Учебное пособие 2119

2)принятые расчётные скорости для расчётных расходов;

3)режим поступления сточных вод по часам суток и их количественные изменения;

4)скорости движения воды в трубах при минимальных расходах;

5)состав загрязнений сточных вод и их температура;

6)влияние местных сопротивлений на условия работы сети;

7)изменение шероховатости труб при выпадении в них осадка и ряд других.

Новые жилые микрорайоны располагаются, главным образом, в периферийных районах города, отвод сточных вод от них ведётся перекач-

кой. Режимы работы РНС, КНС, ГКНС часто в пределах города не со-

гласованы. Кроме того, согласно [46, п.5.18] вместимость приёмного резервуара насосной станции принимают по минимуму, рассчитывая на 5- минутную максимальную производительность одного из насосов. Это не сокращает неравномерность поступления стоков в последующую сеть, а иногда (чаще в малых городах при неграмотном подборе насосного оборудования на ГКНС) увеличивает её, создавая неблагоприятные гидравлические условия сети на время сбора стока в резервуар и время отключения насосных агрегатов [20, с.187-192].

В основу проектирования водоотводящих самотечных сетей положена методика расчёта в условиях установившегося и равномерного движения сточных вод с концентрацией взвешенных веществ до 500 мг/л и температурой 10 0С. Для обеспечения незасоряемости труб при пропуске максимального секундного расхода подбираются диаметры труб и уклоны их укладки из условия скорости движения воды в них не ниже критической, а наполнения - h, непревышающего 0,6d (для диаметров 150-250 мм) и 0,8d – для диаметров d 1000 мм. Ограничения степени наполнения труб, принятые в нормативной литературе [46], не отвечают оптимальным гидравлическим условиям, т.е. максимальная пропускная способность труб круглого сечения по законам гидравлики достигается при наполнении h=0,95d, а наибольшие средние скорости имеют место при наполнении h=0,813d [61]. Следовательно, самотечные трубы малых диаметров работают не в лучших гидравлических условиях, даже при пропуске максимальных расходов сточных вод, которые в 2,5 – 2 раза превышают их средние секундные значения.

Например, средний секундный расход qmid=5 л/с в керамических трубах диаметром d=150 мм, уложенных с уклоном i=0,008, будет отводиться при наполнении h<0,45d со скоростью 0,7 м/с. Это условие отвечает требованиям

СНиП [46]. Максимальный расход qmax.s.=5 2,5=12,5 л/с, по этой же трубе, может быть пропущен только при наполнении h>0,75d. Такое условие не отвечает

требованиям СНиП (хотя максимальная пропускная способность трубы на 27 % больше – 14,22 л/с). Следовательно, выбор минимального диаметра труб и степени их наполнения, по существующим ограничениям, неизбежно ведёт к завышению диаметров и стоимости сети, без гарантии наилучших гидравличе-

71

ских условий, что ведёт к увеличению засоряемости сетей и возрастанию эксплуатационных затрат.

В самотечных водоотводящих сетях вероятность большого числа засорений труб возрастает из-за несоответствия гидравлических условий, положенных в теорию расчёта, фактическим параметрам сети. Реально в водоотводящих сетях имеет место неравномерный приток сточных вод по часам суток, поэтому режим движение сточных вод является неустановившимся. Температура сточной воды в различные времена года фактически колеблется от 5 до 30 0С и более. Концентрация взвешенных веществ, особенно на начальных участках дворовой сети, в течение нескольких секунд может достигать 2000 3000 мг/л и более. В

то время как, при пропуске минимальных расходов (qmin=qср. Кgen.max= 5 0,38=1,9 л/с) фактические средние значения скоростей течения сточных вод в водоотво-

дящих сетях значительно ниже их критических величин, наполнения - h<(15 - 30)d. Для d=150 мм при i=0,008 скорость будет составлять min 0,52 м/с при h 0,3d. В этих условиях трубы засоряются. В водоотводящих сетях взвешенные вещества будут оседать на дно лотков труб, увеличивая их шероховатость. Поэтому после часов с минимальными расходами, даже при притоке равном расчётному количеству стоков, самоочищения труб происходить не будет по причине кальматации осадка более мелкими частицами взвеси и жиросодержащими веществами.

Надёжность работы водоотводящих сетей будет ещё ниже, если в населённых пунктах расположено значительное число канализационных насосных станций (КНС) для перекачки сточных вод с более низких отметок на более высокие и исключения возможности больших заглублений сети. Из опыта проектирования КНС известно, что подача насосных агрегатов должна соответствовать максимальному притоку сточных вод в КНС. При этом приёмный резервуар должен обеспечивать надёжную работу насосов при ступенчатой их работе с подачей максимального расхода и автоматическим включением насосов не более 5 раз в час. Необходимая вместимость приёмного резервуара, м3, согласно СНиП [46] должна быть не менее пяти минутной подачи воды рабочими насосами или определяться по зависимости [62]

где Qнас. – суммарная подача воды насосами, м3/час;

n – число включений насосов в течение 1 часа (n 5 при автоматическом включении), раз/час.

Если на отдельных коллекторах водоотводящей сети населённого пункта установлено несколько КНС для перекачки малых расходов сточных вод, то несогласованность работы таких станций приводит к ещё большему увеличению общей неравномерности сточных вод и снижению надежности работы сети. Объясняется это, при малых величинах средних расходов – qmid, приближением коэффициента общей неравномерности – Kgen.max к максимальному значению. Подача насоса принимается равной максимальному притоку (Qнас.=qmax). Для нашего примера при qcp.=5 л/с, Qнас.=qmax = 12,5 л/с. При подаче воды с выше

72

расположенных участков сети, например от трех КНС, и совпадении расходов, подача КНС, принимающей эти стоки, составит Qнас.=qmax=37,5 л/с. На этом же участке сети, но при отсутствии КНС средний расход составит 15 л/с, в расчет-

ный – qрасч.=15 2=30 л/с. Следовательно, наличие на сети водоотведения большого числа КНС ведёт к перегрузке сети на 20 % и более, а это требует сущест-

венного удорожания сети и резко снижает эффективность её работы, из-за частых остановок одновременно всех или нескольких КНС. Большое число засорений наблюдается не только в самотечных, но и в напорных водоотводящих сетях, т.к. при остановке насосов в напорных трубопроводах скорость движения воды может быть равна нулю от нескольких минут до 1 часа и более. Накопление осадка в напорных водоводах меняет характеристику их работы. Пропускная способность водоводов падает, поэтому снижается подача воды насосами и увеличиваются энергозатраты на перекачку сточных вод. В период работы КНС с меньшей подачей воды (Qнас.<qmax), велика вероятность переполнения приёмных резервуаров и создание подпоров в подводящих к КНС сетях, где также повышается вероятность засорений.

Исследование работы самотечных и напорных водоотводящих сетей установлено, что в населённых пунктах с числом КНС более трёх имеет место:

-увеличение суммарной продолжительности работы насосов, относительно расчётной, приводит к перерасходу электроэнергии из-за снижения подачи воды в засоренные водоводы;

-частая остановка насосных агрегатов на КНС главной КНС (ГКНС), создаёт условия, при которых скорости движения воды в напорных водоводах близки к нулевым значениям, взвеси осаждаются в трубах, увеличивая шероховатость и сопротивления, снижая подачу насосов;

-подтопления приёмных резервуаров и подводящей сети перед КНС и ГКНС могут сопровождаться вынужденными изливам сточных вод на поверхность земли, что недопустимо по нормативным требованиям.

Для повышения надёжности сети работы, целесообразно устранить имеющиеся недостатки и привести гидравлические условия в действующих сетях к полному их соответствию с расчётными, т.е. к созданию постоянства расходов, даже при неравномерном притоке сточных вод. Желательно, чтобы расчётные расходы для большинства расчётных участков были близки к средним секунд-

ным расходам круглые сутки (т.е. qрасч.=qmid.=Const).

Другим вариантом улучшения работы водоотводящих сетей в условиях неравномерного и неустановившегося режима движения в них сточных вод может быть создание принципиально новой теории и методики гидравлического расчёта сети с использованием системы дифференциальных уравнений с десятками неизвестных величин. Математических решений, выведенных систем уравнений нет, т.к. неизвестных больше, чем составленных уравнений. Единственно доступным остаётся путь стабилизации гидравлических условий в сетях при нестабильном поступлении в них сточных вод. Для этого потребуются конструктивные изменения системы водоотведения и пересмотр ряда положений методики гидравлического расчёта сетей.

73

Новая концепция повышения надёжности и эффективности работы всего комплекса водоотведения (сетей, очистных сооружений и КНС) требует прежде всего полной стабилизации расходов на каждом расчётном участке сети в любое время суток и года. Этого можно добиться поступлением сточных вод от отдельных кварталов через один или несколько дворовых выпусков с равными по времени средними секундными расходами. Сточные воды в дворовую сеть поступают от жилых домов неравномерно, поэтому потребуется в каждом квартале перед контрольными колодцами установить подземные резервуары, которые будут одновременно выполнять функцию накопителя и усреднителя расхода. Подачу сточных вод можно обеспечить погружными насосами (без уст-

ройства помещения насосной станции), которые должны подавать в уличную сеть сточную воду с постоянным расходом равным среднему. При этом высота подъёма воды насосным агрегатов не будет превышать 3–5 м. Использование такого технологического приёма позволит: 1) снизить заглубление уличной сети до минимальных значений; 2) повысить пропускную способность через существующие сети за сутки при равномерных транзитных расходах; 3) улучшить гидравлические условия работы сетей без их засорения; 4) стабилизировать приток сточных вод в приёмный резервуар ГКНС, и сократить его вместимость до минимума; 5) снизить расход электроэнергии при перекачке сточных вод ГКНС на очистную станцию; 6) снизить капитальные затраты на устройство напорных водоводов и очистных станций, рассчитанных по максимальным расходам, по сравнению с предлагаемыми средними; 7) уменьшить эксплуатационные расходы и исключить вероятность засорения сети.

Увеличение пропускной способности существующей сети особенно реально при реконструкции городов, когда малоэтажные здания заменяются зданиями повышенной этажности. Резерв существующих водоотводящих сетей появляется за счёт проектного расчёта их на пропуск максимального расхода с наполнениями ниже оптимальных. Использование для внутреннего покрытия действующих водоотводящих сетей новых полимерных материалов позволит избежать замены или перекладки сети в районах с обновленной, высотной застройкой, а также при расширении границ города за счёт строительства новых микрорайонов. Количество дворовых выпусков во многом будет определяться местными условиями (планировкой кварталов, их размером и рельефом местности). При наличии нескольких дворовых выпусков, расчётные расходы по каждому выпуску следует считать пропорционально обслуживаемым зданиям и количеству жителей в них.

В отличие от существующей методики гидравлического расчёта уличных водоотводящих сетей, по предлагаемой методике за начало расчётного участка следует принимать не начало канализуемого объекта (жилого квартала или площадки промышленного предприятия); а место первого дворового выпуска. Если от проектируемого квартала предусматривается несколько дворовых выпусков, то первый расчётный участок уличной сети следует принимать между смежными выпусками, а далее до каждого последующего подключения боковых уличных сетей или до очередного бокового подключения дворовой сети.

74

Особенно ощутимым экономическим эффектом будут отличаться показатели станции очистки сточных вод, которые традиционно рассчитываются на максимальный часовой расход стоков. Стабилизация подачи сточных вод на очистку позволит на действующих очистных станциях повысить суточную пропускную способность на 30…40 % и одновременно улучшить качество очистки, без дополнительного строительства сооружений. В конечном итоге уменьшится вероятность загрязнения водоёмов, т.е. существенно снизится концентрация загрязнений в очищенных сточных водах, выпускаемых в водоём.

Стабилизировать работу сети после КНС можно за счёт устройства резервуаров накопителей-усреднителей перед КНС. Такой приём обеспечит регулирование и равномерную подачу сточных вод насосами круглые сутки, даже при неравномерном притоке стоков. Стабилизация подачи расходов сточных вод на всех участках самотечной сети позволит не только повысить их пропускную способность за сутки, но и улучшить транспортирующую способность потока. При выборе транспортирующей способности потока целесообразно выбирать режим работы сетей с учётом размывающих донных скоростей [20,с.183-187; 21, с. 66-70].

Несвоевременные ППО и ППР, профилактические ремонты отри-

цательно влияют на экологическое состояние окружающей среды и на работу очистных сооружений водоотведения.

Недооценку влияния канализационных сетей на экологическое состояние окружающей среды следует отнести к одной из серьёзных ошибок. Так как протяжённость всех сетей в городах измеряется десятками километров, любое нарушение оптимальных гидравлических условий в них может привести к засорению и утечке сточных вод через люки смотровых колодцев на проезжую часть улиц, а далее и в водоёмы.

По состоянию на конец 2013 года одиночное протяжение уличной канализационной сети в России составляло 78,4 тыс. км, в том числе в городской местности — 62,5 тыс. км, в сельской местности — 16,0 тыс. км. В 2013 году в России произошло 31,6 тыс. аварий канализации, в том числе в городской местности — 27,8 тыс., в сельской местности — 3,8 тыс. аварий [63].

Износ канализационных сетей составляет в целом по России 70 %. В декабрь 2002 г. износ по Воронежу составлял 64 %. Средний износ канали-

зационных сетей Воронежа на 10 января 2013 г. составляет порядка 70%, что связано с физическим износом сетей, находящихся на балансе, малой пропускной способностью трубопроводов, несоответствием уклонов и целым рядом других причин. За 5 лет восстановлено и построено новых канализационных сетей по Воронежу 0,4 % от их общего количества. Ветхость сетей вынуждает власти заниматься проблемами канализации, так за 9 месяцев 2002 г. в Воронеже восстановлено и построено новых 2 км сетей. 29 сен-

тября 2015 г. ночью на левом берегу Воронежа провалился участок канализационного коллектора. Провал произошел из-за износа главного левобережного

75

коллектора, который был пущен в эксплуатацию более 40 лет назад. По словам специалистов компании ООО «РВК-Воронеж», износ коллектора на данный момент составляет практически 100% [65].

Ликвидация аварийных засорений сети требует существенных материальных затрат. Только на одну промывку 1 км сети требуется 60÷500 м3 водопроводной воды. В целом по России этот показатель составляет около 200 млн. м3/год, а стоимость ведения аварийных работ более 100 млн. р.

Условия эксплуатации усугубляются ещё и тем, что многие километры сетей построены в 30-40-е годы, достаточно изношены и частично подверглись разрушению. Через дефекты в трубах и колодцах сточная вода попадает в грунт и загрязняет его, не исключена вероятность проникновения загрязнений в грунт и подземные источники водоснабжения.

В момент прочисток сетей грубые отбросы должны удаляться в ёмкости и вывозиться на городские свалки. Часть отбросов по халатности производителей работ остаётся на проезжей части улиц или на газонах. Эти загрязнения вместе с болезнетворными микробами, после их подсыхания, поднимаются в воздух, загрязняя его. Не исключена вероятность смыва этих загрязнений атмосферными осадками в ближайшие водоёмы. Загрязнения, поступающие сосредоточенно в момент промывки со сточными водами на очистные сооружения, приводят к существенному повышению исходной концентрации стоков и повышенному выносу загрязнений в во-

доём с очищенными водами. Для оздоровления окружающей среды необходимо исключить влияние факторов, снижающих надёжность работы сети.

Существующие сети с дефектами и уклонами труб ниже допустимых требуют немедленной реставрации, например, путём устройства внутри них полиэтиленовых покрытий.

Другим способом снижения возможных засорений труб, особенно малых диаметров, является улучшение гидравлических условий работы сети.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Основные задачи технической эксплуатации канализационных сетей.

2.Основные требования к сбросу производственных сточных вод в городскую канализацию (на основе «Правил приёма производственных сточных вод в системы канализации населённых мест»).

3.Работы по наружному осмотру канализационных сетей.

4.Работы по техническому осмотру внутреннего состояния канализационной сети.

5.Наружный и технический осмотры – периодичность, состав бригады, оснащенность.

6.Оснащение бригады при техосмотрах канализационных сетей.

7.Техника безопасности при анализе загазованности колодцев.

76

8.Профилактические прочистки канализационных сетей, периодичность, способы, оборудование.

9.Способы вентиляции колодцев канализационных сетей.

10.Текущий и капитальный ремонты канализационных сетей.

11.Аварии на канализационных сетях и их ликвидация.

12.Какая ситуация эксплуатации канализационных сетей называется аварией?

13.Действия обслуживающего персонала при авариях на канализационных сетях.

14.Ошибки в эксплуатации канализационных сетей.

15.Влияние канализационных сетей на экологическое состояние окружающей среды и на работу очистных сооружений канализации.

16.Приём в эксплуатацию законченных строительством канализационных сетей.

17.Как влияет сокращение водопотребления на работу канализационных сетей?

Глава 7. СООРУЖЕНИЯ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД И ОБРАБОТКЕ ИХ ОСАДКОВ

Установленная пропускная способность очистных сооружений канализации в России в 2013 году составляла 57,2 млн. м3 в сутки, в том числе в городской местности — 54,0 млн. м3, в сельской местности — 3,1 млн м3. Использование мощности очистных сооружений канализации в 2013 году составило 49 %, в городской местности — 51 %, в сельской местности — 22 %. Основная масса очистных сооружений в России была построена в 1950—1970-х годах в период массового домостроения. Сейчас нового строительства очистных практически нет. Их строят разве что вновь построенные предприятия для себя. Местами ведётся реконструкция, ретехнологизация (изменение технологии в целях качественного улучшения показателей очистки) существующих мощностей. Но позволить себе это могут в основном большие, реже средние города

[64].

Выбор состава очистных сооружений канализации зависит от производительности станции и необходимой степени очистки сточных вод на них. Образующиеся при очистке стоков осадки также требуют обработки с целью их минерализации, сокращения объёмов, дегельминтизации (защиты окружающей среды от болезнетворных микроорганизмов), и, в идеале, переработки для дальнейшего использования в народном хозяйстве.

Эффективность очистки сточных вод зависит от многих факторов: грамотного проектирования, качественного строительства, условий эксплуатации канализационных сетей и насосных станций на них, параметров стоков, отношения обслуживающего персонала станции к выполнению своих должностных инструкций.

77

7.1.ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Успех работы станции очистки сточных вод во многом зависит от квалификации, компетенции и добросовестного отношения к работе обслуживающего персонала. При этом на персонал возлагаются следующие задачи:

1)Обеспечить очистку сточных вод и их обеззараживание и выпуск в водоём с соблюдением [52, гл.5], «Правил охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами» и требований Государственного санитарного надзора и охраны рыбных запасов;

2)обеспечить непрерывную работу всех подразделений очистных сооружений, выполняя систематически лабораторно-производственный и технологический контроль;

3)оценивать все технологические параметры элементов очистных сооружений с записью в журналы;

4)составлять регламенты работы элементов сооружений; в случаях отклонений от нормативных режимов изменять технологические параметры с целью обеспечения требуемой эффективности работы сооружений, цехов и оборудования;

5)своевременно осуществлять планово-профилактические осмотры и ремонты; составлять графики ремонтов; обеспечивать наличие материалов, механизмов и рабочих бригад для выполнения работ;

6)внедрять новые технологии и конструкции, позволяющие увеличить эффективность работы сооружений и сократить энергозатраты;

7)устранять в кратчайшие сроки аварии и тщательно изучать причины их появления в целях предупреждения подобных аварий в будущем:

8)участвовать в надзоре за строительством новых очередей или реконструкции существующих элементов, при необходимости вносить рационализаторские предложения и изменения в проект, добиваться их внедрения;

9)участвовать в приёмочной комиссии законченных строительством или реконструированных очистных сооружений;

10)проводить инструктаж и учёбу обслуживающего персонала с проверкой знаний технической эксплуатации, техники безопасности и охраны труда, санитарных правил и правил гигиены;

11)вести лабораторный контроль за поступающей и очищенной сточной водой, микробиологией активного ила аэротенков и аэробных стабилизаторов, а также анаэробной микрофлоры метантенков;

12)организовывать сменное дежурство в цехах и подразделениях

станции;

13)контролировать работу КИП и А, своевременно тарировать и поверять приборы.

78

7.2. ПРИЁМ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Приём в эксплуатацию очистных сооружений – важный этап их благополучной работы в процессе эксплуатации. Подготовка очистных сооружений к приёмке в эксплуатацию включает:

1)обследование построенных сооружений и оценку их пригодности к

пуску;

2)проверку геометрических размеров сооружений;

3)гидравлические испытания;

4)опробирование агрегатов и отдельных технологических линий, приборов, оборудования (индивидуальные испытания);

5)оценку выполненного строительства с точки зрения технологии очистки сточных вод. Сооружения должны быть выполнены по утверждённому проекту с соблюдением всех требований, технологических и гидравлических условий и нормативных документов.

Сооружения принимаются в эксплуатацию согласно СНиП [41] рабочей комиссией, назначаемой приказом руководителя вышестоящей организации заказчика (п.4.16 – сроки назначения комиссии; п. 4.17 – документация, представляемая приёмочной комиссии) [41]. Члены комиссии по приёмке в эксплуатацию объектов должны в своей работе руководствоваться статьёй 38 [52].

Согласно п. 1.10 [41] вновь строящиеся расширяемые и реконструируемые объекты подлежат приёмке в эксплуатацию после гидравлических испытаний трубопроводов, ёмкостных сооружений, продолжительного (более 3 суток) комплексного опробования под нагрузкой на чистой воде,

атакже после проверки взаимодействия в работе всех сооружений. На сточной воде опробование сооружений выполнять допускается СНиПом [41], но в случае серьёзных недоделок, как правило, строители после залива в ёмкость сточной воды устранять дефекты отказываются.

В случаях обнаружения строительных недоделок и грубых строительных ошибок, приводящих к снижению качества очистки, составляют дефектные ведомости, в которые заносятся необходимые для выполнения работы, ответственные работники за устранение дефектов и сроки ликвидации дефектов.

7.3.НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ДЕФЕКТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Литературные данные и обследование автором более двадцати станций очистки сточных вод позволили выявить характерные строительные дефекты, в последствие влияющие на эффективность очистки стоков комплексом элементов станции, усложняющие процесс эксплуатации и

79

приводящие к ухудшению технологических параметров очистки воды и обработки осадков:

1)несоответствие фактических габаритов сооружений проектным;

2)неплотности в сооружениях;

3)недопустимое увеличение или уменьшение диаметров;

4)замена материалов конструкций на отличные от проектных;

5)отступление от проекта в конструкции отдельных элементов сооружений;

6)несоответствие высотных отметок и уклонов проектным;

7)несоответствие паспортных данных установленного оборудования технологическим требованиям проекта;

8)отсутствие кранов для отбора проб на анализ сырого осадка, избыточного активного ила, а также других приборов контроля количества и качества воды и осадков.

После устранения дефектов Государственной комиссией подписывается акт приёмки сооружений в эксплуатацию. Акт приёмки - является основанием для приёма комплекса очистных сооружений водоотведения на баланс эксплуатационной организации. Датой ввода сооружений в эксплуатацию считают дату подписания акта Государственной приёмочной комиссией.

После того, как сооружения приняты Государственной комиссией, ведётся временная эксплуатация, в процессе которой выполняется технологическая наладка поэтапно: механической, биологической очистки и обработки осадков; выращивают необходимые дозы биомассы. Если есть возможность, то завозят микрофлору с близлежащих сооружений.

В период технологической наладки:

-обучают обслуживающий персонал; составляют технологический регламент эксплуатации каждого элемента станции и всего комплекса в целом при всевозможных вариантах технологических режимов (зимнее, весеннее, осеннее и летнее время, максимальные, средние, минимальные притоки сточных вод и концентрации поступающих загрязнений; вывод отдельных сооружений, не имеющих резерва, на ремонт и т.п.);

-маркируют оборудование и коммуникации и наносят их нумерацию на схемы станции и отдельных подразделений;

-оснащают химическую лабораторию, укомплектовывают штат, выбирают методики ведения лабораторно-производственного контроля, назначаются контролируемые показатели воды и осадков и периодичность контроля, составляются графики отбора проб и выполнения анализов химических, бактериологических, микробиологических;

-назначаются и привязываются к плану станции точки отбора проб на анализ (рис. П1);

80