решеткой; 3 - машинное отделение;

4- напорный водовод; 5- очистные сооружения.

Насосные станции бывают круглые и прямоугольные в плане в зависимости от метода строительства. В слабых грунтах при высоком уровне грунтовых вод и глубоком заложении сети обычно сооружают круглые насосные станции, построенные по методу опускного колодца. Прямоугольные в плане насосные станции делают по открытому способу.

Высота, пола в машинном зале, определяет вид насосной станции: надземная, подземная или полузаглубленная. При насосных станциях делают приемные резервуары, которые предназначены для устранения неравномерности притока на станцию сточных вод. Конструктивно насосные станции делают раздельными (рис.9.8. а) или совместными с приемным резервуаром ( 9.12) (рис.9.8 б).

Приемные резервуары насосной станции оборудуют решеткой, из-за которых процеживается поступающая сточная вода.

Задержанные на них отбросы направляют на дробилки, после чего сбрасывают в канализационный лоток перед решеткой. Величина прозоров решетки зависит от типа насоса и обычно берется 4-100 мм. Различают решетки с ручной и механизированной очисткой от задержанных отбросов. После решетки сточную жидкость насосами подают в напорный трубопровод. Количество, производительность и тип насосов зависит от режима и величины притока сточных вод, режима работы насосной станции и вида стоков, которые их перекачивают, а также от нужной высоты поднятия воды.

Уменьшение строительной стоимости насосной станции, достигают уменьшением размеров приемного резервуара, возможность работы насосных агрегатов в режиме, близкому к режиму притока. Для бесперебойной работы станции устанавливают резервные насосы, а электропитание осуществляют по двум независимым вводам (фидерах).

При согласовании с Государственного санитарной инспекцией в приемном резервуаре может быть предусмотрен аварийный выпуск сточных вод в водоемы или тальвеги.

Подземную часть насосной станции обычно делают из бетона или железобетона с внешней гидроизоляцией на 0,5 м выше от уровня грунтовых вод. Надземную часть чаще строят из кирпича или шлакоблоков со сборным железобетонным перекрытием.

Трубопроводы в пределах станции располагают в каналах, которые перекрываются металлическими или железобетонными (редко) плитами, под полом или на консолях по стенам сооружения.

В приемном резервуаре предусмотрена вентиляция (З- 5-разовый обмен воздуха).

Пуск и остановка насосных агрегатов обычно осуществляются автоматически в зависимости от уровня жидкости в приемном резервуаре с помощью поплавковых и других реле.

Каждый насосный агрегат необходимо оборудовать самостоятельной всасывающей линией, на которой при насосе «под. залив» устанавливают заслонку. На напорных трубопроводах устанавливают выключающие и переключающие заслонки и обратные клапаны (9.13). Напорные линии делают в две нити.

Насосные станции для перекачивания производственных сточных вод, которые содержат вредные и взрывоопасные смеси и газы, строят с резервуарами, которые стоят отдельно; все электрооборудование должно быть во взрывоопасном исполнении. Материал труб и насосов подбирают в зависимости от состава и свойств жидкости, которую перекачивают.

Станции с незаливными насосами оборудуются вакуумными насосами. Насосные станции должны быть оборудованны, кроме насосов, эжекторами и другими устройствами для удаления воды с пола машинного отделения, подъемно-транспортными устройствами и механизмами, контрольно-измирительной аппаратурой (указатели уровня воды в резервуаре, расходометры, манометры, вакуумметры и др.).

Рис.9.9. Насосная станция с пропеллерными насосами для перекачкия дождевых и грунтовых вод:

1 - электродвигатель с вертикальным валом; 2 - пропеллерный насос; 3 - решетки.

Атмосферные сточные воды поступают в большом количестве лишь на протяжении нескольких дней или даже часов, поэтому перекачка дождевых вод производится только в крайнем случае.

Обычно при малой высоте подъема дождевых вод при перекачки целесообразно применять пропеллерные насосы, которые характеризуются большой производительностью и малыми рабочими напорами. Чтобы предотвратить попадание в насосы мусора больших фракций, перед насосом устанавливают решетки с прозорами 40-60 мм.

На рис.9.9 показана в разрезе насосная станция для перекачкия ливневых и грунтовых вод. Станция целиком автоматизирована и оборудована пропеллерными насосами.

Пруд выполняет роль приемного резервуара, который периодически очищают в сухую погоду от осадков. Сборным резервуаром дождевых вод иногда может быть водосточная сеть больших размеров.

§ 7. Очистка сточных вод.

7.1. Состав и свойства сточных вод.

Примеси, которые содержатся в сточных водах разных категорий, по происхождению делятся на органические ( 60-75%) и минеральные. Органические и минеральные примеси могут находиться в стоках в грубодисперсном, колоидно-растворенном и растворенном состоянии. К минеральным примесям принадлежат: песок, глинистые частички, шлаки, растворимые в воде соли, кислоты, щелочь.

Органические примеси бывают растительного (остатки растений, плодов, бумага, растительные масла и др.) и животного (физиологические выделения людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей животных, органические кислоты и т.д.) происхождения.

Количество и виды примесей определяют условиями образования сточных вод. Хозяйственно-фекальные воды содержат грубодисперсные (взвешенные) вещества в количестве 35-40 г/сут, колоидно-растворенные- 10-25г/сут и растворенные - 40-50 г/сут в пересчете на одного человека. Бактериальное загрязнение хозяйственно-фекальных сточных вод огромно. Так, на каждые 1000 м3 сточных вод приходится свыше 400 л микроорганизмов. Микроорганизмы, которые содержатся в сточных водах, делятся на патогенные и сапрофитные.

Патогенные микроорганизмы (8.14) (возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др.) ведут паразитирующий образ жизни и являются переносчиками инфекционных заболеваний. Сапрофитные микроорганизмы (8.15)(кишечная палочка коли, уробактерии и др.) безвредные для человека и животных и не являются переносчиками заболеваний.

Сточные воды городов загрязненны яйцами гельминтов (глистов) - до нескольких сотен на 1 л и разными грибами в виде плетений тончайших нитей или в виде спор.

Большая часть грубодисперсных веществ способны к осаждению. Вхозяйственно-фекальных сточных водах количество нерастворенных веществ сравнительно постоянная и равняется 65 г/сут на одного человека, из них 40 г могут осаждаться при отстаивании. Некоторые примеси сточных вод представляют большую ценность для народного хозяйства. Это жиры и витамины, азот, калий, фосфор, которые входят в состав органических загрязнений и нужны для питания растений.

Сточные воды некоторых предприятий загрязнены соединениями хрома, никеля, кадмия и др., выделение которых из сточных вод экономически целесообразно.

Вещества органического происхождения имеют свойство загнивать, отравляя грунт, воду и воздух. Сложная химическая структура их не может быть переработана растительными организмами. Поэтому при использовании их как удобрения необходимо разлагать сложную химическую структуру органической примеси на более простые химические соединения - минеральные. Минерализация (окисление) органических веществ возможная в аэробных и анаэробных условиях. Аэробный процесс минерализации органики (9.16). происходит в присутствии воздуха. При анаэробной

минерализации на окисление органических веществ идет кислород из разных соединений. Этот процесс происходит очень медленно с выделением веществ с неприятным запахом и вредных газов. Процесс минерализации органических веществ происходит при содействии микроорганизмов-минерализаторов, которые в зависимости от условий минерализации делятся на аэробы и анаэроби (9.18).Степень загрязнения сточных вод органическими веществами может быть определено количеством кислорода, необходимого для их окисления с помощью аэробных микроорганизмов, т.е. по биохимической потребностью в кислороде (БПК) (9.19). БПК определяют по количеству кислорода в граммах на 1 м³ (г/м³) или в миллиграммах на 1 л (мг/л). Полное окисление органических веществ при температуре 20° С длится не менее 100 дней. Для удобства лабораторных исследований довольно определить количество кислорода, израсходованного на минерализацию органических веществ за 5 или 20 суток, т.е. определить БПК₅ или БПК₂₀. Зная БПК₅, можно определить БПК₅ и БПК₂₀.

Степень загрязненности сточных вод кислотами и щелочами определяют по показателю «реакции воды» рН. Этот показатель имеет большое значение при выборе нужных материалов для сети и сооружений. Реакция воды очень сильно влияет на ход процессов минерализации. В некоторых случаях перед подачей сточных вод на очистные сооружения необходимо их нейтрализовать. Городские сточные воды обычно имеют рН = 7, 2-7,5 (т.е. малощелочную реакцию). В стоках есть растворенный кислород, а также кислород, который входит в состав некоторых соединений, которые загрязняют воду. Он идет на окисление органических веществ частично или целиком, после этого в воде начинаются процессы гниения с выделением газообразных продуктов (метана, сероводорода и др.).

Соотношение между общим содержанием кислорода в воде и БПК органических примесей в том же объеме, показанное в процентах, называют постоянством или стойкостью воды. При стойкости 50% загнивание начинается на третий день, и при стойкости 99% - на 20-и день. Степень бактериального загрязнения сточных вод определяют по « коли-титру» или « коли-индексу» (см. раздел Т-8). Для хозяйственно-фекальных сточных вод « коли-титр» обычно не превышает 0,000001. На некоторых предприятиях сточные воды загрязненны радиоактивными веществами.

7.2. Условия сброса сточных вод в водоем. Принципы определения степени очистки сточных вод.

Как и в любой воде, в водоеме содержится определенный запас растворенного кислорода, который может быть частично использован для минерализации органических веществ при сбросе сточных вод. Таким образом очищаются сточные воды. Это явление называют самоочищающейся способностью водоема (9.21), и зависит оно от степени разбавления сточных вод в водоеме, от температуры, продолжительности пребывания в водоеме, от флоры и фауны ее и др. Это облегчает процесс очистки сточных вод на очистных сооружениях перед сбросом их в водоем. При этом необходимо иметь в виду, что кислород водоема идет на естественные процессы ее фауны и на окисление имеющихся здесь органических веществ, а также возможное использование водоема в народнохозяйственных и культурно-бытовых целях.

Сброс в водоем стоков с общим содержанием загрязнений, превышающих то количество котороеможет переработаться при естественном самоочищении водоема, способствует ее загрязнение. Водоем, может стать непригодной для использования. Отвод сточных вод у водоема регулируется Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Условия сброса сточных вод в водоем определяют с учетом их разбавления и самоочищения с тем, чтобы этой водой можно было пользоваться уже через 1 км от места сброса стоков.

Различают два вида водопользования:

1) для питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых предприятий;

2) для купания и отдыха населения.

Водоемы, которые используются для рыбохозяйственных целей, также делятся на два вида: используемые для воспроизведения ценных пород рыбы; остальные рыбохозяйственные водоемы. При выпуске стоков непосредственно в водоем рыбохозяйственного значения нормативные условия определяют для воды в месте выпуска. Установленны такие показатели состава и свойств воды водоема (и для смеси вод водоема и стоков).

Растворенный кислород. В водоеме количество растворенного кислорода должно быть не более <4 мг/л (г/м³)в любой период года в пробе, взятой до 12 часа дня. Биохимическая потребность в кислороде при 20° С не должна превышать 3 и 6 мг/л (Цифровые данные приведенны в качестве примера для водоемов питьевого (первое число) и культурно-бытового водопользования (второе число)

Взвешенные вещества. Содержимое их должно возрастать не более чем на 0,25 и 0,75 мг/л (г/м³). Интенсивность запахов и привкусов не должна быть больше чем 2 балла. Окраска не должно замечаться в столбике воды выше 20 и 10 см. Реакция воды должна быть в пределах от 6,5 до 8,5. Температура воды водоема не должна повышаться летом более как на 3^в С сравнительно с максимальной температурой года и др.

Итак, на очистных сооружениях сточная жидкость должна быть очищена до такой степени, чтобы вода водоема после смешивания со стоками, сброшенными в него, по указанным параметрам не выходила за пределы, которые требуются. Степень очистки сточных вод определяют по взвешенным веществами, балансом кислорода, БПК, рН, температурой и др. Ниже приведен пример определения степени очистки по взвешенным веществами. На очистные сооружения поступает расход q (м³/сек) сточной жидкости с концентрацией взвешенных веществ а (г/м³). После очистных сооружений, считая, что потерь воды не было, т.е. расход q — постоянен, концентрация взвесей в очищенных сточных водах должны быть х (г/м³). Концентрация взвешенных веществ в смеси воды сточной и водоема с расходом Q (м3/сек) не должна увеличиться более чем на 0,25 (для первого вида водоема водопользования).

Таким образом, если концентрация взвесей в реке b (г/м³), то наиболее допустимое количество взвесей в воде водоема плюс сточные воды равняется: (Q + q) • (b+ 0,25).

К расчетному сечению (створа) реки поступает от очистных сооружений q • хвзвешенных веществ, в воде водоема — Q • bвзвесей.

Составляем уравнение баланса:

Q • b+ q • х = (Q + q) • (b+ 0,25)

из которого находим х — конечное значение концентрации взвешенных веществ после станции очистки.

Степень очистки по взвешенным веществам в процентах может быть определена так:

По другим параметрам степень очистки определяют аналогично, но, учитывая то, что от места сброса сточных вод к расчетному створу органическая примесь окисляется (БПК уменьшается), при этом изменяется и содержимое кислорода в водоеме. В этом процессе большое значение имеет явление естественного растворения кислорода воздуха в воде. Сначала (по течению от места сброса сточных вод) количество растворенного кислорода уменьшается благодаря интенсивному потреблению его на минерализацию. В это время интенсивность растворения кислорода воздуха в воде возрастает. Дальше она постепенно начинает опережать интенсивность его потребления, которое объясняется небольшими значениями БПК, которая все более уменьшается, и приводит к недостатку кислорода в воде. В результате от места выпуска количество кислорода в водоеме (плюс сточные воды) по течению уменьшается к минимуму, а потом возрастает.

Сточные воды должны быть очищены до такой степени, чтобы после их сброса в водоем минимальное количество растворенного кислорода в воде превышал наименьшую допустимую для данного водоема величину. Сточные воды, которые прошли очистные сооружения, каналами или трубами направляются к месту спуска их, где через береговой колодец и выпускной оголовок сбрасывается в водоем. Поскольку степень разбавления сточных вод в водоеме играет большую роль в самоочищающей ее способности, то при введении сточных вод стремятся, чтобы по возможности большее количество воды водоема принимала участие в перемешивании со стоками. Для этого применяют разнообразные конструкции выпусков. Наиболее распространенная из них - рассеивающий выпуск.

7.3 Методы очистки сточных вод.

Очищення стічних вод здійснюють механічним, біологічним, хімічним і фізико-хімічним способами.

Механічне очищення роблять для виділення зі стічної води грубодисперсних забруднень проціджуванням, центрифугуванням, обробкою на гідроциклонах, устоюванням і фільтруванням води. Великі домішки затримуються при проціджуванні води через грати і сита (9.22). При устоюванні важкі частинки випадають, а легкі

спливають на поверхню.

Для механічного очищення застосовують такі споруди:

— піскоуловлювачі (9.23) (затримують завислі мінеральні частинки, переважно пісок);

відстійники (відділяють основну масу дрібнішої за­висі, переважно органічного походження);

— жироуловлювачі, мастилоуловлювачі, смолоуловлювачі (9.24) (для виділення з виробничих стічних вод жи­рів, мастил, нафти, смол і т. ін.).

Стічні води вивільняють від завислих частинок дріб­ної суспензії фільтрацією води крізь спеціальні сітки або шар зернистого матеріалу. Фільтруванням головним чи­ном очищають виробничі стічні води.

Біохімічні методи очищення мають метою змінити структуру органічних речовин, що містяться в стічних водах у вигляді тонких суспензій, колоїдів і роз­чинів, за допомогою мікроорганізмів-мінералізаторів. Для біологічного очищення застосовують окислювачі — споруди з природними умовами мінералізації і штучно створеними. До перших належать поля зрошення, поля фільтрації і біологічні стави. До других — біологіч­ні фільтри (9.26) та аеротенки (9.26). У спорудах другого виду про­цеси окислення органічних речовин

проходять інтенсив­ніше.

Бактеріальні забруднення перед скиданням стічних вод у водойми знищують дезинфекцією.

Хімічне очищення ґрунтується на хімічній взаємодії реагенту, що його вводять у стічні води, і за­бруднення. Реагент перетворює розчинні сполуки в не­розчинні (або розчинні, але нешкідливі), змінює реакцію води, сприяє повнішому виділенню нерозчинних, колоїд­них і розчинних домішок. Хімічні методи застосовують переважно для виробничих стічних вод. До хімічного очищення стічних вод можна віднести електродіаліз (9.28), що полягає в окисленні одних забруднень за рахунок від­новлення інших (зокрема, іонів водню) при пропусканні електричного струму через розчини.

До фізико-хімічного очищення стічних вод входять сорбція, екстракція, евапорація, коагуляція і флотація. Це основні методи фізико-хімічного оброблен­ня виробничих стічних вод.

Сорбція (9.29)— виділення зі стічної рідини розчинених у ній речовин і газів при концентрації їх на поверхні твер­дого тіла (адсорбція), в об'ємі твердого тіла (абсорбція) або при хімічній взаємодії розчинених домішок з твер­дим тілом (хемосорбція). Процес сорбційного очищення проходить так: у стічну воду подають подрібнений сорбент (наприклад, активоване вугілля), який при перемішуванні з водою концентрує домішку, а потім разом з нею механічно видаляється із стічної рідини.

Екстракція (9.30)— поділ концентрованої домішки розчиненням її в екстрагенті (речовині, нерозчинній у воді, але такій, що інтенсивно розчиняє домішку). Інтенсифікація цього процесу забезпечується ретельним добором пар екстрагент — екстрагована (тобто розчинювана) рідина (оцтова кислота, фенол та ін.). Наступний поділ відпрацьованого екстрагенту і стічної рідини досягається устоюванням при великій відмінності їх питомих ваг.

Евапорація (9.31)— відгін з водяною парою домішок, що забруднюють воду. Процес полягає в тому, що стічну рідину попередньо нагрівають і в спеціальних евапораційних колонах продувають перегрітою парою, що виносить леткі речовини — забруднювачі води (фенол, анілін та ін.).

Коагуляція (9.32) — оброблення стічних вод реагентами, в результаті чого завислі і колоїдні речовини зсідаються у пластівці, які сорбують нерозчинні тонкодисперсні

речовини

Флотація (9.33) — виділення зі стічних вод домішок наданням їм плавучості за допомогою пухирців повітря, що продувається через товщу стічної рідини.

Перші три методи фізико-хімічного очищення стічних вод застосовують, коли треба виділити з них цінні речовини (при належному техніко-економічному обґрунтуванні), тобто якщо одержуваний в результаті очищення товарний продукт покриває експлуатаційні витрати.

Наведені вище способи очищення стічних вод залежно від складу домішки і її властивостей можна застосовувати як самостійні (остаточні) або несамостійні (кінцеві, проміжні або попередні) етапи оброблення води в різних комбінаціях. Останнє особливо стосується виробничих стічних вод. Наприклад, при нейтралізації кислих стічних вод устоюванню (механічному очищенню) передує хімічна нейтралізація.

Господарсько-фекальні стічні води звичайно очищають на спорудах механічного і біологічного очищення. Іноді обмежуються лише механічним обробленням (при випуску стічних вод у моря). Господарсько-фекальні води знезаражують обов'язково.

Механічне очищення стічних вод супроводжується утворенням мінеральних і органічних осадів. Мінеральні осади звичайно обробляють з метою зменшення вологості (підсушують). Органічні осади обробляють біохімічними способами для зміни їх властивостей (підсушують і спрямовують на утилізацію). Органічні осади господарсько-фекальних стічних вод мають цілий ряд несприятливих властивостей: сирий (необроблений) осад має велику вологість (95—99%), пластівцевоподібну пухку структуру, що погано віддає вологу; складну хімічну структуру, що не перероблюється рослинними організмами; нетранспортабельний. Після анаеробної мінералізації осад, маючи зернисту мінеральну структуру, легко підсушується, може бути використаний як добриво, транспортабельний. Обробляють органічні осади у септиках, двоярусних відстійниках і метантенках. Перші дві споруди виконують роль відстійників і анаеробних окислювачів. Метантенки призначені тільки для мінералізації (зброджування) осаду.

Зменшити вологість органічних опадів сті