Тема 3. Канализация.

Системы и схемы канализации

Канализация (водоотведение) – это система инженерных сооружений для приема, отведения и очистки сточных вод с последующим сбросом в водоемы. Сточные воды обладают высокой санитарной опасностью, содержат болезнетворные микроорганизмы и вредные вещества. Отвод сточных вод и очистка улучшают экологическую безопасность городов.

Виды сточных вод

Сточные воды принято разделять на три группы: бытовые, производственные и атмосферные.

Бытовые (хозяйственно-фекальные) – образуются в результате жизнедеятельности населения. Хозяйственные воды поступают от раковин умывальников, ванн и кранов, фекальные – из туалетов от унитазов и писсуаров в результате слива фекалий и мочи. К бытовым стокам относят воды из бань, прачечных и душевых.

Бытовые стоки содержат минеральные, органические и бактериальные загрязнения.

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в производственных процессах предприятий (охлаждение, промывка, приготовление технологических растворов и т.д.). Они могут содержать те же виды загрязнений, что и бытовые, но дополнительно могут содержать токсичные вещества. По составу обычно более разнообразны, чем бытовые. Промышленные стоки делятся на загрязненные и условно-чистые (нагретые чаще всего).

Атмосферные (дождевые) воды образуются в результате смывания пыли и мусора выпадающими дождями или тающим снегом с территории городов и предприятий. Они содержат в основном минеральные загрязнения.

Загрязненность сточной жидкости характеризуется количеством загрязнений, содержащихся в единице объема, т.е. концентрацией в мг/л или г/м³.

Состав сточных вод влияет на выбор материалов труб и состава очистных сооружений, а также возможность повторного использования для промышленного водоснабжения.

Классификация систем канализации

Системы канализации состоят из следующих элементов:

а) внутренняя канализация зданий и сооружений;

б) наружная канализационная сеть;

в) перекачивающие насосные станции и напорные трубопроводы;

г) сооружения для очистки сточных вод и выпуска в водоем.

Внутренняя канализация предназначена для приема сточных вод и отведения их за пределы зданий. Наружная канализационная сеть собирает стоки от зданий и сооружений и отводит их на очистные сооружений. Она делится на внутриквартальную и уличную сеть. Коллектором называют участок канализационной сети, принимающий стоки от нескольких уличных трубопроводов. Крупные коллектора называют каналами или тоннелями. Очистные сооружения предназначены для удаления из стоков основной массы загрязнений. Трубопровод или канал для отведения очистных стоков в водоеме называют выпуском. Наружные сети делятся на хозяйственно-бытовую, производственную и дождевую (питьевые водостоки) по виду отводимых вод.

Различают следующие системы канализации:

1. Общесплавная, когда все виды сточных вод отводятся на очистные сооружения по единой канализационной сети.

2. Раздельная система, при которой предусматриваются отдельные сети для хозяйственно-фекальных, производственных и дождевых вод. В свою очередь она делится на две подсистемы:

а) полная раздельная состоит из двух и более отдельных сетей. По одной из них отводят хозяйственно-бытовые и загрязненные производственные стоки на очистные сооружения, а по другой – атмосферные воды и условно-чистые производственные стоки в водоем без очистки либо после простейшей очистки;

б) неполная раздельная система отличается от полной тем, что отдельную сеть для атмосферных вод не устраивают и они отводятся открытыми каналами, лотками или канавами;

в) полураздельная практически аналогична полной раздельной, но в местах пересечения дождевой канализации с бытовой устраиваются водосборные соединительные камеры, позволяющие первые, наиболее загрязненные порции атмосферных вод направить на очистные сооружения вместе с хозяйственно-бытовыми стоками. При больших дождях атмосферные воды малозагрязнены и сбрасываются в водоем без очистки.

3. Комбинированная, когда наряду с районами, имеющими раздельную систему, существуют районы с общесплавной системой.

Полная раздельная система канализации требует больших капитальных затрат, однако обеспечивает хорошие санитарно-гигиенические условия на территории города и прилегающих водоемах.

Неполную раздельную систему чаще всего применяют как первую очередь строительства полной раздельной системы. Общесплавная система в настоящее время применяется редко, поскольку очистные сооружения будут работать на полную мощность только во время больших дождей.

Промышленные сточные воды могут сбрасываться в городскую канализацию после предварительной очистки на локальных сооружениях.

Схема канализационной сети (схемы канализации)

Схема канализационной сети зависит от рельефа местности и генплана города. Сточные воды от зданий и сооружений отводят по безнапорным трубопроводам вниз по уклону. На генплане выделяют бассейны канализования, границы бассейнов проходят по водоразделам. Уличные коллекторы желательно направлять перпендикулярно горизонталям, главные коллекторы направляют вдоль берегов рек, по долинам, по балкам. Применяют следующие схемы канализования:

1. Перпендикулярная, при которой коллекторы отдельных бассейнов канализования направляют перпендикулярно водоему (реке). Такая схема применяется обычно для отвода атмосферных вод (Рис 3.1.) без очистки.

Рис. 3.1. Перпендикулярная схема канализации

2. Пересеченная схема применяется, если территория города понижается в сторону водоема. Коллекторы бассейнов канализования перехватываются главным коллектором и подается на очистные сооружения.

Рис. 3.2. Пересеченная схема канализации

3. Параллельная схема (веерная), при которой коллекторы бассейнов канализования направлены параллельно друг другу или под углом и перехватываются главным коллектором, отводящим воду на очистные сооружения. Схему принимают при большом уклоне местности к реке (Рис. 3.3.).

Рис. 3.3. Параллельная схема канализации

4. Радиальная (децентрализованная) схема применяется, если территория объекта может быть разбита на бассейны канализования с радиальным направлением стока от центра к периферии. Каждый район (бассейн) имеет самостоятельную систему канализации (Рис. 3.4.).

Рис. 3.4. Радиальная (децентрализованная) схема канализации

5. Зонная или поясная схема применяется при рельефе с выраженными террасами. По этой схеме объект разбивается на зоны с самостоятельными сетями. При этом часть вод отводится на очистные сооружения самотеком, а часть – перекачивается.

Рис. 3.5. Зонная или поясная схема канализации

Выбор схемы канализации производится на основе технико-экономических сооружений.

Для регионов с близкорасположенными городами и поселками возможно применение районной схемы канализации с общими очистными сооружениями. Очищенные городские стоки могут быть направлены на повторное использование в системах промышленного водоснабжения.

Канализационные сети

Канализационные сети являются наиболее капитало- и материалоемким элементом системы канализации. Ее стоимость может составлять от 40 до 80 % стоимости всей канализации объекта.

Трассировка сети

Трассировкой называют размещение сети на генплане населенного пункта. Сначала выделяют бассейны канализования в зависимости от рельефа местности. Выбирают место расположения очистных сооружений ниже населенного пункта по течению реки. В каждом бассейне намечают сборный коллектор, затем наносят уличные сети. Трасса главного коллектора, объединяющего ряд бассейнов, направляется вдоль рек или балок. Уличные сети направляют примерно перпендикулярно горизонталям вниз по руслу для обеспечения самотечного режима отвода стоков.

Трассировка уличных сетей возможна по трем схемам:

а) по пониженной грани, такая схема применяется при уклоне поверхности земли с одной или двух сторон кварталов более 0,008 – 0,01. Сеть сток с каждого квартала идет в участок сети, проложенный с пониженной стороны квартала.

б) по объемлющей схеме, когда уклон местности относительно невелик (до 0,005 – 0,007), либо при больших размерах кварталов.

В обеих схемах сети прокладывают по улицам.

в) черезквартальная схема применяется при прокладке коллекторов внутри кварталов, что обычно сокращает протяженность сети. Пересечение трубопроводов допускается под уклоном. Трубопроводы канализации должны быть проложены вне твердого покрытия дорог, лучше в зеленой или технической полосе улиц. Канализационные линии прокладываются прямолинейно. В местах поворота линий, при схеме уклонов или диаметров трубопроводов или пересечения нескольких линий следует устраивать колодцы. Количество пересечений с железными дорогами, реками или другими водными объектами, подземными сооружениями должно быть минимальным.

Трубы, колодцы и сооружения на канализационных сетях

Для устройства канализационных сетей применяют следующие виды труб: керамические, бетонные и железобетонные, асбестоцементные, пластмассовые и чугунные.

Керамические трубы применяют для устройства канализационных сетей в агрессивных грунтах, возможна транспортировка как бытовых так и производственных сточных вод. Диаметры выпускаемых труб от 150 до 600 мм, длиной 800-1200 мм. Соединения труб раструбные, заделка раструба производится смоляной прядью (каболькой) и затем асфальтовой мастиков, либо цементом или асбоцементом. Возможны раструбные соединения с резиновыми кольцами либо пластизолом. Керамические трубы очень долговечны и стойки против коррозии. Недостаток – хрупкость и короткая длина.

Трубы бетонные и железобетонные могут быть безнапорными и напорными. Поперечное сечение круглое, либо круглое с плоской подошвой. Диаметры бетонных труб от 200 до 600 мм, длина 1 или 2 м. Соединение раструбные, аналогично керамическим. Гладкие концы труб соединяются муфтами. Железобетонные безнапорные трубы выпускаются диаметром от 500 (400) до 2400 мм (3500), длина 3 м или 5 м. Соединение также раструбные или фальцевые. Недостатком труб является подвешенность биохимической (сероводородной) коррозии.

Асбестоцементные безнапорные трубы выпускают диаметром от 100 до 400 мм, соединения лифтовые с резиновыми кольцами, длина труб 2-3 м.

Трубы пластмассовые из винипласта, полиэтилена, выпускаются диаметром от 100 до 400 мм, длиной 6,8, 10 и 12 м. Соединения труб сварной, склеиванием, либо резиновыми уплотнителями. Очень стойки трубы против коррозии, но боятся корней деревьев.

Чугунные канализационные трубы выпускаются диаметром от 50 до 150 мм и используют во внутридомовых системах и дворовой канализации. Возможно использование напорных чугунных (водопроводных) труб.

Стальные трубы применяют, обычно, для напорных трубопроводов от насосных станций.

Пластмассовые трубы (винипласт, полиэтилен, стеклопластик и т.д.) применяют для прокладки самотечных и напорных трубопроводов. Соединяют с помощью сварки, склеивания или на раструбах.

Для наблюдения за канализационной сетью и прочистки труб предусматриваются смотровые колодцы из бетонных колец или кирпича. Обязательны колодцы: в местах присоединений (узловые), в местах изменения направлений, поворотных уклонов и диаметров труб. На прямолинейных участках (линейные и промывные) на следующих расстояниях:

Ø150 мм – 35 м	1000-1400 мм – 150 м
Ø200-450 мм – 50 м	1500-2000 мм – 200 м
Ø500-600 мм – 75 м	>2000 мм – 250-300 м
Ø700-900 мм – 100 м

Диаметры колодцев зависят от диаметра труб и составляют от 1 до 2 м, но могут быть и прямоугольники. Требования к люкам – как у водопроводных.

Высота рабочей части не менее 1,8 м.

При переходе канализации через овраги трубопровод может прокладываться по эстакаде. Пересечение железных дорог осуществляется в кожухе (футляре) из стальных труб.

Через реки канализация прокладывается в напорных дюкерах, число линий дюкера не менее 2-х, обязательна труба для сброса стоков при аварии в реку.

При сдаче в эксплуатацию сеть испытывается на утечку воды либо приток воды (в мокрых) грунтах. Величина утечек (эксфильтрация) и притока (инфильтрация) регламентируются в зависимости от диаметра и материала труб в пределах от 7 до 40 м³/сут на 1 км длины трубопровода.

Канализационные насосные станции

Предназначены для перекачки сточных вод, разделяются на главные, районные, линейные и местные. Главные – перекачивают стоки от всего города на очистные сооружения, районные – от отдельных бассейнов канализирования, линейные (подкачки) служат для подъема стоков в случае излишнего заглубления коллектора в коллектор с меньшим заглублением, местные – перекачивают стоки от одного или нескольких зданий.

Канализационные насосные станции состоят из приемного резервуара, машинного отделения и вспомогательных помещений.

Приемный резервуар необходим поскольку сточные воды поступают неравномерно. Его емкость рассчитана не менее чем на 5-минутную подачу наибольшего из установленных на станции насосов. При этом емкость приемного резервуара должна обеспечивать не более 6 включений насосов в час, т.е. – на 10 минутный максимальный приток сточных вод.

Решетки служат для задержания крупных примесей. Насосы лучше использовать вертикальные, с двигателем, размещенным в надземной части насосной станции (ФВ). Перекачиваются стоки фекальными насосами. Вентиляция должна обеспечить не менее чем 5-кратный воздухообмен в машинном зале.

По форме в плане станции бывают круглыми и прямоугольными. Круглыми насосные станции устраивают в случае их глубокого заложения, высокого уровня грунтовых вод и сложных по строительным свойствам грунтах. Строят их обычно опускным способом. Прямоугольными, как правило, сооружают станции большой производительности, имеющих сравнительно малое заглубление. Для обеспечения работы насосов при насосных станциях предусматриваются приемные резервуары.

Р ис. 3.6 – Канализационная насосная станция

1 – самотечный коллектор,

2 – решетка,

3 – приемный резервуар,

4 – насосная станция,

5 – напорные трубопроводы,

6 – насосы.

Для транспортирования сточных вод через реки, овраги и при пересечении канализационной сети с подземными сооружениями служат специальные устройства – дюкеры (рис. 3.7). Дюкер состоит из входной камеры, линий дюкера (трубопроводов) и выходной камеры.

Дюкеры устраивают из стальных труб, реже из чугунных. Камеры дюкера устраивают из сборного железобетона. Схема дюкера выглядит так:

1 – камера входная, 2 – камера выходная,

3 – стальной трубопровод.

Рис. 3.7 – Схема дюкера

Под железными и шоссейными дорогами в зависимости от диаметра канализационного коллектора сооружаются переходы из стальных, чугунных или железобетонных труб. Конструкция таких переходов аналогична переходам водопроводных линий.