Водоотведение и очистка сточных вод водоотводящие сети
..pdfРежим течения сточных вод может быть напорным или безна порным (самотечным). Напорными являются только участки сетей от насосных станций до камер гашения напора на очистных сооруже ниях или на сетях. В основном сети работают в безнапорном режиме. Участки канализации прокладываются с уклоном, вода в трубах дви жется только под действием силы тяжести. Самотечный режим обес печивает удобную эксплуатацию сети, в нем лучше транспортируют ся нерастворенные примеси, лучше происходит самоочищение труб от отложений. В безнапорных сетях при уменьшении расходов сточ ных вод снижение скорости происходит в гораздо меньшей степени, чем в напорных, потому что одновременно с уменьшением расхода происходит уменьшение площади живого сечения потока; вследствие этого даже при минимальных расходах скорости движения сточных вод в трубах сохраняются значительными и не происходит выпадения осадка в больших объемах. При безнапорном режиме невелики утечки сточных вод через стыки трубопроводов, поэтому допускается приме нение труб более низкого качества, более дешевых, чем того требует напорный режим.
При самотечном режиме трубы могут работать полным или не полным сечением. Полным сечением работают сети общесплавной и дождевой канализации при расчетных дождях, неполным - сети хо зяйственно-фекальной канализации. Неполное заполнение трубопро водов позволяет принимать в сеть залповые внутричасовые расходы сточных вод, которые не учитываются при расчете сетей. Неполное заполнение необходимо также для вентиляции сети, наружная канали зационная сеть вентилируется через стояки внутридомовых систем.
Движение сточных вод в канализационных трубах происходит в турбулентном режиме, а непосредственно у стенки трубы возникает очень тонкий слой воды с ламинарным течением. В принципе трубы могут работать в гладкой, шероховатой или переходной области. При большой скорости воды в трубах толщина ламинарной пленки очень мала, она меньше выступов шероховатости труб - канализационные
100
Рис. 1.2. Полураздельная система канализации: К1 - бытовая канализация; К2 —дождевая сеть; 1 —выпуски из зданий; 2 —дворовые (внутрикварталь ные) сети; 3 - уличные сети; 4 - бассейновые коллекторы; 5 - главный са мотечный коллектор; 6 - напорные коллекторы; 7 - выпуск очищенных СВ в водоем; ГНС - главная насосная станция; ОС - городские очистные соору
жения; РК - разделительные камеры
дельная система по устройству и принципу работы занимает проме жуточное положение между полной раздельной и общесплавной сис темами, а значит, несет в себе как преимущества, так и недостатки обеих систем.
Основной недостаток — повышенная засоряемость - является сдерживающим фактором широкого применения системы. Полураз дельная система канализации приемлема только в крупных городах
смногоэтажной застройкой.
Вкрупных городах с большой территорией и сложным релье фом, с различной плотностью населения и разной степенью благоус тройства отдельных районов водоотведение может быть организовано по нескольким разным системам, тогда говорят о комбинированной системе канализации города.
Режим течения сточных вод может быть напорным или безна порным (самотечным). Напорными являются только участки сетей от насосных станций до камер гашения напора на очистных сооруже ниях или на сетях. В основном сети работают в безнапорном режиме. Участки канализации прокладываются с уклоном, вода в трубах дви жется только под действием силы тяжести. Самотечный режим обес печивает удобную эксплуатацию сети, в нем лучше транспортируют ся нерастворенные примеси, лучше происходит самоочищение труб от отложений. В безнапорных сетях при уменьшении расходов сточ ных вод снижение скорости происходит в гораздо меньшей степени, чем в напорных, потому что одновременно с уменьшением расхода происходит уменьшение площади живого сечения потока; вследствие этого даже при минимальных расходах скорости движения сточных вод в трубах сохраняются значительными и не происходит выпадения осадка в больших объемах. При безнапорном режиме невелики утечки сточных вод через стыки трубопроводов, поэтому допускается приме нение труб более низкого качества, более дешевых, чем того требует напорный режим.
При самотечном режиме трубы могут работать полным или не полным сечением. Полным сечением работают сети общесплавной и дождевой канализации при расчетных дождях, неполным - сети хо зяйственно-фекальной канализации. Неполное заполнение трубопро водов позволяет принимать в сеть залповые внутричасовые расходы сточных вод, которые не учитываются при расчете сетей. Неполное заполнение необходимо также для вентиляции сети, наружная канали зационная сеть вентилируется через стояки внутридомовых систем.
Движение сточных вод в канализационных трубах происходит в турбулентном режиме, а непосредственно у стенки трубы возникает очень тонкий слой воды с ламинарным течением. В принципе трубы могут работать в гладкой, шероховатой или переходной области. При большой скорости воды в трубах толщина ламинарной пленки очень мала, она меньше выступов шероховатости труб - канализационные
трубы работают, в основном, в шероховатой области. Формулы для гидравлического расчета канализационных сетей составлены имен но для этой области работы труб; по-другому ее называют областью квадратичного сопротивления, так как падение уровня воды на участ ке трубопровода пропорционально скорости движения воды в квадра те (/-у2). При малых скоростях течения толщина ламинарной пленки больше выступов шероховатости - это гладкая область работы труб. Такой режим, в принципе, может возникнуть в сети в часы минималь ного притока. Переходная область —это когда толщина ламинарной пленки примерно равна высоте выступов шероховатости.
Режим течения жидкости в канализационной сети необходимо знать для определения транспортирующей способности потока. По ка нализационным сетям транспортируются, кроме прочих, твердые нерастворенные частицы. Их перенос является следствием турбулент ного движения жидкости. В турбулентном потоке, помимо главного движения в продольном направлении, возникают поперечные переме щения масс жидкости. Они и являются причиной переноса твердых частиц из нижних слоев потока в верхние и их транспортирования во взвешенном состоянии. Частицы органического происхождения имеют малую плотность, они транспортируются потоком даже при малых скоростях. Минеральные примеси: песок, бой стекла способны выпадать в осадок и засорять трубопроводы. Состояние твердых час тиц в потоке в значительной степени зависит от скорости движения жидкости.
При малых скоростях течения твердые частицы опускаются на дно и образуют неподвижное плоское ложе из наносов. Такое явление на блюдается в часы минимального притока сточных вод. При увеличе нии расходов сточных вод и скоростей наносы начинают двигаться, они вибрируют, срываются с места, перекатываются. При дальней шем возрастании скорости все большее количество частиц выводится из состояния покоя и движется скачкообразно. Скорость, которая со ответствует этому состоянию, называется размывающей.
Далее при увеличении скорости на дне русла образуются гряды, они медленно перемещаются, и происходит медленное, но массовое влечение наносов в придонном слое потока. При дальнейшем увели-
12
чении скорости частицы начинают переходить с гряд в поток, во взве шенное состояние. При этом гряды постепенно исчезают. Скорость потока, которая соответствует этому режиму, называется критической гкрит. Она зависит от размера и количества частиц, переносимых пото ком: чем крупнее загрязнения и чем их больше, тем больше должна быть vKpHT. (Экспериментально выведены зависимости v от гидрав лической крупности частиц, от гидравлического радиуса, от шерохо ватости труб и других факторов.)
Вчасы максимального притока сточных вод в канализационных сетях должны быть обеспечены скорости не менее критической, тогда не только не будет происходить выпадения осадка, но и будут смывать ся все ранее выпавшие загрязнения. Будет происходить самоочищение сети; поэтому критическую скорость чаще называют самоочищающей vo4. В другие часы в сети допускаются скорости менее самоочищаю щей, допускается образование донного слоя наносов; это возможно, поскольку в часы максимального притока все наносы будут смыты по током. Обеспечивать в часы минимального притока самоочищающие скорости экономически и технически нецелесообразно.
Движение жидкости в трубах может быть равномерным или не равномерным. Равномерным называется такое движение, при котором средняя скорость потока по длине трубы не изменяется. Движение может быть равномерным только при постоянных величинах расхо да сточных вод, площади поперечного сечения труб, уклона и при отсутствии местных сопротивлений. Если сеть работает в напорном режиме, то должен быть постоянным напор в начальной точке сети. Неравномерный режим течения в канализационных трубах создается за счет поворотов, боковых подключений, изменений расходов воды, диаметров труб, уклонов и других параметров.
Движение сточных вод может быть установившимся и неустановившимся. При установившемся движении режим течения постоянен во времени (по часам суток). Установившееся движение может быть только по кривой спада, например, перед приемным резервуаром на сосной станции.
Вобщем случае в канализационных сетях наблюдается неравно мерное, неустановившееся движение.
1.4. Гидравлический расчет водоотводящих сетей
Расчет канализационных сетей по формулам неравномерного неустановившегося движения очень сложно, поэтому его ведут по фор мулам равномерного установившегося движения. Формулы приведе ны вСНиП [1], они устанавливают соотношения между основными конструктивными и гидравлическими параметрами работы канализа ционных сетей.
В соответствии со СНиП [1] работа любого самотечного участка канализационной сети достаточно полно характеризуется четырьмя параметрами: диаметром трубы, уклоном участка, величиной напол нения и скоростью течения сточных вод (рис. 1.3).
/
А
Рис 1.3. Параметры работы водоотводящих сетей: d —диаметр трубы, мм; h - абсолютное наполнение, м\hld - относительное наполнение, м/м; v —ско рость сточных вод на участке, м/с; / —уклон трубы, м/м; / —длина участка канализации, м; (/•/) —падение линии, м; Н и К —отметка начала и конца учас тка соответственно, м; шелыга —верхняя часть трубы; лоток —нижняя часть
трубы
Суть гидравлического расчета заключается в том, чтобы по из вестному расчетному расходу сточных вод назначить такие уклоны и диаметры труб, такие наполнения, чтобы скорость течения сточных вод была не менее самоочищающей. Кроме самоочищения, должны соблюдаться и другие условия нормальной работы сети: возможность приема в сеть залповых расходов сточных вод, неистираемость мате риала труб, предотвращение большого заглубления сети. Поэтому рас четные значения гидравлических и конструктивных параметров рабо ты канализационных сетей регламентируются СНиП [1] и приведены в соответствующих разделах настоящего пособия.
Для удобства практических расчетов по формулам СНиП [1] со ставлены таблицы [7]. Реальные сети, рассчитанные по формулам рав номерно установившегося движения, работают удовлетворительно.
1.5. Схемы начертания водоотводящих сетей в плане
Схема начертания водоотводящей сети в плане должна обеспечить самотечное отведение сточных вод при соблюдении условий самоочи щения и наименьшего возможного заглубления сети.
Разработано несколько схем начертания канализационной сети
вплане:
1)перпендикулярная,
2)пересеченная,
3)параллельная (веерная),
4)зонная: поясная (террасообразная) или радиальная,
5)децентрализованная.
Выбор схемы зависит от рельефа местности и требуемой степени очистки сточных вод.
Перпендикулярная схема применяется при выраженном падении рельефа местности к водоему, в основном, для отвода дождевых вод, для очистки которых достаточно отстойников на выпусках. Бассей новые коллекторы прокладываются перпендикулярно горизонталям местности, а уличные сети - параллельно горизонталям. Пример сети, начертанной по перпендикулярной схеме, приведен на рис. 1.1, это дождевая сеть полной раздельной системы канализации (К2).
Пересеченная схема используется при выраженном падении ре льефа к водоему и в случае, когда сточные воды необходимо очищать на централизованных очистных сооружениях. Бассейновые коллекто ры прокладываются перпендикулярно горизонталям местности и во доему, а главный перехватывающий коллектор, подающий сточные воды на очистные сооружения, - параллельно водоему. Пример пере сеченной схемы представлен на рис 1.1, это бытовая (городская) сеть полной раздельной системы канализации (К1).
Параллельная схема используется при очень крутом падении местности к водоему. Чтобы избежать возникновения в сети ско ростей, превышающих максимальные допустимые, бассейновые коллекторы прокладываются параллельно горизонталям местнос ти, а уличные сети - перпендикулярно горизонталям. Вид сети в плане напоминает раскрытый веер, поэтому схема имеет второе название —веерная (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Параллельная (веерная) схема начертания канализацион ной сети в плане: 1- уличные сети; 2 - бассейновые коллекторы; 3 - главный самотечный коллектор
Зонная поясная схема применяется при террасообразном релье фе местности. Каждая терраса - зона канализуется самостоятельно, со своей сетью и со своей районной насосной станцией. Очистные со оружения проектируются общими для всех зон, для всего населенного пункта.
Зонная радиальная схема применяется при куполообразном рель ефе местности (рис. 1.5). Чтобы избежать большого заглубления сети, сточные воды от неблагоприятно расположенных районов подаются на очистные сооружения в напорном режиме, для этого устраиваются районные насосные станции.
Рис. 1.5. Зонная радиальная схема начертания канализационной сети в плане: К1самотечные коллекторы; К1Н - напорные линии; НС - районные насос ные станции; ОС - очистные сооружения города
Рис. 1.6. Децентрализованная схема начертания канализационной сети в плане
При децентрализованной схеме очистка сточных вод города осу ществляется на нескольких очистных станциях (рис. 1.6). Схема при меняется в больших городах со сложным рельефом местности. В час тности, децентрализованную схему можно использовать при куполо образном рельефе местности.