Наружные канализационные сети и сооружения

3. Наружные канализационные сети и сооружения

3.1.  Характеристика сточных вод

К сточным водам относятся также дождевые и талые воды, стекающие с территории различных объектов.

В зависимости от источника и характера загрязнения сточные воды подразделяются на бытовые (хозяйственно-фекальные), технические (произ­водственные), дождевые (атмосферные) и специальные.

Основными показателями качества сточных вод, характеризующими их загрязненность, являются взвешенные вещества, биологическая потребность в кислороде (БПК), водородный показатель РН, стабильность (относительная стойкость) воды и бактериальное загрязнение.

Взвешенные вещества, в зависимости от крупности и удельного веса всплывают на поверхность, находятся во взвешенном состоянии или выпа­дают в осадок, зная норму водоотведения (q, л/сут) и количество загрязнений (a, г/сут) в сточных водах, приходящихся на одного человека в сутки, можно определить концентрацию их в единице объема сточных вод:

                                            Р= , мг/л                                        (1)

Рекомендуемые материалы

Общее количество кислорода, необходимое для окисления органиче­ских веществ аэробными микроорганизмами – минерализаторами, называ­ется биохимической потребностью в кислороде (БПК) и выражается в мг/л или г/м³.

БПК сточных вод определяют лабораторным путём. Расход кислорода для окисления пробы сточных вод в течение 5-ти суток при температуре 20⁰С обозначается БПК₅, а в течение 20-ти суток (время полного биохимического окисления) – БПК₂₀ или БПК_полн.

Концентрация сточных вод по БПК₂₀ (L₂₀)в зависимости от её суточ­ного значения на одного человека (БПК’₂₀) принимаемого равным 40 г для осветленных и 75 г для неосветленных сточных вод, и нормы водоотведения (q) может быть определена по формуле:

                              L₂₀=(БПК’₂₀)1000/q , мг/л                                         (2)

Общее количество кислорода, необходимое для перевода углерода ор­ганических соединений в углекислоту, водорода в воду, азота в аммиак, серы в серный ангидрид, называется химической потребностью в кислороде (ХПК).

Разность ХПК-БПК₂₀ может служить показателем прироста микроби­альной среды (ила) и наличия в сточных водах стойких органических ве­ществ, не затрагиваемых биохимическим процессом. Соотношение между БПК₂₀ и ХПК показывает на необходимость применения биохимической очи­стки сточных вод.

Водородный показатель рН характеризует химическую активность сточных вод. Сточные воды, направляемые для биохимической очистки или сбрасываемые в водоём (на рельеф местности) должны иметь рН в пределах от 6,5 до 8,5.

Сильнокислые (рН < 6,5) или щелочные (рН > 8,5) сточные воды перед поступлением на очистные сооружения следует подвергать нейтрализации.

Определенное количество свободного растворенного кислорода содер­жимся в сточной воде, а также в составе солей азотистой и азотной кислот – нитритов и нитратов. Часть кислорода расходуется на окисление органиче­ских веществ. Если в составе сточных вод органических веществ много и на их окисление израсходуется весь кислород, то начнутся процессы гниения с выделением газообразных продуктов, в частности, метана и сероводорода. Момент загнивания сточных вод можно определить из соотношения между общим содержанием кислорода, находящегося в растворенной форме или со­ставе азотистых солей и БПК. Это соотношение, выраженное в процентах, называется стойкостью или стабильностью воды. При стойкости воды 50% загнивание начинается на третий день, а при стойкости 99 % - на двадцатый день.

3.2.  Системы  водоотведения  (канализации)

Система канализации представляет собой комплекс инженерных со­оружений и устройств, предназначенных для организованного сбора, отведе­ния и обработки сточных вод. Основным принципом удаления сточных вод за пределы объекта является их транспортировка по трубам. Для небольших объектов может применяться вывоз сточных вод в специальных машинах. В зависимости от способа отведения сточных вод различных видов системы подразделяются на общесплавную, раздельную, неполную раздельную, полу­раздельную, комбинированную и вывозную.

Общесплавная – система канализации, в которой все виды сточных вод собираются в одну общую сеть труб и по ней отводятся за пределы объекта на очистные сооружения (рис. 10).

Рис. 10. Общесплавная система канализации.

В период сильных ливневых дождей количество дождевых сточных вод может быть в несколько раз больше, чем бытовых и технических. Сброс таких вод на очистные сооружения приведёт к необходимости значительного увеличения их пропускной способности, поэтому в системе предусматрива­ется, в период ливней, выпуск смеси дождевых, бытовых и технических вод, до их поступления на очистные сооружения в водоём через ливнеспуски.

 Общесплавную систему канализации с санитарной и технико-экономи­ческой точек зрения целесообразно применять в следующих случаях:

- при наличии водоёма (водотока) для сброса сточных вод;

- если отсутствуют насосные станции перекачки или количество их не превышает трех;

- при минимальной протяженности общего коллектора или возможно­сти устройства в начале его дождеспуска о коэффициентом разбавления час­тично сбрасываемых дождевых сточных вод, равным 2;

- если допускается сброс в водоём (водоток) части смеси дождевых и бытовых сточных вод после их механической очистки;

- если есть возможность выпуска всего количества сточных вод в во­доём (водоток), без полной биологической очистки.

Раздельной называют такую систему, в которой бытовые и загрязнен­ные технические (производственные) сточные воды собираются и отводятся по самостоятельной сети труб на очистные сооружения, а дождевые и ус­ловно чистые технические по другим сетям отводятся без обработки в бли­жайший водоём или овраг (рис. 11).

Преимуществом этой системы канализации являются:

- уменьшение первоначальных затрат на строительство, вследствие возможности разделения сроков начала и окончания строительства разных сетей в различное время;

- создание лучших условий гидравлического режима работы бытовой канализационной сети в течение суток.

Однако она имеет ряд существенных недостатков:

- менее приемлема по санитарным условиям, так как предполагает сброс дождевых и условно чистых технических сточных вод в пределах ка­нализуемого объекта без очистки;

- увеличение объёма работ и стоимости строительства за счет укладки самостоятельных сетей дождевой и бытовой канализации.

- увеличение площадей для прокладки сетей и усложнение производ­ства работ на проездах канализуемого объекта. Сброс в водоём без обработки всех дождевых вод приводит к загрязнению водоёмов, особенно при малой их мощности, и к снижению санитарных показателей системы.

Неполная раздельная – система канализации, в которой существует только одна сеть для сбора и отведения на очистные сооружения бытовых и загрязненных технических сточных вод (рис. 12), дождевые воды отво­дятся по кюветам и естественным склонам в водоём или овраги. Как и в раз­дельной системе, возможна самостоятельная обработка загрязнённых техни­ческих сточных вод и использование условно чистых в системе оборотного водоснабжения. По эко­номическим показателям она наиболее эффективна и находит применение при канализации военных городков, лагерей и некоторых других военных объектов.

Полураздельная система канализации представляет собой раздельную систему, но с устройством дождесбросных камер, в помощью которых пер­вые порции наиболее загрязненных дождевых сточных вод автоматически направляются в сеть бытовых и загрязненных технических сточных вод и со­вместно с ними по единому коллектору отводятся на очистные сооружения.

При этой системе строят одновременно две сети – дождевую и быто­вую, объединенную с технической.

Полураздельную систему канализации целесообразно устраивать, если по санитарным условиям возможен отвод более чистых дождевых сточных вод в водоём в черте населенного пункта или же по усло­виям рельефа возможен сброс загрязненных дождевых сточных вод перед очистными сооружениями или станциями перекачки.

В каждом отдельном случае целесообразность устройства этой системы канализации должна обосновываться санитарными и технико-экономическими показателями.

Рис. 12. Неполная раздельная система канализации.

Комбинированная система канализации представляет собой сочетание общесплавной и раздельной систем. Она применяется в случае, если в от­дельных районах населенного пункта целесообразно уст­ройство различных систем канализации. Эту систему необходимо устраивать в крупных военных.

Вывозная система применяется для небольших объектов, не имеющих централизованного водоснабжения (временные постройки на строительных площадках, отдельные удаленные здания и пр.). Нечис­тоты собираются в сборниках отхожих мест и периодически вывозятся в спе­циализированных ассенизационных машинах.

Выбор системы канализации производится с учетов местных условий, санитарно-гигиенических требований и технико-экономических показателей.

При отсутствии явных местных условий, определяющих целесообраз­ность применения той или иной системы канализации, необходима разра­ботка вариантов, с последующим сравнением их технико-экономических и санитарно-гигиенических показателей.

3.3. Наружная  канализационная  сеть

Основным элементом любой системы канализации (водоотведения), кроме вывозной, является наружная канализационная сеть.

Наружная канализационная сеть представляет собой систему проло­женных в земле труб и колодцев на них, предназначенную для сбора одного или нескольких видов сточных вод и отведения их к местам обработки или выпуска.

Наружная канализационная сеть включает дворовую и уличную сети, а также коллектор (общий водоотводящий трубопровод).

Дворовая сеть принимает сточные воды от одного здания или группо­вых зданий в пределах одного двора и отводит их в уличную сеть.

Уличная сеть принимает сточные воды от дворовых сетей и отводит их в общий трубопровод-коллектор.

По коллектору сточные воды поступают на очистные сооружения или к месту их выпуска в водоём или на рельеф местности.

На дворовой и уличной канализационных сетях, а также на коллекторе устраиваются колодцы различного назначения, которые обеспечивают на­дёжную работу наружной канализационное сети объекта в процессе ее экс­плуатации.

3.3.1. Схемы наружной канализационной сети

Схема наружной канализационной сети должна отражать условия от­ведения сточных вод от всех канализуемых объектов, обеспечивающие ми­нимальную протяженность сети и наименьшее заглубление труб.

В зависимости от характера движения сточных вод по трубам канали­зационной сети, она может иметь две схемы – самотечную и напорно-само­течную (самотечно-напорную).

При самотечной схеме канализационной сети движение всех видов сточных вод со всей территории канализуемого объекта до очистных соору­жений или выпуска происходит самотеком, за счет уклона труб.

В напорно-самотечной схеме канализационной сети на одних участках движение сточных вод осуществляется под напором, создаваемого, насос­ными станциями перекачки, на других – самотеком.

По начертанию канализационной уличной сети и коллектив в плане, по отношении к водостоку (водоема), в который сбрасываются очищенные сточные воды, можно выделить пять схем:

1. Перпендикулярная схема, которая предусматривает прокладку улич­ной сети и коллектора перпендикулярно берегу водотока (водоема) (рисунок 13 а). Эта схема применяется при резко выраженном уклоне рельефа местно­сти к водотоку (водоему) для отвода дождевых и незагрязненных техниче­ских сточных вод, не требующих очистки.

2. Пересеченная схема, в которой уличная сеть прокладывается пер­пендикулярно, а коллектор – параллельно или под некоторым углом к берегу водотока (водоёма) (рисунок 13 б). Эта схема применяется при необходимости очистки всех сточных вод и незначительном уклоне рельефа к водотоку (во­доёму). При крутом уклоне рельефа местности применение пересеченной схемы может привести к большим скоростям движение сточных вод в тру­бах, особенно уличной сети, опасным для их механической прочности.

По этой схеме может устраиваться канализационная сеть общесплав­ной системы канализации, а также для отведения бытовых и загрязненных технических сточных вод раздельной и неполной раздельной систем канали­зации.

Достоинством пересеченной схемы является возможность отведения сточных вод самотёком при минимальном заглублении труб, уложенных с использованием уклона рельефа местности.

3. Параллельная схема, это при которой уличная канализационная сеть про­кладывается параллельно береговой линии водотока (водоёма) или под неко­торым углом к ней, а коллектор – вдоль берега (рисунок 13 в). Применение этом схемы целесообразно при наличии больших уклонов рельефа местности от канали­зуемого объекта к берегу водотока (водоёма).

4. Зонная схема представляет собой несколько самостоятельных улич­ных канализационных сетей и сборных коллекторов, отводящих сточные воды с определенной части (зоны) объекта канализования (рисунок 13 г). Эта схема применяется, когда по условиям планировки объекта и рельефа местности не удается отвести сточные воды самотеком от всего объекта канализования на очистные сооружения.

5. Радиальная схема включает несколько самостоятельных уличных канализационных сетей с коллекторами и очистными сооружениями (рисунок 13 д). Эта схема применяется на объектах с рассредоточенной на большом терри­тории застройкой и слабо выраженным (плоским) рельефом местности, а также при канализовании крупных населенных пунктов.

Рис. 13. Схемы канализационной сети. а-перпендикулярная; б-пересеченная; в-параллельная; г-зонная; д-радиальная.

Схема наружной канализационной сети в каждом конкретном случае выбирается на основе технико-экономическом оценки вариантов, разрабо­танных с учетом местных условий, планировки объекта и других факторов.

По экономическим показателям наиболее эффективны перпендикуляр­ная, пересеченная и зонная схемы. При параллельной схеме имеет место большая протяженность канализационной сети, а при радиальной – строи­тельство нескольких очистных сооружений.

3.3.2. Основы расчета наружной канализационной сети

Основным этапом расчета наружном канализационной сети является её гидравлический расчет, который производится из условия своевременного и полного отведения расчетных расходов сточных вод при минимальных строительных и эксплуатационных затратах. При гидравлическом расчете определяются:

- диаметры труб, знание которых необходимо для конструирования сети;

- уклоны, с которыми необходимо уложить трубы для отведения рас­четного расхода со скоростями, обеспечивающими незасоряемость труб;

- наполнение труб (h/d) для пропуска расчетного расхода по сети, уло­женной с определенными уклонами.

На практике расчет канализационной сети производится по таблицам и номограммами. При этом руководствуются требованиями СНИП П-32-74.

1. Для предупреждения засорения и удобства быстрого его устранения установлены минимальные диаметры труб: для сетей, отводящих бытовые сточные воды – 150 мм; отводящих дождевые сточные воды из сетей обще­сплавной системы – 200 мм.

2. Расчетное наполнение (h/d) принимается в зависимости от диаметра труб: при d = 150-300 мм не более 0,6; при d = 350-450 мм не более 0,7; при d = 500-900 мм не более 0,75.

3. При расчетном наполнении труб сети бытовой канализации само­очищающие скорости составляют:

в трубах d = 150-250 мм – 0,7 м/с , d = 300-400 мм – 0,8 м/с; d = 450-500 мм – 0,9 м/с; d = 600-800мм – 0,95 м/с.

Максимальные расчетные скорости движения сточных вод по металли­ческим трубам не должны превышать 8 м/с, а по неметаллическим – 4 м/с.

4. Минимальные уклоны труб назначаются из условия обеспечения расчетных, самоочищающих скоростей движения сточных вод и при расчет­ном их наполнении принимаются: для труб d = 150м – 0,007; d = 200 мм – 0,005.

Для расчета канализационной сети составляется её расчетная схема на топографическом карте с горизонталями через 0,5-1 м. Расчет ведётся, на­чиная с участков, наиболее удаленных от коллектора по потоку сточных вод. Для этого, зная расчетный расход на участке и принижая уклон разным ук­лону местности, по таблицам выбирают диаметр, с учетом расчетного напол­нения и самоочищающей скорости. Если при принятом уклоне величина ско­рости получается меньше самоочищающей, то увеличивают уклон или уменьшают диаметр труб и решают задачу снова.

Гидравлическим расчет напорных участков сети сводится к определе­нию диаметров труб и потерь напора при движении по ним сточных вод. Расчет производится по тем же таблицам, что и для расчета самотечных ка­нализационных сетей с учетом полного заполнения труб. Потери напора на трение по длине определяются по формуле;

При скоростях движения сточных вод более 1,5 м/с для определения потерь напора пользуются номограммами, по которым, в зависимости от ма­териала труб и расчетной скорости движения сточных вод, определяется ко­эффициент сопротивления трения l по длине. Зная величину l, определяют J, а затем потери напора h_тр . Расчет самотечных и напорных сетей производится по формуле турбулентного движения:

              

Гидравлический радиус представляем собой отношение площади жи­вого сечения потока (w) к смоченному периметру (Р) и зависит от наполнения труб:

                                               R = W/P, м                                                   (6)

Вторым этапом расчета канализационном сети является её высотное проектирование, которое заключается в определении минимальных и на­чальных глубин заложения в продольном профиле, а также отметок лотков труб в местах их подсоединения к колодцам.

В соответствии со СНиП минимальная глубина заложения лотка (нижней кромки) канализационных труб назначается на основании опыта строительства и эксплуатации канализации в данном районе или аналогич­ных условиях. При отсутствии указанных выше данных, нормами допуска­ется принижать минимальную глубину заложения лотка трубы: при d = 500 мм на 0,3, a при d = 500 мм на 0,5 менее наибольшей глубины промерзания в рай­оне строительства канализации.

Для защиты труб от механических повреждений наземным транспор­том глубина заложения до верха трубы должна быть не менее 0,7 м.

Начальная глубина заложения Н_н сети зависит от глубины, на которой подключается к ней выпуск сточных вод из отдельно стоящего здания (объ­екта, сооружения) (рис.14) и может определяться по формуле:

                              Н_Н = Н_ЗД + JL – (z₁ – z₂), м                                          (7)

где: Н_ЗД - глубина заложения выпуска сточных вод из здания (сооруже­ния), м;

J - гидравлические уклон,

L - длина канализационной трубы от здания до сети, м

z₁, z₂  - отметки земли у здания и в начале сети.

Для обеспечения приёма сточных вод от санитарных приборов первого этажа минимальное значение Н_ЗД принимается равным 0,7 м, в случае распо­ложение приборов ниже уровня земли, оно должно быть соответственно уве­личено.

Величина максимально целесообразного заглубления сети определя­ется на основе технико-экономического сравнения – самотечного движения сточных вод по трубам с глубоким заложением и напорной подачи их по трубам с мелким заложением.

Практически наибольшая глубина заложения самотечных канализаци­онных сетей принимается в сухих породах 6-8 м, в водонасыщенных – до 4 м.

При необходимости большего заглубления устраиваются канализаци­онные насосные станции, а для подъёма сточных вод в вышерасположенный участок сети – станции перекачки.

Высотное проектирование производится одновременно с гидравличе­ским расчетом сети. Для этого вычерчивается профиль поверхности земли по трассам сетей, определяется величина начального заглубления сети и произ­водится расчет её заглубления по каждому из последующих участков сети с учетом данных гидравлического расчета.

3.3.3.  Элементы  наружной  канализационной  сети

Основными элементами канализационной сети являются: канализаци­онные трубы; смотровые, промывные и перепадные колодцы; дюкеры.

Смотровые колодцы устраиваются во всех точках изменения направле­ния сети (поворотные), точках соединения труб между собой (узловые), на прямых участках через 50 м при диаметре труб от 150 до 600 мм, а также во всех местах изменения уклонов и диаметров труб. Они устраиваются из сборных железобетонных элементов. Внутри колодца, в его основании, уст­раиваются открытые лотки.

Обратите внимание на лекцию "Влажность воздуха".

Промывные колодцы устраиваются на начальных безрасчетных участ­ках сети, где скорость движения сточных вод менее самоочищающей.

Промывной колодец представляет собой круглую камеру, соединенную трубой с промываемым участком сети.

Перепадные колодцы устраиваются на местности с большими укло­нами для гашения недопустимой скорости движения сточных вод в трубах.

В местах пересечения канализационной сети с реками, каналами и ов­рагами устраиваются дюкеры. Дюкер состоит из входной и выходной камер и напорных трубопроводов, соединяющих эти камеры и проходящих через реку, канал, овраг.

Наименьший диаметр напорных трубопроводов дюкера принимается 150 мм, а их количество при пересечении рек не менее двух. Расчетные ско­рости движения сточных вод в дюкерах принимаются не менее 0,9 м/с.

Канализационные насосные станции, находящиеся на территории кана­лизуемого объекта размещают на расстоянии не менее 20-30 м от жилых и общественных зданий. Канализационная насосная станция имеет приемный резервуар с ре­шетками, машинное помещение (зал) и вспомогательные помещения.