Перед началом проектирования хозяйственно-бытовой канализации существующего1 или реконструируемого населенного пункта создается комиссия по определению объема работ по проектированию системы канализации в составе автора проекта, главврача санэпидстанции или его уполномоченного, представителей госводхоза, горкоммунхоза, горисполкома, управления архитектуры и электрохозяйства города.
Под системой канализации понимают систему сооружений, состав которых назначается в зависимости от способа удаления сточных вод, выбираемого с учетом местных условий и согласно технико-экономической целесообразности. Системы канализации в зависимости от того, как собираются и отводятся сточные воды, делятся на общесплавную, раздельную, неполную раздельную, полу раздельную и комбинированную.
Перед началом гидравлического расчета и конструирования канализационная сеть и коллекторы разбиваются на расчетные участки. Расчетным называют участок сети, в котором расход и уклон являются постоянными (неизменными). Длина этого участка не регламентируется и зависит от длины кварталов или от расположения объектов с большими сосредоточенными расходами. Кроме того, в большинстве случаев величина расчетного участка зависит от трассировки дворовых и внутриквартальных сетей.
Бытовую канализационную сеть рассчитывают на частичное заполнение труб. Это делается для того, чтобы обеспечить удаление из сети вредных и взрывоопасных газов, а также для получения некоторого запаса в сечении труб, рассчитанного на неравномерное поступление сточных вод.
Расчетный расход сточной жидкости в начальных участках внутриквартальной и уличной сети невелик и мог бы отводиться трубами малого диаметра. Однако многолетний опыт эксплуатации [24] показал, что засорение уличной сети труб диаметром 150 мм в два раза больше, чем в трубах диаметром 200 мм, что вызывает значительные эксплуатационные расходы. Разница же в стоимости укладки труб диаметром 150 и 200 мм незначительна. Для удобства прочистки и во избежание частого засорения труб СНиП установлены следующие минимальные диаметры для бытовой канализации: уличной — 200 мм внутриквартальной — 150 мм.
При напорном режиме канализационный трубопровод работает полным сечением. Расчет напорных трубопроводов, дюкеров, илопрсводов сводится к выбору диаметра труб, определению потерь напора на трение. Диаметр трубопроводов определяют по формуле равномерного движения в зависимости от расчетного расхода ц, принимая экономическую скорость течения V.
Гидравлический расчет самотечной канализационной сети и коллекторов производится по специальным таблицам или формулам, а результаты записываются в форму табл. 3. Расчет .сводится к определению Диаметров трубопроводов, уклонов и скоростей сточных вод по расчетному расходу.
В зависимости от назначения смотровые колодцы делятся на линейные, поворотные, узловые и контрольные.Кроме того, применяют промывные и перепадные колодцы. Колодцы выполняют по типовым чертежам [22, 23].
При проектировании и строительстве канализационных сетей часто приходится пересекать реки, овраги, судоходные и водосточные каналы, железные дороги, автострады, трамвайные пути. В таких местах устанавливают дюкеры, эстакады и переходы. На судоходных реках и водоемах трасса дюкеров должна согласовываться с управлением пароходства.
Если рельеф местности не позволяет осуществить подачу сточных вод на очистные сооружения самотеком, устраивают насосные станции перекачки. Кроме того, насосные станции устраивают также для того, чтобы избежать большого заглубления коллектора. В этом случае сточные воды из заглубленного коллектора подаются в другой, расположенный выше.
Более распространен и широко применяется открытый способ, или как часто его называют —траншейный. При этом способе производится разбивка канализационной сети на местности по данным проекта. Положение трубопровода в плане определяется трассой прокладки, а в вертикальной плоскости — продольным профилем.
При выборе метода очистки сточных вод и типа сооружений необходимо произвести химический и бактериологический анализы сточных вод и определить их состав.Для установления бактериологических загрязнений производится бактериологический анализ сточных вод, которым определяется наличие в воде особого вида бактерий — группы кишечной палочки (бактерии «Coli»): коли-титр (наименьшее количество воды в м/л, в котором содержится одна кишечная палочка), коли-индекс (число кишечных палочек в 1 л воды).
Условия спуска сточных вод в водоем регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» Министерства здравоохранения СССР. Целью этих Правил является предупреждение и устранение загрязнения сточными водами рек, ручьев, водохранилищ, озер, прудов и искусственных каналов.
Необходимая степень очистки сточных вод определяется применительно к общесанитарным, органолептическим и к каждому из нормативных показателей вредности.Степень очистки сбрасываемых в водоем сточных вод в основном определяется по следующим показателям: по количеству взвешенных веществ, допустимой величине БПК, растворенному в водоеме кислороду, температуре водоема, допустимой концентрации вредных веществ.
Современные методы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод сводятся к трем видам: механическому, химическому, биологическому.Механическая очистка сточных вод заключается в удалении из воды нерастворимых примесей. Необходимая степень очистки устанавливается в зависимости от санитарных требований к сбрасываемым в водоем очищенным водам, что определяется расчетом в зависимости от санитарного состояния водоема.
Процеживание производится через решетки или сита -в зависимости от величины и гидравлических свойств выделяемых частиц. В последнее время применяют комминуторы (специальные решетки с дроблением).Решетки бывают подвижные и неподвижные. При очистке малых и средних количеств сточных вод используют неподвижные решетки, остов которых наглухо закреплен в неподвижной раме.
Наиболее эффективными являются горизонтальные песколовки.Тип песколовок выбирается с учетом рекомендаций СНиП [23].Осадочную часть песколовки определяют по количеству песка, задерживаемого в единицу времени. В нормально работающих горизонтальных песколовках можно осадить 65—75% всех минеральных загрязнений, содержащихся в сточной воде. Очищают песколовки от песка различными способами. При малых расходах сточных вод на очистной станции освобождение песколовки от задержанного песка производится ручным способом. Если количество песка, задержанного в песколовке, достигает более 0,5 м3 в сутки, то его удаляют механическим способом.
По расчетной скорости и расходу сточных вод определяют габариты нефтеловушки и продолжительность отстаивания. Нефтеловушки работают по принципу отстойников, в которых частицы нефти не оседают на дно, а всплывают на поверхность.
В процессе очистки сточных вод на очистных сооружениях скапливается значительное количество осадков. Неорганический осадок обезвоживают и вывозят в специально отведенные места. Органический осадок сбраживают, обезвоживают, а затем используют в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Для сбраживания органического осадка в зависимости от местных условий и схемы очистной станции применяются двухъярусные отстойники, осветлители-перегниватели, двухъярусные септики и более совершенные сооружения — метантенки. Иногда осадки перед загрузкой в метадтенки уплотняют. Часто уплотнители применяют при избытке активного ила на станциях аэрации.
В качестве илоуплот-нителей применяют вертикальные или радиальные отстойники.Диаметр уплотнителя можно определить, зная Люлез и количество уплотнителей, по формуле (112).
Метантенки представляют собой цилиндрические или прямоугольные железобетонные резервуары с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которых собирается газ (рис. 29). Применяются они для сбраживания органического осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила из вторичных отстойников.
Иловые площадки. Это спланированные участки земли (карты), окруженные со всех сторон земляными валиками (рис. 30). Иловые площадки устраивают на естественном или искусственном основании. Если почва хорошо фильтрует воду (песок, супесь) и грунтовые воды находятся на большой глубине, иловые площадки планируют на естественных грунтах. При неглубоком залегании грунтовых вод (до 1,5 м) для отвода фильтрата устраивают специальный дренаж. Иногда, во избежание загрязнения грунтовых вод, площадки строят на искусственном основании.
Сооружения биологической очистки сточных вод в естественных условиях являются более эффективными по сравнению с сооружениями биологической очистки в искусственно созданных условиях (табл. 12). Поэтому при подходящих для этого геологических и гидрогеологических условиях местности и наличии соответствующих земельных участков в первую очередь следует применять биологическую очистку в естественных условиях. К сооружениям такого характера относятся поля орошения, фильтрации и биологические пруды.
Биологические пруды (рис. 34) представляют собой каскад прудов, состоящий из 3— 5 ступеней, через которые медленно протекает осветленная или биологически очищенная сточная жидкость.Пруды устраивают для биологической очистку сточных вод в естественных условиях на слабо фильтрующих грунтах в виде водоемов.
Сыпучий материал для загрузки биофильтра принимают кусками одинаковой крупности по всей высоте. Все материалы, естественные или искусственные, употребляемые для загрузки биофильтров, должны быть влагоустойчивыми, морозостойкими и отвечать требованиям норм [23].
Капельный биофильтр состоит из боковых стенок, водонепроницаемого дна, фильтрующего материала, дренажа и распределительных устройств. Биофильтры в плане бывают круглыми, прямоугольными, квадратными или восьмигранными. В капельные биофильтры воздух поступает естественным путем: сверху через открытую поверхность и снизу через дренаж. Недостатком этих биофильтров является малая производительность. Процессы окисления в капельном биофильтре сходны с процессами окисления в сооружениях естественной биологической очистки. Однако интенсивность протекания этих процессов в биофильтре значительно выше. Протекая через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода вследствие адсорбции оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, не осевшие в первичных отстойниках.
Качество и активность ила также зависят от его возраста, который не должен превышать 6—7 суток. Возрастом ила, или периодом его обмена, называется средняя продолжительность пребывания его в системе аэрационных сооружений, представляющая собой частное от деления веса (по сухому веществу) активного иЛа, находящегося в аэротенках, на вес взвешенных веществ, поступающих в течение суток в аэротенки.
Вторичные отстойники (рис. 42) применяются для задержания активного ила, который поступает вместе с очищенной сточной водой из аэротенков, или биологической пленки из биофильтров. Для малых очистных станций используют вертикальные .
Наиболее распространено в настоящее время обеззараживание хлорной известью или жидким хлором.Необходимо принимать такие расчетные дозы хлора для сточных вод, г/м3: отстоенных — 10, биологически очищенных — 3, прошедших частичную очистку — 5 [23].
Ершовый смеситель (рис. 44) представляет собой уширенный железобетонный канал с вертикальными перегородками количеством не меньше трех, установленными перпендикулярно или под углом 45° к потоку сточной воды. При проектировании ершовых смесителей скорость движения стоков через суженное сечение смесителя принимается не меньше 0,8 м/с.
Рельеф площадки должен иметь уклон к реке, обеспечивающий самотечное движение сточных вод по сооружениям.Площадку выбирают в благоприятных геологических илтидро-геологических условиях, обязательно с подветренной стороны от населенного места; при этом учитывают санитарно-защитные зоны (разрывы) и перспективы развития населенного места. Ширина санитарно-защитной зоны зависит от метода очистки сточных вод и производительности очистной станции. Для крупных очистных станций (свыше 500 ООО м3/сутки) санитарные разрывы устанавливают по согласованию с органами санитарного надзора в зависимости от местных условий и санитарно-эпидемического состояния района.
Территория станции должна быть благоустроена, озеленена, освещена и огорожена. Следует предохранять ее от атмосферных вод: полный отвод осадков должна обеспечивать вертикальная планировка.Принципиальная схема расположения очистных канализационных сооружений в плане и высотном положении изображена на рис. 50.
Если установлена экономическая целесообразность такого проектного варианта, при котором необходимы большие затраты средств на строительство, но со временем будет достигнута экономия по ежегодным эксплуатационным расходам, то следует учитывать фактор времени, так как дополнительные капитальные вложения авансируются в процессе строительства, т. е. значительно раньше, чем будет получена экономия по эксплуатационным расходам.
В табл. 36 приводятся удельные нормы расхода электроэнергии на подъем сточной воды насосно-силовыми агрегатами на 1000 тм их работы при различных коэффициентах полезного действия последних.Расходы электроэнергии и топлива на технические нужды очистных сооружений определяются специальными техническими расчетами.
Курсовое проектирование должно закрепить теоретические знания, полученные студентами во время лекционного курса и практических занятий, а также дать практические инженерные навыки.
Учебное курсовое проектирование выполняется в такой последовательности. В седьмом семестре дневного обучения выдается задание на курсовой проект № 1 (канализационная сеть), который выполняется на протяжении четырех недель. По окончании этого курсового проекта, в конце седьмого или в начале восьмого семестра выдается курсовой проект № 2 (очистные канализационные сооружения). Этот проект выполняется также в течение четырех недель.
Задание на выполнение курсового проекта. Район канализирования и расположения очистных сооружений указывается на плане участка, выдаваемом кафедрой.В зависимости от последней цифры зачетной книжки студента по табл. 44 принимается количество сточных вод, населения, рабочих на промышленных предприятиях, а также гидрогеологические условия на площадке очистных сооружений.
Задание к выполнению проекта. Район, где размещается подлежащее канализированию населенное место, указывается на плане, который выдается студенту. Масштаб плана 1 : 5000 или 1:10 ООО с горизонталями через 1—2 м.
Взятый в целом, этот пример представляет собой комплексный проект, т. е. курсовой проект № 3. Если рассматривать лервую часть его — сети, то это курсовой проект № 1, а очистка сточных вод данного комплексного проекта будет курсовым проектом № 2.
Город, подлежащий канализированию, расположен в средней полосе Европейской части СССР на берегу реки Б. (рис. 51). Рельеф местности слегка пересеченный и имеет общий уклон в сторону реки. Согласно проекту планировки и застройки предусматривается полное благоустройство нового города: водоснабжение, канализация, газоснабжение, центральное отопление и централизованное горячее водоснабжение. Строящийся город будет административно-хозяйственным центром области с промышленными предприятиями, которые будут работать на потребности области и республики. Местность, в которой расположен город, в санитарно-эпидемическом отношении вполне благополучна, имеет много хвойных и лиственных лесов. Плотность населения области пока незначительна. Предприятия благоустроены и оборудованы соответствующими приспособлениями, обеспечивающими охрану водоемов и атмосферного воздуха. Эпидемических заболеваний в области за последние 30 лет не отмечалось. Климатические условия района и области: среднегодовая температура воздуха +6,7° С, глубина промерзания грунта 1,1 — 1,25 м, преобладающее направление ветра — северо-восточное, годовое количество атмосферных осадков 450—500 мм.
Сточные воды от промышленных предприятий распределяются по часам смены и суток в зависимости от технологического процесса каждого предприятия (табл. 50).По данным табл. 52 составляется график притока сточных вод от населена о г о места по часам суток (рис. 52).
Концентрация загрязнений хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод определяется по взвешенным веществам и ВПК.Загрязнения от бытовых и душевых сточных вод промышленных предприятий дополнительно не учитываются (см. СНиП).
Сточные воды города на очистные канализационные сооружения подаются по напорному канализационному коллектору.Исходя из такого режима работы насосов, определяют необходимый объем приемного резервуара насосной станции перекачки (табл. 55). Объем резервуара в соответствии с данными табл. 55 принимается равным 350 м3.
Сточные воды очищаются по такой схеме. Сначала они проходят механическую очистку. Отбросы, задержавшиеся на решетках, поступают на дробилки, откуда в раздробленном состоянии возвращаются в лоток перед песколовкой. В песколовке задерживаются вещества минерального происхождения, главным образом песок, который с помощью гидроэлеваторов подается на песчаные площадки, где его подсушивают, а затем вывозят в специально отведенное место.
Скорость протекания сточных вод через просветы решеток 0,9 м/с.Решетки и дробилки устанавливают в отдельном здании, строящемся по типовому проекту [22] для расчетного расхода 80 тыс. мг!сутки. В этом же здании размещается насосная для гидроэлеваторов и песколовок. Кубатура здания 930 мг, размеры в плане 13,25 X 5,4, высота 3,75 м.
Расчет горизонтальных песколовок выполняется по таким данным: скорость движения сточных вод при максимальном притоке tWc =0,3 м/с; то же, при минимальном Умин=0,15 м/с; гидравлическая крупность песка, задерживаемого в песколовках (песок крупностью 0,2—0,25 мм) — 18,7- 24,2 мм/с; продолжительность протекания при максимальном притоке ¿=30 с; ширина канала В перед песколовкой при и = 1,05 м/с— 1000 мм; уклон i— =0,001; объем камер для песка не более двухсуточного объема вьщадающего песка.
Согласно типовому проекту принимается шесть четырехъячеистых вертикальных отстойников размером в плане 14 X 14 и полезной высотой 3,6 м каждый.На базе этих отстойников проектируются биокоагуляторы с временем нахождения воды в них 0,33 ч. Расчетные данные для биокоагулятора принимаются: продолжительность аэрации 20 мин; эффект задерживания взвешенных веществ после отстаивания — 70% , или 46 г на 1 чел. в сутки; расчетная БПКполн снижается на 30%, или 22 г на 1 чел. в сутки; расчетная скорость движения сточной воды в зоне отстаивания биокоагулятора— 0,8 мм/с; продолжительность отстаивания в отстойнике — 1,5 ч [23].
После биокоагуляторов сточная вода поступает на аэрофильтры с БПКполн 100 мг/л.Сточную воду можно выпускать в водоем с БПК сбросовой воды после очистки и = 22,5 мг/л.Среднезимняя температура сточной воды = 16° С. Среднесуточный расход сточных вод <2 = 56 ООО м3/сутки. Как видно из показателей загрязнений по БПКп0лн (Ю0 мг/л), рециркуляции можно не применять, однако следует это допущение проверить.
Аэротенк принимается по типовому проекту глубиной 4 м; количество секций — 4, коридоров в каждой секции — 4.Б общ — = 56000 • 4,2 = 235 200 мЧсу’тки.
Илоуплотнитель в основном варианте не предусматривается, так как влажность осадка, поступающего из первичных отстойников, равна 95%, а из вторичных — 96%.Количество направляемого в илоуплотнители избыточного активного ила при наличии биокоагуляторов и преаэраторов — 50% [26].
При таком соотношении можно принять термофильный режим сбраживания, при котором полностью уничтожаются гельминты, находящиеся в осадке. Температура сбраживания 53° С.Суточная доза загрузки осадка в метантенке при влажности осадка 95%"принимается d = 22!% [23].
Для поддержания постоянного давления в газовой разводящей сети от метантенков к другим сооружениям и максимального использования газа устраивают мокрые газгольдеры. Емкость их определяется из расчета трехчасового притока, т. е.
В районе строительства очистных сооружений грунты — супески и пески, а грунтовые воды залегают на глубине 9,6 м. Для обезвоживания осадка проектируются иловые площадки на естественном основании с устройством дренажа на глубине 1,3 м из асбестоцементных труб с пропилами. Дренаж сооружается согласно нормам [23]. Загрузка осадка на 1 м2 иловых площадок принимается по нормам [23] — 2м3/м2 в год. Продолжительность зимнего намораживания Г=30 суток.