Характеристика и классификация систем водоотведения в городах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Экономическое и экологическое значение систем водоотведения

Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. К сточным водам относятся также атмосферные осадки - дождевые и талые воды, выпадающие на территориях городов, населенных мест и промышленных предприятий. Сточными водами также являются подземные воды, извлекаемые из шахт при добыче полезных ископаемых. Такие воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Системы водоотведения устраняют негативные последствия воздействия сточных вод на окружающую природную среду. Наиболее совершенными системами являются замкнутые системы водоотведения, обеспечивающие очистку сточной воды до качества, при котором возможно повторное использование воды в промышленности или сельском хозяйстве. Системы водоотведения тесно связаны с системами водоснабжения. Потребление и отвод воды от каждого санитарного прибора, квартиры и здания без ограничения обеспечивают высокие санитарно-эпидемиологические и комфортные условия жизни людей. Кроме этого, постоянный рост и развитие промышленности привел к возрастанию объемов производственных сточных вод и степени их загрязненности. Правильно запроектированные и построенные системы отведения стоков при нормальной эксплуатации позволяют своевременно отводить огромные количества сточных вод, не допуская аварийных ситуаций со сбросом стока в водоемы. Это, в свою очередь, позволяет значительно снизить затраты на охрану окружающей среды и избежать ее катастрофического загрязнения.

2. Сточные воды, их состав, классификация

Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам:

· по месту образования;

· по виду содержащихся в стоках веществ;

· по фазово-дисперсному состоянию загрязнений.

По месту образования сточные воды могут быть:

Бытовые - от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Производственные - стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

Атмосферные - образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков. К этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные).

Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позволяет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три следующие основные группы загрязнений:

Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи.

Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения растительного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т. д.) и животного происхождения, в которых преобладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т. д.). В бытовых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхождения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений:

Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности на:

Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц, размером не более 0,01 мкм (10-8 м).

Коллоидные вещества - частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм.

Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные вещества.

Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и загрязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих:

· преимущественно минеральные вещества;

· преимущественно органические вещества;

· органические, ядовитые вещества.

В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по значению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокислые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные).

3. Обобщенные показатели загрязненности сточных вод

Для характеристики загрязненности сточных вод используют т. н. суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности:

Взвешенные вещества - количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы

Оседающие вещества - часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки.

Сухой остаток - количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105С.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) - количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот показатель характеризует содержание органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) - количество кислорода, необходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде.

Концентрация ионов водорода - выражается величиной pH (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH < 7, и щелочной при pH > 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8.

Коли-титр - наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами.

4. Системы водоотведения городов

Система водоотведения города - комплекс сооружений, предназначенный для приема и отведения сточных вод всех категорий. Удаление сточных вод за пределы населенных пунктов и промышленных предприятий осуществляется, как правило, самотеком по трубам и каналам, поэтому их прокладывают с уклоном. В современных городах устраивают централизованную систему водоотведения, состоящую из внутренних и наружных водоотводящих сетей, насосных станций и очистных сооружений.

Выделяют три основные системы водоотведения:

1. Общесплавная система имеет одну водоотводящую сеть, предназначенную для отвода сточных всех видов: бытовых, производственных и дождевых.

Во время сильных дождей часть смеси производственно-бытового и дождевого стока сбрасывается в водный поток через ливнеспуски.

2. Раздельная система водоотведения бывает полной и неполной. Полная раздельная система водоотведения имеет две закрытые водоотводящие сети, одна - для отведения бытовых и производственных стоков, вторая - для отвода дождевых сточных вод. Неполная раздельная система отличается от полной тем, что дождевые стоки отводятся открытой сетью, то есть уличными лотками, кюветами и канавами.

Дождевые сточные воды могут отводиться в водоем как без очистки, так и с очисткой

3. Полураздельная система водоотведения имеет две водоотводящие сети - производственно-бытовую и дождевую. В местах пересечения этих сетей устраивают разделительные камеры, назначение которых состоит в том, чтобы сбрасывать в водоем во время сильных дождей избыточную часть стока. Таким образом, в производственно-бытовую сеть через разделительные камеры поступает только наиболее загрязненная часть ливневых сточных вод.

Кроме этих основных систем, в некоторых городах может быть еще одна. Комбинированная система водоотведения - это такая система, при которой населенный пункт в одной части оборудован общесплавной системой, а в другой - полной раздельной. Такие системы складываются исторически в развивающихся городах.

5. Сравнительная технико-экономическая и экологическая оценка систем водоотведения

Общесплавная система

Достоинства:

· Меньшая протяженность трубопроводов по сравнению с остальными системами

· Сброс неочищенных стоков может быть отрегулирован с учетом самоочищающей способности водоема.

· Уменьшение количества сооружений на сети.

· Значительно меньше стоимость эксплуатации по сравнению с полной раздельной системой.

Недостатки:

· Больше диаметры труб, и, как следствие, увеличение капитальных вложений на строительство сети

· Высокая стоимость насосных станций и очистных сооружений

· Сброс в водоемы во время ливней смеси бытовых, дождевых и производственных стоков.

Основные условия применимости:

· при расходах в водном потоке не менее 5 м3/с.

· при малом количестве районных насосных станций.

· при высокой плотности населения.

· при дождях малой интенсивности.

Полная раздельная система.

Достоинства:

· Меньшие капитальные вложения по сравнению с общесплавной системой.

· Меньшая стоимость насосных станций и очистных сооружений по сравнению с общесплавной системой.

· Невозможность поступления производственно-бытовых стоков в водоем.

Недостатки:

· Большая протяженность сети.

· Повышенные эксплуатационные затраты.

· Сброс всех дождевых стоков в водоем.

Основные условия применимости:

· при допустимости сброса всех дождевых стоков в водоем.

· при большом количестве районных насосных станций.

· при дождях высокой интенсивности.

Полураздельная система.

Достоинства:

· Отсутствие сброса производственно-бытовых и сильно загрязненных дождевых сточных вод в водоем.

· Очистка наиболее загрязненной части дождевого стока.

Недостатки:

· Самая высокая стоимость строительства.

Основные условия применимости:

· при малых или непроточных водоемах.

· для районов акваторий, использующихся для отдыха населения.

· при повышенных требованиях к защите водоемов.

Общая схема водоотведения и ее элементы.

Схемой водоотведения называется технически и экономически обоснованное проектное решение принятой системы водоотведения с учетом местных условий и перспектив развития объекта водоотведения.

Схема водоотведения обслуживаемого объекта (города или промышленного предприятия) включает разнообразные сооружения, которые по своему назначению делятся на две основные группы.

К первой группе относят оборудование и сооружения, предназначенные для приема и транспортирования сточных вод:

· Внутренние водоотводящие устройства (внутренняя сеть),

· Наружная водоотводящая сеть,

· Насосные станции и напорные водоводы.

Ко второй группе относят:

· Очистные станции и сооружения,

· Выпуски сточных вод в водоем.

Внутреннюю водоотводящую сеть в зависимости от категории отводимой жидкости подразделяют на:

· Бытовую - для отведения из зданий бытовых и фекальных сточных вод,

· Производственную - для отведения из цехов производственных сточных вод,

· Дождевую - для отведения дождевых и талых вод с поверхности крыш зданий.

Бытовая внутренняя водоотводящая сеть включает в себя приемники сточных вод (унитазы, умывальники, раковины и т. д.), отводные линии к стояку, сами стояки и выпуски из зданий. Более подробно бытовую внутреннюю канализацию и водопровод рассматривают в курсе “Санитарно-техническое оборудование зданий”.

Схемы внутреннего производственного водоотведения характеризуются большим разнообразием в зависимости от производства, установленного оборудования и т. п. условий.

Наконец, внутренние водостоки состоят из приемных воронок, отводных труб, стояков и внутренних коллекторов. Наружная водоотводящая сеть состоит из подземной сети труб и каналов, прокладываемых с уклоном. Эти сети разделяются на дворовые, внутриквартальные и уличные.

1. Дворовая водоотводящая сеть располагается в пределах одного двора и обслуживает одно или несколько зданий, она включает в себя выпуски из зданий, приемные и смотровые колодцы, а также систему подземных труб небольшого (150…200 мм) диаметра.

Последний колодец перед присоединением дворовой сети к уличной сети называется контрольным колодцем.

2. Внутриквартальная сеть располагается уже в пределах квартала или микрорайона, состоит из тех же элементов, что и дворовая.

3. Уличная водоотводящая сеть служит для транспортирования сточных вод, поступающих от отдельных кварталов населенного пункта в один трубопровод, называемый коллектором. Различают следующие виды коллекторов:

· коллектор бассейна водоотведения - собирает сточные воды из сети одного бассейна водоотведения,

· главный коллектор - собирает сточные воды от коллекторов бассейна водоотведения,

· загородный коллектор - отводит транзитом стоки за пределы населенного пункта к насосной станции или очистным сооружениям

При необходимости перекачки сточных вод из отдельных районов устраивают насосные станции и напорные трубопроводы сточных вод. Насосные станции могут быть трех видов:

· местные - принимают и отводят стоки от группы или отдельных зданий,

· районные - осуществляют подъем сточных вод из глубоко лежащих коллекторов в более высоко расположенные,

· главные - насосные станции, подающие воду на очистные сооружения со всего населенного пункта

Напорные трубопроводы транспортируют сточную воду на более высокие отметки (например, на станцию очистки).

От главной насосной станции стоки поступают на очистные сооружения канализации, где происходит их очистка до необходимой степени.

Выпуски воды в водоем - специальные сооружения, конструкция которых обусловлена следующими требованиями: обеспечение быстрого и интенсивного смешения сточных вод с водой водоема и исключение разрушения самого выпуска потоками сбрасываемой сточной воды и воды водоема.

Схемы наружных водоотводящих сетей.

Имеются 4 основные схемы начертания наружных водоотводящих сетей населенных пунктов:

· Перпендикулярная.

· Пересеченная.

· Зонная.

· Радиальная.

Выбор той или иной схемы зависит от принятой системы водоотведения и особенностей рельефа местности.

1. Перпендикулярная схема применяется для дождевой канализации. По этой схеме коллекторы трассируются по рельефу местности к водному потоку по наикратчайшему расстоянию.

Эта схема применяется тогда, когда или нет необходимости в очистке сточных вод, либо такая возможность отсутствует.

2. Пересеченная схема предусматривает прокладку главного коллектора по пониженной части объекта обычно вдоль водного потока. Эта схема применима при раздельной и общесплавной системах водоотведения.

Пересеченная схема применяется тогда, когда необходима очистка сточных вод.

3. Зонная схема применяется на объектах со значительной разницей отметок поверхности земли по террасам. Встречается редко.

4. Радиальная схема предусматривает трассировку коллекторов от центра населенного пункта, при этом может быть устроено несколько очистных станций.

Эта схема применяется при условии возможности использования двух или более приемников сточных вод. Кроме четырех наиболее распространенных схем водоотведения, известны и другие, например :

· местная - сеть, которая обслуживает одно или группу зданий с самостоятельными очистными сооружениями,

· веерная - применяется при очень больших уклонах местности к водоему, поэтому коллекторы располагаются почти параллельно друг другу.

На территории промышленных предприятий обычно устраивают полную раздельную систему водоотведения, в которой имеются производственная, бытовая и дождевая сеть.

Если рассматривать соотношение числа очистных станций и населенных пунктов, все схемы водоотведения можно разделить на централизованные, децентрализованные и районные.

При централизованной схеме водоотведения сточные воды со всего города собираются и отводятся единой сетью на одну очистную станцию.

При децентрализованной схеме устраивают районную канализацию с самостоятельными очистными сооружениями.

Для нескольких близко расположенных населенных пунктов или предприятий применяют районную схему водоотведения, при этом устраивают одну очистную станцию большой мощности вместо нескольких маломощных станций очистки.

6. Бассейны водоотведения

Бассейн водоотведения - это часть объекта водоотведения, ограниченная водоразделом или водоемом, вертикальной планировкой города или границами застройки, водоотведение с которой осуществляется системой самотечных трубопроводов.

Границы бассейна водоотведения, как правило, соответствуют линиям водоразделов. При плоском рельефе местности границы бассейнов назначают, исходя из условия возможно большего охвата территории самотечной сетью.

7. Принципы проектирования водоотводящей сети

сточный канализация водоотводящий

В практике проектирования решаются две задачи: проектирование вновь или расширение существующих систем водоотведения. Основным материалом для разработки проекта водоотводящей сети является проект районной планировки или проект планировки и застройки города. Для проектирования сети промышленного предприятия необходим генеральный план. Границы канализуемой территории в населенном пункте определяются обычно в пределах размещения застройки.

Проектирование начинается с разбивки территории города на бассейны водоотведения и выбора системы и схемы водоотведения. Затем определяется место расположения канализационных очистных сооружений и место выпуска очищенных стоков. Следующий этап - трассировка сети по бассейнам водоотведения. Для этого намечают трассу главного коллектора, трассы коллекторов бассейнов водоотведения, выявляют районы, для которых требуется перекачка стоков, выбирают площадки для размещения насосных станций и намечают принципиальную схему водоотведения.

Водоотводящие сети населенных мест и промышленных предприятий проектируются самотечными. Только при большом заглублении сети устраивают насосные станции, которые перекачивают сточные воды из глубоких коллекторов или на очистные сооружения или в коллекторы, имеющие более мелкое заложение.

Число насосных станций зависит от рельефа местности, гидрогеологических условий и других особенностей. В некоторых случаях при пересеченном рельефе местности оказывается целесообразным вместо устройства станций перекачки проложить тоннель небольшого протяжения, пересекающий местную возвышенность.

В крупных городах значительную сложность представляет собой реконструкция уже существующих систем водоотведения. По ряду технических, экологических и экономических причин в крупных городах часто бывает нерациональным проектировать самотечно-напорные схемы водоотведения с небольшим заглублением. Поэтому в этих случаях укладывают коллекторы глубокого заложения, которые находятся на глубине нескольких десятков метров в устойчивых и плотных грунтах. Такие коллекторы сооружают методом щитовой проходки, применяемой, например, для строительства метрополитена.

Размещено на Allbest.ru

...