Канализация состоит из следующих основных элементов: 1) внутренних домовых или внутренних цеховых канализационных устройств; 2) наружной дворовой канализационной сети; 3) наружной уличной канализационной сети; 4) насосных станций и напорных водоводов, 5) сооружений для очистки сточной воды и утилизации полезных веществ, 6) устройства для выпуска воды в водоем.
Прием сточных вод в канализацию производится с выполнением ряда требований.Поступление сточных, вод разрешается: а) в бытовую и производственную сеть через санитарные приборы, имеющие гидравлические затворы; б) в дождевую канализационную сеть — через дождеприемники.
Объектами канализования могут быть существующие, реконструируемые или вновь строящиеся города, поселки, промышленные предприятия. В условиях социалистического государства строительство и развитие города, населенного места и промышленного предприятия происходят в соответствии с развитием народного хозяйства в данной местности-и определяется проектом их планировки, который обычно составляется специализированными проектными организациями. При проектировании следует руководствоваться общеобязательными «Строительными нормами и правилами» (СНиП).
Норма водоотведения, т. е. среднесуточное количество сточной воды, которое приходится на одного жителя, пользующегося канализацией, принимается равной норме водопотребления.Она назначается в зависимости от степени благоустройства районов жилой застройки, а также от климатических, санитарно-гигиенических и других местных условий и принимается по «Строительным нормам и правилам, часть II, раздел Г, глава 6. Канализация. Нормы проектирования» (СНиП П-Г.6-62).
Расчетным расходом сточных вод называется количество воды, на которое должно быть рассчитано канализационное сооружение, в том числе и канализационная сеть.При проектировании канализации обычно определяют средний и максимальный суточные расходы, а также максимальные часовой и секундный расходы.
Сточные воды сильно загрязнены различными примесями, находящимися в воде в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях.На гидравлический режим работы сети главным образом влияют загрязнения, находящиеся в потоке в нерастворенном состоянии. Эти загрязнения как органического, так и минерального происхождения в зависимости от их удельного веса могут или всплывать на поверхность (жировые вещества, пробки и пр.), или находиться во взвешенном состоянии и распределяться по всему сечению потока (остатки овощей, мелкий песок, бумага и пр.), или, опускаясь ко дну, двигаться беспорядочно возле днища, выпадая на дно и передвигаясь по нему в виде дюн (песок, частицы шлака, угля с удельным весом более единицы).
В зависимости от местных условий применяют различные формы сечения труб и каналов.При транспортировании больших расходов наибольшее распространение получили каналы сжатого сечения, которое обеспечивает значительную отводоспособность каналов даже при их небольшой высоте. В случае неблагоприятных гидрогеологических условий применение каналов таких сечений является единственно возможным. Из сжатых сечений наибольшее распространение получили лотковые (рис. III.1,в) и шатровые сечения (рис. III. ,е).
Существует много различных формул для определения коэффициента С, которые применимы и справедливы для тех конкретных условий, в которых производились те или иные опыты.Значение абсолютной шероховатости в можно принимать: для бетонных лотков и труб, тщательно зажелезненных, е = 0,1-г0,2; для бетонных труб шероховатых, бывших в употреблении, е=0,8-М,1; для новых стальных труб 8 = 0,1 -т- 0,15; для чугунных и стальных труб, бывших в употреблении, е=0,6-н0,9; для керамических труб е = 0,8-5-1; для кирпичных каналов е=1,3-М,5.
Расход достигает своего максимума при наполнении, равном 0,95 й, затем уменьшается и при полном наполнении он вдвое больше расхода при половинном наполнении.Учитывая, что при поступлении сточной воды в верховые участки сети происходят большие мгновенные колебания расходов, которые не учитываются коэффициентом неравномерности, для труб диаметром до 500 мм предусматривают некоторый запас в объеме и расчетное наполнение принимают меньше 0,75 d.
Для ее решения обычно поступают следующим образом. Уклон лотка трубы либо назначают равным уклону поверхности -земли, либо принимают минимальным, при .котором скорость движения сточной воды будет не менее самоочищающей.
После трассировки сети и определения начальной глубины заложения труб определяют расходы на расчетных участках канализационной сети. Расчетным участком сети называют канализационную линию между двумя точками (колодцами), в которой расчетный расход может быть условно принят постоянным.
Нормальные гидравлические условия в сети достигаются не только правильным гидравлическим расчетом, но и правильным конструированием ее элементов. Правила конструирования сети сводятся к следующему.
Трубы и каналы, применяемые для отведения сточных вод, должны быть прочными (т. е. выдерживать внешнюю и внутреннюю нагрузки, не подвергаясь быстрому истиранию), водонепроницаемыми, достаточно гладкими для уменьшения сопротивлений, возникающих при движении сточной жидкости, устойчивыми против коррозии (т. е. не разрушаться под действием кислот и щелочей, содержащихся в сточных водах), устойчивыми против высоких температур и в достаточной степени дешевыми. Больше всего удовлетворяют этим требованиям трубы керамические, железобетонные, бетонные и асбестоцементные.
Водонепроницаемость и долговечность канализационной сети достигается тщательной заделкой соединений при укладке труб.В настоящее время иногда для ускорения работ по заделке стыков к керамическим трубам заранее приливают кольца из мастики. Перед вставлением одного конна трубы в другой поверхность мастичного кольца размягчается каким-нибудь растворителем, что дает возможность получить вполне герметичное соединение труб.
В зависимости от назначения и места расположения смотровые колодцы подразделяют на линейные, поворотные, узловые и пере-падные.Линейные смотровые колодцы, устраиваемые на прямых участках канализационной сети, предназначены для периодического осмотра и прочистки канализационной сети. В соответствии с существующими правилами их устанавливают друг от друга на расстоянии: при диаметре труб от 150 до 600 мм—50 м, при диаметре труб от 600 до 1400 мм—не более 75 м., при диаметре более 1400 мм—не более 150 м. Кроме того, линейные колодцы устраивают во всех местах изменения уклона линии или диаметра трубопровода и в местах изменения направления трассы сети.
В надводной части коллекторов скапливаются вредные газы: сероводород, аммиак, углекислый газ, метан, светильный газ, пары бензина и пр. Газы попадают в сеть через неплотности соединений труб, через колодцы, а также образуются в результате разложения органических составляющих осадков сточных вод.
При прокладке канализационных линий встречаются естественные и искусственные препятствия — реки, овраги, судоходные каналы, железные дороги и различные подземные инженерные сооружения. Переход через реки и овраги, а также судоходные каналы осуществляется при помощи специальных устройств — эстакад, в которых вода движется самотеком, и дюкеров, в которых вода движется под напором.
Проникание грунтовых вод в трубы канализационной сети через неплотности соединений стыков, через стенки труб и колодцев называется инфильтрацией. Обратное явление, т. е. просачивание канализационных вод в грунт, называется эксфильтрацией.
В полосе вечномерзлых грунтов прокладка канализационных сетей является сложной инженерной задачей.При передаче тепла от стенок трубопровода в грунт происходит образование вокруг трубопровода зоны талого грунта, вследствие чего нарушается его устойчивость.
Задачей наружной дождевой канализации является организованный и достаточно быстрый отвод выпавших на территории города или промышленного предприятия атмосферных осадков или талых вод. Быстрый отвод этих вод совершенно необходим, если улицы и проезды покрыты усовершенствованной водонепроницаемой мостовой, так как в противном случае во время сильных ливней возможно затопление улиц и подвалов зданий, расположенных в низких месхах. Часто в дождевую канализацию кроме дождевых и талых вод сбрасывают так называемые условно чистые воды, отработавшие в процессе технологического производства на предприятии.
Как уже указывалось, чтобы иметь полную характеристику дождя, надо знать его интенсивность, продолжительность и повторяемость.Под интенсивностью дождя понимают количество осадков, выпавших в единицу времени. Различают интенсивность выпадения дождей по слою I и объему <7.
Для расчета дождевой сети прежде всего необходимо найти расчетный расход дождевых вод. С этой целью нужно установить зависимость между расчетной интенсивностью и расчетной продолжительностью дождя.Здесь <72о—интенсивность дождя, соответствующая продолжительности его до 20 мин и периоду однократного переполнения 1 год. Числовые значения 2о для Европейской территории СССР могут быть найдены по карте изолиний (рис. У1.3).
Большая часть выпавших на поверхность земли дождевых капель стекает по склону местности в водосточную сеть, однако часть их просачивается в грунт и часть испаряется.Установлено, что для бассейнов в городах и населенных местах средние коэффициенты стока при значительной их величине (более 0,7) являются более или менее постоянными, а при малой их величине — переменными.
Для определения размеров труб и водосточных каналов необходимо знать расчетный максимальный расход дождевой воды, поступающий в сеть.Этот расход зависит от принятой расчетной интенсивности дождя, его продолжительности, коэффициента стока и площади водосбора, с которого поступает сток.
Существуют и другие способы расчета водосточной сети; в частности, иногда принимают интенсивность дождя постоянной, но ввиду того что в водосток вода попадает не одновременно со всей площади стока, вводят коэффициент замедления стока. Однако для расчета водостоков этими способами в настоящее время не пользуются.
Трассировать дождевую сеть в основном следует в соответствии с указаниями, относящимися к хозяйственно-фекальной канализации, с учетом, однако, специфических особенностей работы дождевой сети. Начертание последней в плане определяет рельеф местности, размер территории, схемы планировки, насыщенность территории подземными путями и др. Трассу для водостоков следует выбирать по наикратчайшим направлениям. Для уменьшения размеров каналов подземная водосточная сеть должна иметь выпуски в ближайшие водоемы, тальвеги и овраги. Как правило, главные коллекторы бассейна следует трассировать но городским проездам. Исключение допускается в тех случаях, когда направление городских проездов не совпадает с тальвегом. Трасса водостока на проезде должна быть расположена прямолинейно, параллельно красным линиям, с минимальным числом пересечений с другими подземными сооружениями. При ширине проезда до 30 м водосток рекомендуется трассировать посередине проезда.
Глубина заложения основания дождеприемника должна быть, как правило, не меньше 0,8. При этом в пучинистых грунтах глубина заложения подошвы основания дождеприемника не должна быть меньше глубины положения нулевых температур грунта. Дождеприемные колодцы размещают вне линий перехода пешеходов по схеме, указанной на рис. У1.6. Расстояние между дождеприемниками зависит от уклонов улицы, высоты бордюрного камня, площади стока с кварталов и характера застройки.
Канализационные насосные станции предназначены для перекачки сточных вод. В случае, /когда канализационная насосная станция перекачивает основную массу сточных вод, то она называется главной насосной станцией.
Поступление сточных вод в приемные резервуары насосных станций неравномерно по часам суток. Поэтому приемные резервуары сглаживают неравномерность притока сточных вод и играют роль регулирующей емкости.
Как отмечалось ранее, конструкция и тип насосной станции зависит от ее производительности, санитарных, гидрогеологических и других условий.Ниже рассматриваются конструкции некоторых типовых насосных станций.
Поступающие в канализационную сеть загрязнения могут быть минерального, органического и бактериального происхождения.К минеральным загрязнениям относятся: песок; глинистые частицы; частицы руды, шлака; растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и другие вещества.
Значение константы пропорциональности изменяется в зависимости от наличия микроорганизмов-минерализаторов и от температуры: чем выше температура, тем больше константа. Так, при температуре 20°С константа скорости окисления k для многих вод равна ОД, а при температуре 30°С — 0,158.
Степень загрязнения сточной воды органическими веществами можно определить по количеству кислорода, которое необходимо для окисления этого органического вещества при помощи аэробных микроорганизмов-минерализаторов. Величина эта носит название биохимической потребности в кислороде; она обозначается ВПК и выражается количеством кислорода в миллиграммах на 1 л (мг/л) или в граммах на 1 м3 (г/м3).
Другой способ состоит в определении того количества щелочи или кислоты, которое необходимо для нейтрализации определенного объема сточной воды. Для этого пользуются нормальными растворами щелочей или кислот. Нормальным называется раствор, в 1 л которого содержится 1 г • же (грамм-эквивалент) растворенного вещества. При этом способе количество раствора, необходимого для нейтрализации, например, щелочной воды, не зависит от того, какая будет применена для этого кислота. Бытовые воды при определении по этому способу имеют слабощелочную реакцию — не более 12 см3 нормального раствора на 1 л.
В большинстве случаев при искусственной очистке приемниками сточных вод служат водоемы. Перед спуском в них сточные воды необходимо частично или полностью очистить. Однако в воде водоема, как и в любой другой воде, содержится определенный запас кислорода, который может быть частично использован для окисления поступающего в него совместно со сточной водой органического вещества; водоем обладает, таким образом, некоторой самоочищающей способностью.
Правильный учет самоочищающей способности водоема позволяет экономично и обоснованно запроектировать очистные сооружения, на которых сточная жидкость очищается до требуемой по местным условиям степени. Для этих целей необходимо иметь детальные гидрологические, гидрогеологические и гидрометрические исследования и другие данные о водоеме, в частности данные о расходах реки, ее кислородном балансе, БПК и пр.
Механической очисткой из сточной жидкости удаляют загрязнения, находящиеся в ней главным образом в нерастворенном и частично коллоидном состоянии. Крупные отбросы, тряпки, бумага, картофельная шелуха и различные производственные отходы задерживаются решетками. Более мелкие отбросы, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, можно задерживать ситами, специально установленными на пути движения жидкости.
Загрязненные производственные сточные воды обычно делятся на три основные группы: а) чистые воды, используемые обычно для охлаждения; б) малозагрязненные или условно чистые воды, образующиеся от промывки готовой продукции; в) грязные воды.
На очистных станциях для очистки городских сточных вод устанавливают решетки со стержнями, расположенными на расстоянии 16 мм друг от друга. На некоторых зарубежных станциях применяют решетки с прозорами 20—30 мм. Например, на берлинской станции Вассмансдорф решетка имеет прозоры 25 мм. В таких случаях перед мелкой решеткой устанавливают грубые решетки с прозорами 80 мм и больше.
Принцип действия песколовки, как и любого отстойника, основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре выпадают на дно. Если кинетическая энергия струи в потоке велика, то частицы поддерживаются во взвешенном состоянии и медленно выпадают из потока; наоборот, при уменьшении скорости потока частицы быстро опускаются на дно. Песколовки должны быть рассчитаны на такую скорость, при которой выпадают только наиболее тяжелые минеральные загрязнения, мелкие же органические частицы не должны успевать осесть.
Отстойники предназначены для осаждения нерастворенных и частично коллоидных загрязнений преимущественно органического происхождения. Из сточной жидкости выделяют взвешенные вещества как тонущие (оседающие), так и плавающие.
Механическая очистка производственных сточных вод предназначается для выделения из них нерастворенных и частично коллоидных примесей. К методам механической очистки относятся: а) процеживание; б) отстаивание; в) фильтрование; г) удаление нерастворенных примесей гидроциклонами.
На очистных станциях образуется осадок, задерживаемый на решетках, ситах, в первичных и вторичных отстойниках. Осадок скапливается на станциях в значительном количестве.Отбросы, задерживаемые на решетках, перемалываются в дробилках и затем в виде пульпы обычно сбрасываются в канал за решетками и выпадают в осадок в первичных отстойниках.
Двухъярусные отстойники представляют собой сооружения цилиндрической или прямоугольной формы с коническим или пирамидальным днищем. В верхней части сооружений расположены так называемые осадочные желоба 1 (рис. Х.2), а нижняя часть 2 является гнилостной камерой.
Осадок, выпускаемый из сооружений по обработке ила, имеет высокую влажность. Для дальнейшего использования осадок должен быть подвергнут сушке. Существуют различные приемы сушки осадка; самым распространенным из них является сушка на иловых площадках.
Исследования, проведенные в СССР (в Мосочистводе) и за рубежом, показали, что хорошие результаты как в техническом, так и в экономическом отношении дает фильтрование осадка на вакуум-фильтрах.Как показала исследования, наилучшим материалом, обеспечивающим высокую производительность вакуум-фильтров, является хлорвиниловая ткань. Кроме того, эта ткань хорошо промывается.
Полями орошения называются специально подготовленные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод и используемые одновременно для агрикультурных целей.Если поля предназначены только для биологической очистки, без выращивания на них сельскохозяйственных культур, то они носят название полей фильтрации.
Биологические фильтры представляют собой сооружения, где процесс биологической очистки сточных вод происходит в искусственно созданных условиях.Биологические фильтры подразделяются на биофильтры периодического действия (или контактные) и биофильтры непрерывного действия.
Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно протекает смесь активного ила и очищенной сточной жидкости. Для лучшего и непрерывного контакта того и другого они постоянно перемешиваются при помощи сжатого воздуха или специальных приспособлений. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен непрерывно поступать кислород воздуха. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганиз-мов-минерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности п окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости.
Нормы рекомендуют устраивать пруды при необходимости дополнительной очистки предварительно очищенных сточных вод в теплое время года.В СССР биологические пруды впервые были устроены по инициативе проф. С. Н. Строганова на московских полях фильтрации. Пруды делают обычно неглубокими (0,6—1,5 м), так как при небольшой глубине увеличивается соприкосновение воды с воздухом и создаются хорошие условия для насыщения кислородом очищаемой жидкости.
Биологическую очистку производственных сточных вод следует применять, когда они содержат органические примеси, которые после предварительной обработки могут окисляться в результате биохимических процессов.
После биологической очистки количество бактерий, содержащихся в сточных водах, значительно уменьшается. Так, при биологической очистке на искусственных сооружениях (на биофильтрах или аэротенках) общее содержание бактерий уменьшается на 95%, при очистке на полях орошения — на 99%. Однако полного уничтожения болезнетворных бактерий можно достигнуть только при помощи обеззараживания сточных вод. Обеззараживать сточные воды можно различными способами: хлорированием, электролизом, бактерицидными лучами и пр.
Очищенные сточные воды при искусственной очистке отводят по каналу к месту спуска их в водоем. Отводной канал обычно заканчивается береговым колодцем, из которого очищенные сточные воды через выпуск сбрасываются в водоем.
Для нормальной эксплуатации канализационной сети и, следовательно, для бесперебойной ее работы необходимо проведение системы мероприятий.Для проведения всех этих мероприятий в городах, поселках и на промышленных предприятиях создают службу эксплуатации канализационной сети, состоящую из управлений, трестов, контор, отделов и участков, которые должны быть обеспечены соответствующим техническим и обслуживающим персоналом, транспортом, механизмами, инструментами, инвентарем, приспособлениями, материалами и т. п.
Периодический осмотр. Различают два вида периодического осмотра канализационной сети: наружный (поверхностный) и технический (глубокий).Наружный осмотр (без опускания в колодец) производит не реже 1 раза в месяц бригада обходчиков, состоящая из двух человек. Небольшие дефекты устраняет сама бригада; если же ею обнаружены более серьезные дефекты, то бригадир сообщает об этом на канализационный участок, который должен принять меры к срочному ремонту, прочистке или промывке сети.
Построенные очистные сооружения принимает Государственная комиссия, которая выдает письменное разрешение на эксплуатацию. Комиссия устанавливает соответствие построенных сооружений проекту, наличие оборудования и приборов.
Для обеспечения нормальной эксплуатации очистной станции создают ряд технологических цехов: механической очистки, биологической очистки, обработки осадка и пр. Кроме этих цехов эксплуатацию обеспечивают вспомогательные подразделения: механические мастерские, электромастерские, электрические подстанции, служба автоматики, отдел капитального строительства и пр.
Основным экономическим показателем системы канализации является эксплуатационная стоимость воды, т. е. стоимость транспортирования, очистки и отведения воды.Амортизационные отчисления производят для накопления средств: а) для воспроизводства (единовременного полного восстановления) сооружений и оборудования (основных средств) через некоторый срок, определяемый долговечностью сооружений; б) для капитального ремонта, производимого через определенные сроки в период эксплуатации сооружений.