Вода, которая была использована для различных нужд и изменила при этом свой химический состав или физические свойства, называется сточной водой, или сточной жидкостью. К сточным водам относятся также дождевые и талые воды, стекающие с территорий населенных мест или промышленных предприятий.
Различают следующие основные системы канализации: 1) раздельную (полную или неполную), 2) полураздельную, 3) общесплавную и 4) комбинированную.Полная раздельная система состоит из двух самостоятельных подземных сетей — бытовой и дождевой (рис. 5, а). При неполной раздельной системе атмосферные воды отводятся в водоем открытыми каналами, лотками, кюветами или канавами, а бытовые — по подземной сети.
В целях обеспечения нормальной эксплуатации канализационных сетей различного назначения, а также предохранения их от преждевременного разрушения, от действия различных веществ, вредно влияющих на материал труб и колодцев, прием сточных вод в канализацию производится с соблюдением ряда требований.
Для городов и рабочих поселков расчетный срок действия канализации определяется расчетным сроком застройки, который обычно принимается равным от 10 до 20 лет. Для крупных городов этот период может быть увеличен. Для промышленных предприятий расчетный срок действия канализации определяется полным развитием мощности предприятия.
Расчетным расходом называется тот расход сточных вод, на пропуск которого должны быть рассчитаны канализационные сети и сооружения. Для определения размеров различных элементов системы канализации устанавливаются: средние и максимальные суточные, часовые и секундные расходы. Составляются почасовые графики водоотведения, отражающие его неравномерность. Обычно суточные и часовые расходы измеряются в кубических метрах, а секундные — в литрах.
Значения расходов воды ди1„ возвращаемых по канализации в водоем, приводятся в таблицах ВОДГЕО (ем, приложение 1).При работе предприятия в 2 или 3 смены (время работы с 8 до 16, с 16 до 24 и с 0 до 8 часов) можно приближенно считать, что расходы производственных сточных вод составляют часть суточного их расхода, выраженную в процентах: при 2-сменной работе—в дневную смену 50—65%, в вечернюю — 50—35%; при 3-с.менной работе — в дневную смену 40—50%, в вечернюю — 30—35%; в ночную смену — 30—15%.
Движение сточных вод в канализационной сети может быть равномерным, неравномерным установившимся и неравномерным неустановившимся. В канализационных сетях, работающих самотеком, равномерное движение наблюдается на прямых участках без боковых присоединений, при незаиливающих скоростях движения сточных вод. Неравномерное установившееся— имеет место в самотечных коллекторах, по которым вода направляется в резервуары, водоемы, при образовании кривой спада или подпора. Неравномерное установившееся— сложный вид движения, причинами которого являются местные сопротивления, боковые присоединения, повороты в лотках колодцев, изменения диаметров труб, перепады, изменения уклонов и др.
Последний вариант гидравлического расчета является наиболее распространенным в практике проектирования, но требует сопоставления стоимости труб и их прокладки, имея в виду, что при уменьшении диаметров увеличивается объем земляных работ, т. к. для сохранения при этом пропускной способности, надо увеличить скорость, а следовательно, и уклон труб.
Устанавливаются точки приема в сеть сосредоточенных расходов.Т7 — площадь населенного пункта, района, га.Общий коэффициент неравномерности, вычисленный по этой формуле с некоторым округлением, дан в СНиП 11-32—74, табл. 3.
Удельный вес стоимости канализационной сети в общей стоимости системы канализации, по имеющимся данным, составляет 60—80%. Поэтому вопросы рациональной трассировки и гидравлического расчета сетей являются одними из важнейших при проектировании и строительстве систем канализации.
Глубина заложения уличной канализационной сети должна обеспечивать прием сточных вод в любой точке канализуемой территории: от прилегающих кварталов, от присоединяемых к данному участку сети канализационных линий, от зданий специального назначения и промышленных предприятий, дающих сосредоточенные расходы сточных вод.
После того как намечены трассы канализационной линии и установлены расчетные расходы сточных вод для каждого расчетного участка, приступают к проектированию профиля канализационных линий. Оно заключается в определении высотного положения труб в зависимости от принятого уклона и диаметра. Для этого необходимо выяснить на генплане объекта точки, диктующие наименьшую глубину заложения уличной сети. Эти точки обычно находятся в самых удаленных и пониженных местах бассейна. Ими могут быть начальные точки уличной сети, участки сети у отдельных кварталов и промышленных предприятий или у зданий, имеющих заглубленные выпуски.
Требуется определить расчетные расходы сточных вод для расчетных участков сети поселка и промышленного предприятия, указанных на рис. 26, при следующих условиях. Число жителей N = 43200 чел. Норма водоотведения на 1 человека — 200 л/сут. Промышленное предприятие е максимальным расходом 50 л/с присоединяется в виде сосредоточенного расхода.
Материал труб выбирают с учетом назначения трубопроводов, состава и свойств сточных вел и кпмгтлгкг. : мгтт:;их условий.Для увеличения сопротивляемости железобетонных труб агрессивному воздействию грунтовых и сточных вод их изготовление центробежным и другими способами должно проводиться на пуццолановом цементе с гидравлическими добавками, с применением наружной изоляции (два слоя торкрет-бетона с нанесением обмазки) и внутренним защитным слоем.
Керамические трубы (рис. 27), выпускаемые заводами по ГОСТ 286—64, изготовляются из тугоплавкой пластичной огнеупорной глины с добавкой кварцевого песка и шамота и покрываются химически стойкой (соляной) глазурью.
Стыки керамических раструбных т р у б заделывают следующим образом. Конец трубы, имеющий рифленую поверхность снаружи, вставляют в раструб, имеющий рифленую поверхность внутри. Свободный зазор между ними на половину глубины раструба плотно заделывают просмоленной пеньковой прядью, а вторую половину глубины раструба — асфальтовой мастикой. При устройстве бетонного основания стыки керамических раструбных труб можно заделывать цементным раствором, асбестоцементной смесью. Используют и специальные мастики на основе полимерных смол. Заделка глиной (мыловкой, не размокающей в воде) допускается там, где отсутствуют древесные насаждения с глубоко проникающими корнями. Прядь уплотняют конопаткой без применения молотка (рис. 30).
При строительстве канализационных систем для объектов, сбрасывающих большие количества сточных вод, оказывается необходимым применять коллекторы или каналы крупных площадей сечений. Работники Союзводоканалпроекта, Гипроком-мунводоканала, Моспроекта, Ленгипроинжпроекта и ряда других проектных и научно-исследовательских институтов предложили типы конструкций каналов и тоннелей из сборных бетонных и железобетонных элементов (блоков), применение которых сокращает сроки строительства, обеспечивает их техникоэкономическую целесообразность и удобство эксплуатации. Схемы таких коллекторов н каналов см. па рис. 34 и 35.
В начальных участках сети при слабых наполнениях труб, не обеспечивающих незаиливающих скоростей движения сточных вод (нерасчетные участки), устанавливаются промывные колодцы. Такие колодцы наполняются водой и снабжаются приспособлениями для быстрого (залпового) ее сброса в промываемый участок канализации.
Смотровые канализационные колодцы состоят из рабочей камеры глубиной не менее 1800 мм (если позволяет глубина заложения коллектора), горловины, расположенной над рабочей камерой, высотой в зависимости от глубины заложения сети, люка с крышкой, плиты, днища, плиты перекрытия, опорного кольца и лотков между присоединяемыми и отводящими трубами (рис. 41).
Стенки внутри колодца рекомендуется промазывать за два раза горячим битумом по грунтовке или обрабатывать водяным раствором кремнефтористого магния или кремнефтористоводородной кислоты для образования на поверхности нерастворимых соединений (флюата).
В надводной части труб канализационной сети скапливаются выделяющиеся из сточных вод газы (сероводород, углекислый газ и др.), которые, с одной стороны, приводят к возникновению газовой коррозии материала труб и стыков и, с другой стороны, загрязняют воздух в сети. Выделяющиеся из сточных вод пары бензина в смеси с азотом воздуха дают взрывчатую смесь.
Если трасса канализационной сети пересекает водоемы, овраги, подземные коммуникации, железные и автомобильные дороги I и II категории, то в зависимости от местных условий устраиваются дюкеры или эстакады. При пересечении рек сооружаются дюкеры (рис. 44).
Канализация промышленного предприятия может осуществляться по раздельной или общесплавной системе. Трубопроводы и коллекторы в зависимости от местных условий могут прокладываться как по территории предприятия, так и за ее пределами.
К особым условиям прокладки канализационных сетей относится сооружение их в районах вечной мерзлоты, сейсмических местностях, в районах с лёссовидными просадочными грунтами, в оползневых областях и т. п. (в пустынях, на болотах, в горных местностях). Строительство в этих случаях должно вестись с соблюдением технических условий, учитывающих специфичность геотермического режима, свойств грунтов, тектонических воздействий на сооружения и других особенностей таких районов.
В целях организованного отвода с территории города или промышленного предприятия дождевых и талых вод устраивают дождевую канализацию (водостоки). Такой отвод необходим, т. к. при сильных дождях может произойти затопление улиц и подвалов зданий, нарушение нормального движения транспорта, подъем уровня грунтовых вод. Эти воды нельзя выпускать в водоемы без очистки.
Для определения размеров труб и водосточных каналов необходимо знать расчетный максимальный расход дождевой воды, поступающей в сеть. Этот расход зависит от принятой расчетной интенсивности дожди, его продолжительности, коэффициента стока и площади водосбора, с которого поступает сток.
Трассировка дождевой сети выполняется в основном также, как и бытовой сети канализации, но учитываются особенности дождевой канализации. Начертание сети должно быть увязано с рельефом местности, размером территории, расположением подземных коммуникаций. Дополнительными факторами, влияющими на трассировку дождевой сети на территориях промышленных предприятий, являются расположение цехов, внутренних дорог, подземных инженерно-технических сетей, мест выпусков внутренних водостоков и условно-чистых вод и т. д.
До начала гидравлического расчета сеть дождевой канализации должна быть намечена на плане канализуемого объекта и разбита на расчетные участки.Расчет дождевой и общесплавной сети может быть произведен: 1. По концевому сечению участка; 2. По начальному се чению участка. Расчет ведется на полное заполнение труб.
Общесплавная канализация состоит из одной сети, по которой отводятся к очистным сооружениям бытовые, дождевые и производственные сточные воды.При расчете общесплавной канализации к расчетному стоку дождевых вод прибавляют расход бытовых сточных вод и производственных сточных вод в количестве, равном среднесекундному расходу за смену, в течение которой сбрасывается максимальный расход.
Во всякой систем-е канализации имеются насосные станции, которые служат для перекачки сточных вод и осадков, образующихся на очистных сооружениях. Станции перекачки устанавливаются на канализационной сети для подкачки сточных вод из коллекторов, имеющих заложение в сухих грунтах 7—8 м, а в мокрых — 5-ч-5,5 м, в коллекторы с меньшим заглублением, а также для подачи сточных вод на очистные сооружения. Это главные насосные станции.
Насосные станции могут быть полностью автоматизированными, полуавтоматизированными, управляться на расстоянии (дистанционно) с диспетчерского пункта по показаниям приборов автоматически.Пуск насосов осуществляется в следующей последовательности: включение вакуум-насоса; включение электродвигателя насоса; отключение вакуум-насоса; открытие пусковой задвижки.
При выпуске сточных вод в водоем требуется их очистка. Степень очистки зависит от концентрации загрязнений в сточной воде, от разбавления их водой водоема и от условий биохимического процесса самоочищения, проходящего в водоеме.
В бытовых и близких к ним по составу производственных сточных водах за первые сутки потребляется около 21% кислорода, за вторые сутки — около 38%, за 5 суток около 68%, за 20 суток около 99%, через 100 суток—100% от количества кислорода, необходимого для окисления органических веществ, находящихся в сточных водах.
Активная реакция, обозначаемая показателем pH, характеризует концентрацию водородных ионов, которая определяет кислотность или щелочность сточных вод. Для оненки характера загрязнений показатель pH имеет большое значение, т. к. характеризует агрессивность стоков к материалу канализационных труб, насосных станций, очистных сооружений.
Условия спуска сточных вод в водоемы установлены «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами». Правила устанавливают нормы качества воды для водоемов по двум видам водопользования. К первому виду относятся участки водоемов, используемые для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второму виду относятся участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также водоемы в черте населенных мест. Для каждого из двух видов водопользования установлены показатели состава и свойств воды водоема у пунктов питьевого и культурно-бытового водопользования.
Водоем обладает самоочищающей способностью. Содержащиеся в его воле кислород и микроорганизмы могут минерализовать органические загрязнения, поступающие в него вместе со сточными водами. Эту способность необходимо учитывать при спуске сточных вод, поскольку нагрузка на водоем как на природное «очистное сооружение» должна соответствовать его самоочищающей структуре.
Существуют механические, химические и биологические (биохимические) способы очистки сточных вод. Каждый из них обеспечивает удаление из сточных вод определенных видов загрязнений. Для осуществления этого строятся специальные сооружения, обеспечивающие организацию и проведение на них: при механической очистке — физических процессов; при химической очистке — физико-химических иропеесоп, при биологической очиегке — биохимических процессов. Для ликвидации бактериальных загрязнений сточных вод применяется их обеззараживание (дезинфекция).
При почвенных методах биолог;; к скоп очистки отводимые для этого земельные участки в зависимости от количества сточных вод, очищаемых на них, должны располагаться па расстоянии 150—1000 м от заселенной территории. Почвы таких участков должны быть всегда проницаемые, уклоны желательны не более 0,005, площадка должна иметь прямоугольную форму и располагаться удобно с точки зрения трассировки сети и отводных коллекторов, подающих к ней сточную воду.
По способу удаления задержанных примесей различают решетки с очисткой ручным способом и механизированные.Простейшие решетки (рис. 74) устанавливают при количестве снимаемых отбросов менее 0,1 м3/сут. Их очищают вручную металлическими граблями. Примеси сбрасывают на дренирующие площадки или дырчатые желоба, а затем вывозят в закрытых контейнерах в специально отведенные санитарными органами места и обеззараживают.
В зависимости от места и назначения в схеме очистных сооружений различают первичные и вторичные отстойники. Скорость движения сточной жидкости принимается 0,5—0,7 мм/с.Первичные отстойники предназначены для осветления воды, прошедшей песколовку и направляемой на биологическую очистку или в водоем. Вторичные отстойники служат для улавливания активного ила, выносимого из аэро-тенков, или биологической пленки с биофильтров.
Емкости отделений для регенерации следует принимать равными 0,25—0,3 общего объема преаэраторов. Количество подаваемого ил а надлежит принимать не более 50% избыточного. Преаэраторы проектируются так, чтобы песок и тяжелые, примеси не могли засорить аэраторы. Количество подаваемого воздуха в сооружения следует принимать 0,5 м3/м3 жидкости по расчетному расходу.
Для очистки производственных сточных вод, содержащих всплывающие примеси, применяются преимущественно отстаивание и отстаивание с фильтрованием.Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, применяются сооружения, называемые нефтеловушками. Они представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары, в которых за счет разности плотностей нефти и воды происходит их разделение. Нефть всплывает на поверхность, а минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки (рис. 83).
Сточные воды, поступающие на очистные сооружения канализаций городов и промышленных предприятий, весьма разнообразны по составу содержащихся в них загрязнений. В результате механической, химической, механохимической или биологической очистки сточных вод эти загрязнения задерживаются очистными сооружениями, образуя различного рода осадки.
Септик (рис. 85) представляет собой прямоугольный или круглый в плане резервуар, в котором осаждаются и перегнивают взвешенные вещества. Вода отстаивается в нем в течение 1—4 суток, а осадок хранится 6—12 месяцев. В осадочной части септика происходит в основном кислое брожение, при котором частицы осадка поднимаются пузырьками выделяющихся газов вверх и образуют на поверхности воды корку. Сточные воды, вытекающие из септика, приобретают неприятный запах сероводорода, могут загнивать, имеют кислую реакцию и хуже подда-ются биологической очистке, чем при обычном отстаивании. Септики просты в эксплуатации, и их можно очищать 1—2 раза в год. Применяют септики обычно для очистки сточных вод от отдельных зданий или группы зданий с числом жителей до 500 человек (расход сточных вод до 50 м3/сут, поступающих затем на поля подземной фильтрации, в песчано-гравийные фильтры).
На крупных станциях для подсушки осадка применяют искусственное обезвоживание осадка на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах.Перед подачей на обезвоживание осадка городских сточных вод его подвергают коагуляции хлорным железом и известью. Осадки производственных сточных вод перед обезвоживанием на механических фильтрах предварительно уплотняются.
Полное удаление из сточных вод органических загрязнений практически достигается только путем их биологической (биохимической) очистки, основанной на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном и растворенном состояниях. Таким образом, сооружения биологической очистки составляют вторую группу очистных сооружений, куда сточные воды поступают после механической очистки.
Полями фильтрации называются специально спланированные земельные участки, предназначенные для биологической очистки предварительно осветленных сточных вод.Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что в процессе фильтрации через почву органические загрязнения сточных вод задерживаются на ней, образуя биологическую пленку, населенную большим количеством микроорганизмов. Пленка адсорбирует коллоидные и растворенные вещества, мелкую взвесь, и они при помощи аэробных бактерий в присутствии кислорода воздуха переходят в минеральные соединения. Атмосферный воздух хорошо проникает в почву на глубину 0,2—0,3 м, где и происходит наиболее интенсивное биохимическое окисление.
Биологическими фильтрами называют такие очистные сооружения, в которых осуществляется биологическая очистка сточных вод при фильтрации их через слой крупнозернистого материала. Поверхность зерен этого материала покрыта биологической пленкой, заселенной аэробными бактериями и низшими организмами, осуществляющими адсорбцию и окисление органических загрязнений сточных вол.
Часть органического вещества в аэротенке окисляется, а другая обеспечивает прирост бактериальной массы активного ила. Окислительный процесс происходит неравномерно: в начале аэротенка быстрее, а по мере приближения к концу его — медленнее.
Вторичные отстойника устанавливают после биофильтров для задержания нерастворенных (взвешенных) веществ, представляющих собой куски разрушившейся биологической пленки, и после аэротенков — для выделения активного ила из очищенных сточных вод. В качестве вторичных применяют горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники.
Количество избыточной биопленки при высоконагружаемых биофильтрах следует принимать 28 г/чел. в сутки, влажность 96%, а при капельных — 8 г/чел. в сутки, той же влажности.В настоящее время внедряются в практику биофильтры с пластмассовой загрузкой. Допустимая гидравлическая нагрузка для них <7, м3/м2 в сутки, может определяться по табл. 57.
К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся сорбция, экстракция, ионный обмен, кристаллизация, аэрация, коагуляция.Сорбция протекает на поверхности твердого тела, называемого сорбентом, погруженного в жидкость, содержащую растворенные вещества. В результате этого процесса погруженное тело поглощает растворенные вещества.
В промышленном масштабе экстракционный метод применяется большей частью для предварительной очистки от фенолов сточных вод на заводах термической переработки твердого топлива. Установка для экстракционной очистки обычно состоит из: 1) отделения подготовки вод к экстракции; там происходят отстой, фильтрация, иногда карбонизация; 2) отделения экстракции, где идут экстракция, отгон растворителя от воды, улавливание паров растворителя; 3) отделения регенерации растворителя, предназначенного для регенерации растворителя из экстракта, получения сырого продукта (загрязняющего компонента).
К химическим методам очистки производственных сточных вод относятся озонирование, хлорирование, электрохимический метод, нейтрализация и окисление.Озонирование. Озон — сильный окислитель и, вступая в реакцию с органическими веществами, разрушает их и превращает в более простые и нетоксичные соединения (С02, Н20 и др.). Озонированием можно очищать сточные воды от растворенных фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, метилмеркаптана, ПАВ, тетраэтилсвинца, цианидов, красителей и др. Для обработки сточной воды озоновоздушной смесью используют барботажные колонны и контактные устройства со змеевиковым реактором (рис. 102).
Усреднители. Сточные воды промышленных предприятии, поступающие от производственных операций, имеют, как правило, непостоянный состав, что объясняется залповыми выпусками в канализацию отработанных растворов, а также неоднородностью производимых операций. При поступлении сточных вод на очистные сооружения эти резкие колебания состава и количества стоков нарушают нормальную работу сооружений и затрудняют работу автоматических устройств по дозированию реагентов.
Для производственных сточных вод, имеющих колебания по количеству или концентрации загрязнений больше чем на 25%, следует предусматривать устройство усреднителя.Большое влияние на эффект очистки производственных сточных вод может оказать наличие отдельных веществ в токсичных концентрациях. Поступление их в концентрациях выше предельно допустимых нарушит нормальную работу сооружений. В этом случае необходимо производственные сточные воды разбавлять речной водой, не загрязненной промышленными стоками, или биохимически очищенной сточной водой до допустимой концентрации.
Обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод производят с целью уничтожения содержащихся в них болезнетворных (патогенных) бактерий и предохранения, таким образом, водоемов от заражения сбрасываемыми в них сточными водами. Частично задерживаются бактериальные загрязнения и в сооружениях по очистке сточных вод, что вызывает необходимость дезинфекции этих сооружений.
Хлорирование сточных вод жидким хлором производится при помощи хлоратора — прибора, который служит для приготовления раствора и его дозирования.Наиболее широкое распространение получили вакуумные хлораторы ЛОНИИ-ЮО (рис. 114), разработанные сотрудниками ВНИИГС, двух типов: с жидкостным измерителем расхода хлора (дифманометром) и с газовым измерителем (ротаметром).
Оголовок подводного трубопровода выпуска может быть сосредоточенным или рассеивающим (рис. 116). Первый обеспечивает сброс сточных вод в одной точке водоема, второй — в нескольких точках. Рассеивающий выпуск более распространен, т. к. он обеспечивает лучшее смешение сточной воды с водой водоема.
Большую роль в выполнении задач по экономии воды и возможно более эффективном ее использовании должно сыграть применение для технического водоснабжения городских сточных вод. Повторное использование городских стоков — мера многоцелевого назначения, позволяющая получить дополнительное количество пресной воды, уменьшить забор воды из водоемов и водотоков, сократить в них сброс сточных вод. Это будет способствовать повышению уровня экономического развития районов, бедных водными ресурсами, снижению затрат на переброску воды из отдаленных районов, улучшению санитарного состояния источников.
Эксплуатацию канализационных сооружений в городах и поселках осуществляют производственные управления водопроводно-канализационного хозяйства (ПУВКХ). В зависимости от протяженности сети, числа насосных станций и мощности очистных сооружений могут быть организованы службы (отделы) канализационной сети, насосных станций и очистных сооружений.
В соответствии с «Правилами технической эксплуатации водопроводов и канализаций» проводятся наружные и технические осмотры канализационных сетей, по результатам которых назначаются текущий и капитальный ремонты. Наружный осмотр заключается в регулярной проверке общего состояния и чистоты колодцев, а также исправности трассы. Технический осмотр бытовой канализации проводится не реже двух раз в год (весной и осенью), производственной — не реже одного раза в три месяца.