42

Водоотведение

Водоотвод – это возвращение воды водопользователями после ее использования в производственных процессах, в коммунальном хозяйстве. Возвращенные воды количественно определяются разницей между использованием свежей воды и безвозвратными потерями.

Обратная вода – это вода, которая возвращается с помощью технических сооружений и средств из хозяйственного звена в виде сточной, шахтной, карьерной или дренажной воды.

Вода сточная – это вода, образующаяся в процессе хозяйственно-бытовой и производственной деятельности (кроме шахтной, карьерной и дренажной воды), а также отведенная с застроенной территории, на которой она образовалась в результате выпадения атмосферных осадков.

Сточные(с позиций канализации) воды - это воды, которые были использованы для тех или других потребностей и получили при этом дополнительные примеси (загрязнения), которые изменили их первоначальный химический состав или физические свойства.

В водохозяйственной практике по степени загрязнения сточные воды разделяются на

• неочищенные (совсем не очищаемые от загрязняющих веществ),

• недостаточно очищенные (очищенные, но не доведенные до качества, соответствующего правилам отведения сточных вод),

• нормативно очищенные (сточные воды, отведение которых не приводит к нарушению норм качества воды в водном объекте).

По происхождению сточные воды разделяются на четыре основные категории:

• хозяйственно-бытовые,

• промышленные,

• сельскохозяйственные

• ливневые или дождевые (из территорий городов и населенных пунктов).

К хозяйственно-бытовым относят воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц и тому подобное. Сточные воды в городах образуются в процессе человеческой жизнедеятельности. Их источником являются жилые помещения, предприятия. Кроме того, разновидностью сточных вод города являются атмосферные осадки (стекающие с территории населенных пунктов и особенно промышленных предприятий) и воды, которые использовали для полива улиц. Сточные воды, особенно первых двух групп, содержат значительное количество загрязняющих веществ минерального и органического происхождения. Неорганизованное удаление сточных вод приводит к антисанитарным условиям, которые могут быть причиной эпидемиологических заболеваний. Хозяйственно-бытовые сточные воды в разных городах имеют приблизительно одинаковый состав: около 60-65 % загрязнений хозяйственно-фекальных вод органического происхождения; 35-40 % - минерального. Кроме того, хозяйственно-фекальные сточные воды содержат значительное количество бактериальных загрязнений.

Промышленные сточные воды– это воды , использованные в технологических процессах, после чего они не отвечают требованиям этих процессов к их качеству и должны быть удалены с предприятия. К этим водам относят также воды, откачанные на поверхность земли во время добычи полезных ископаемых (нефти, угля, руды и тому подобное). По своему составу они разнообразны. Загрязнение промышленных сточных вод обусловлено технологией производства и удаления отходов. Среди промышленных сточных вод выделяют условно чистые воды, воды, близкие по составу к хозяйственно-фекальным, и воды, сброс которых может привести к тяжелым последствиям для человека, животных и растительности.

Классификации производственных сточных вод

По типам загрязненийпромышленные сточные воды можно распределить на три группы:

1. воды, загрязненные преимущественно минеральными примесями (сточные воды предприятий, которые производят минеральные удобрения, кислоты, строительные изделия и материалы, сточные воды добывающих предприятий и тому подобное);

2. воды, загрязненные преимущественно органическими примесями (сточные воды предприятий химической и нефтехимической промышленности, производства полимерных пленок, каучука и тому подобное);

3. сточные воды, загрязненные минеральными и органическими примесями (нефтеперерабатывающая, нефтедобывающая, легкая, пищевая промышленность, органический синтез).

По степени минерализациисточные воды также разделяют на три группы

• Первую группу составляют сточные воды с минерализацией до 3 кг/м³, их можно обессоливать методами ионного обмена.

• Ко второй группе относятся сточные воды с минерализацией от 3 до 10-15 кг/м³. Для обессоливания таких вод целесообразно применять лишь термические методы.

• К третьей группе следует отнести сточные воды с минерализацией свыше 15 кг/м³, обессоливание которых целесообразно осуществлять лишь термическими методами.

По концентрациям органических примесейпромышленные сточные воды разделяют на четыре категории:

• І – до 500 мг/л;

• ІІ – 500 – 5000 мг/л;

• ІІІ – 5000 – 30 000 мг/л;

• ІV – свыше 30 000 мг/л.

По степени агрессивности:

• неагрессивные (рН 6,5 ...8,0)

• слабо агрессивные (рН 6,0...6,5 и рН 8...9)

• сильно агрессивные (рН < 6 и рН > 9).

Объем промышленных сточных вод зависит от степени водопотребления и водоотведения.

Нормой отведения является установленный средний объем сточных вод, которые отводятся от предприятия в водоемы, при целесообразной норме водопотребления.

Норма водоотвода включает объем сточных вод, которые выпускаются в открытый водоем, - производственных, не нуждающихся в очистке; фильтрационных из прудов-охладителей, хвостохранилищ и шламонакопителей.

При отсутствии норм водоотвода объем сточных вод определяют расчетом, исходя из регламента производства. Объем промышленных сточных вод, которые нужно очищать за сутки, определяют по формуле

Qдоб = N·M

где N – норма водоотвода на единицу продукции или перерабатываемого сырья с учетом водооборота, м³;

М – количество единиц продукции или масса перерабатываемого сырья за сутки.

Объем бытовых сточных вод предприятия определяют расходами сточных вод от душевых установок, столовых, стиральных цехов и тому подобное. Расходы душевых сточных вод Q рассчитывают по формуле:

Q = 0,375 N_д

где N_д– количество душевых установок предприятия.

Значение N_дзависит от санитарных норм технологического процесса производства и общего количества рабочих. Ориентировочно величина N_дсоставляет в текстильной промышленности 10 %, в машиностроительной – 25 %, в химической, металлургической, металлообрабатывающей, целлюлозно-бумажной – 40 %, пищевой, кожной промышленности строительных материалов – 75 % численного состава рабочих, которые пользуются душем.

Канализация – это комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, которые обеспечивают забор и отведение за границы населенных пунктов и промышленных предприятий загрязненных сточных вод, их очистку и обеззараживание перед утилизацией или сбросом в водоемы.

Используют два способа канализации сточных вод.

• - в городскую канализационную сеть сбрасывают хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды, сброс которых в городскую канализацию допускается. Ливневые воды собираются отдельно и без очистки направляются в ближайший водоем. Эта система канализации носит название раздельной;

• - в городскую канализационную сеть сбрасывают сточные воды всех видов. Эта система называется общесплавной,все сточные воды поступают на очистные сооружения, сброс ливневых вод без очистки в водоемы отсутствует.

При выборе системы канализации определяющую роль играют:

• качество сточных вод,

• их количество,

• сброс в водоем,

• территориальное расположение промышленных объектов,

• возможность оборотного водоснабжения.

Особенное внимание уделяется составу сточных вод предприятий. Высокие или низкие температуры, кислотность сточных вод, наличие токсичных веществ могут серьезно ухудшить процесс очистки и вызывать загрязнение источника воды.

Схемой канализации называют технически и экономически обоснованное решение принятой системы канализации с учетом местных условий и перспектив развития объекта канализации города, села, промышленного или жилого района. В зависимости от рельефа местности всю территорию населенного пункта разделяют на бассейны канализации, т.е. участки, ограниченные водоразделами.

В каждом бассейне сточные воды по подземным канализационным трубам собирают в один или несколько коллекторов. Сточные воды сплавляют по коллекторам самотеком.

Из районных сетей сточные воды поступают в районные насосные станции перекачивания для подачи сточных вод непосредственно к очистным сооружениям, откуда очищенные сточные воды сбрасывают в водные объекты.

Выделяют внутреннюю и внешнюю канализацию. Внутренняя служит для приема сточных вод в местах их образования и отвода ее от домов во внешнюю канализационную сеть. Элементами внутренней канализационной сети являются санитарное оборудование, отводные трубы, стояки и выпуски из сооружений.

Внешняя канализация предназначена для транспортирования сточных вод за границы населенных пунктов и предприятий, включает трубопроводы (самотечные и напорные), насосные станции и очистные сооружения. Внешние уличные канализационные сети городов представляют собой достаточно сложные схемы, конфигурация которых определяется планированием города и рельефом местности. Эта особенность канализационной сети обусловлена тем, что сточные воды спускаются самотеком.

Таким образом, сбор, отвод, очистка и сброс сточных вод осуществляется канализационными системами (или сетями), которые состоят из таких элементов:

1. внутреннего домового или цехового канализационного оборудования;

2. внешней внутриквартальной канализационной сети;

3. внешней уличной канализационной сети;

4. насосных станций;

5. напорных трубопроводов;

6. очистных сооружений;

7. выпуска сточных вод в водоем.

Для наблюдения за функционированием канализационной сети, ее промывки и очистки служат канализационные колодцы. Выделяют канализационные колодцы обзорные, перепадные и промывные.

Обзорные колодцы бывают

• линейными, их оборудуют на прямолинейных участках сети;

• поворотными - в местах изменения направления трассы;

• узловыми - когда соединяются несколько линий;

• контрольными - в местах присоединения дворовой или внутриквартальной сети к уличной.

Перепадные колодцы устраивают при существенной разнице отметок подводящей и отводной труб.

Промывные колодцы служат для размыва осадков, которые образуются в трубах при малых скоростях движения сточных вод.

Минимальная глубина закладки канализационной сети, которая зависит от глубины промерзания грунта, должна также быть достаточной для сохранения труб от разрушения наземным транспортом (1,5 – 2 м).

Выбор материала труб для прокладки канализационной сети зависит от назначения трубопровода. Самотечная сеть выполняется из керамических, асбоцемента, бетонных и железобетонных труб, а коллекторы больших диаметров - из железобетонных труб или сборных железобетонных элементов. Для напорных трубопроводов применяют металлические, асбоцементные и железобетонные трубы. Возможно использование труб из синтетических материалов.

Основным параметром является диаметрканализационной трубы. Для каждого диаметра труб установлены минимальные допустимые уклоны и скорости протекания сточной воды, а также максимально допустимые наполнения труб.

Под уклоном трубыпонимают безразмерные отношения высоты падения трубы на участке сети к длине участка

и = h / l,

где h - падение трубы, м;

l – длина участка, км.

Правильное проектирование канализационной сети связано с таким понятием как наполнение. Под наполнением трубыпонимают безразмерное отношение высоты слоя жидкости к диаметру трубы. Неполное наполнение в канализационных трубах играет важную роль. Во-первых, свободное пространство обеспечивает вентиляцию сети и удалению из нее метана, который образуется в результате разложения органических загрязнений. Во-вторых, неполное наполнение служит резервной емкостью на случай сброса значительных количеств сточных вод в аварийных ситуациях.

Определение расчетного расхода связано с неравномерностью водоотвода. Учет неравномерности водоотвода проводится с помощью коэффициентов неравномерности,которые являются отношением максимального расхода к среднему.

Средний расход бытовых вод зависит от благоустройства зданий. Нормы водоотвода бытовых сточных вод для различной степени благоустройства зданий приведены в таблице.

Нормы водоотвода бытовых сточных вод для населенных пунктов

Степень благоустройства районов жилищной застройки	Норма водоотвода на одно-го жителя, среднесуточная, (за год), л/суток
Застройка домами, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, без ванн	125 – 160
Застройка домами, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией и ваннами с местными водонагревателями	160 - 230
Застройка домами, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения	230 - 350

Обычно в городах на протяжении суток выделяются три наиболее значительные пика концентраций загрязняющих веществ:

• утренний (перед работой);

• дневной (соответствует обеденному перерыву);

• вечерний (когда люди готовятся к сну).

При этом утренний пик является острым, поскольку он кратковременен, дневной также несколько заострен, а вечерний - размытый.

Почти во всех городах суммарная суточная концентрация основных компонентов сточных вод в будние дни обычно больше, чем в выходные.

Если рассматривать пики на протяжении года, то зимой концентрации больше, поскольку величина использования воды меньше, чем летом, поэтому меньше разведение.

Состав хозяйственно-бытовых сточных вод изменяется больших пределах:

Показатель	Значение показателя
Взвешенные вещества	170 – 300
БПК5	120 – 220
БПКполн	150 – 250
Перманганатная окисляемость	50 – 60
Бихроматная окисляемость	300 – 450
Азот аммонийный	10 – 20
Азот общий	10 – 25
Фосфор общий	5 - 10

Бытовые сточные воды от промышленных предприятий зависят от температурных условий работы на предприятиях. Эти нормы приведены в таблице

Норма расхода воды в производственных зданиях, л

Цех	Норма водоотвода на одного человека за смену	Норма расхода во время наибольшего водопотребления
		общая (в том числе горячей воды)	холодной воды
С тепловыделением более 83,8 Дж, (более 20 ккал) на 1м3/год.	45	14,1	5,7
С тепловыделением менее 83,8 Дж, (менее 20 ккал) на 1м3/год.	25	9,4	5,0

Коэффициент неравномерности притока бытовых сточных вод в значительной степени зависит от величины притока. Это обусловлено тем, что чем больше численность населения, которая определяет приток, тем меньше вероятность одновременного использования и неиспользования санитарных приборов. Общий коэффициент неравномерности притока бытовых сточных вод приведен в таблице.

Общие коэффициенты неравномерности водоотвода бытовых сточных вод населенных пунктов (К_общ) в зависимости от среднего расхода сточных вод (q_ср)

qср	Кобщ	qср	Кобщ
До 5	3	200	1,4
15	2,5	300	1,35
30	2	500	1,25
50	1,8	800	1,2
100	1,6	1250 и больше	1,15

Насосные станции перекачки должны обеспечить надежный отвод сточных вод при максимальном водоотводе и вместе с тем обеспечить равномерную перекачку стоков на очистные сооружения.

При исследовании сточных вод основное внимание уделяется не отдельным компонентам, а групповым, которые характеризуют степень разложения органических веществ.

Основные задачи анализа городских сточных вод:

1) определение количества и состава загрязняющих веществ (по химическим и бактериологическим показателям), на основе которых может быть проведен выбор методов очистки и конструкций биологических очистных сооружений;

2. определение наличия и концентрации ценных примесей, которые целесообразно изымать из сточных вод в процессе очистки;

3. установление влияния сточной жидкости на материалы, с которыми им придется контактировать;

2. выявление: наличия токсичных примесей;

3. объективная оценка эффективности работы очистных сооружений.

При анализе сточных вод большое значение имеет время взятия пробы. С учетом неравномерности поступления сточных вод, разнице их состава во времени для анализа должны отбираться среднесуточные пробы. Дня бактериального анализа пробы городских сточных вод необходимо сразу же доставлять в лаборатории и начинать их исследование, потому что со временем у них начинается быстрое размножение бактерий и действительная картина качества будет нарушена.

В Украине разработаны и действуют “Правила приймання стічних вод підприємств у комунальні та відомі системи каналізації населених пунктів України”, в которых приведены требования к составу и свойствам сточных вод предприятий для безопасного их отведения канализационной сетью.

Требования к составу и свойствам сточных вод

№	Показатели качества сточных вод	Допустимые величины
1	Температура	не выше 40ºС
2	рН	6,5 – 9,0
3	БПК, г/куб.м	не более 350
4	Взвешенные и всплывающие вещества, г/куб.м	не более 500
5	Нерастворимые масла, смолы, мазут	не допускаются
6	Нефть, нефтепродукты, г/куб.м	не более 20
7	Жиры растительные и животные, г/куб.м	не более 50
8	Хлориды, г/куб.м	не более 350*)
9	Сульфаты, г/куб.м	не более 400*)
10	Сульфиды, г/куб.м	не более 1,5
11	Кислоты, горючие смеси, токсичные и летучие газообразные вещества, способные образовывать в сетях и сооружениях токсичные газы	не допускаются
12	Концентрированные маточные и кубовые растворы	не допускаются
13	Строительный, промышленный, хозяйственно-бытовой мусор, грунт, абразивные вещества	не допускаются
14	Радиоактивные вещества**), эпидемиологически опасные бактериальные и вирусные загрязнения	не допускаются

*) Эти нормативы возрастают соответственно содержанию данных солей в воде местного водопровода

**) Во внимание принимаются радиоактивные загрязнения с активностью, которая превышает фон местного хозяйственно-бытового стока.

Выбор схемы и системы канализации.

При проектировании сооружений Водоканала, а также при анализе работы очистных сооружений необходимо определить наиболее приемлемые схему (централизованная, децентрализованная, смешанная, частичная) и систему (общесплавная, полная раздельная, неполная раздельная, комбинированная, полураздельная) канализации населенного пункта (табл.).

Выбор схемы канализации при централизованной системе водоснабжения

Схема канализации	Система застройки	Плотность населения, чел/га
Централизованная Децентрализованная Смешанная Частичная	Многоэтажная Малоэтажная Большая разница между отдельными районами по плотности населения и застройки Населенный пункт, который строится или реконструируется	Свыше 89 Меньше 70 70 –150 50 - 200

Из всех вариантов наиболее привлекательна с гигиенической т.зр. централизованная схема канализации, поскольку в этом случае будут собраны все сточные воды, отведены за пределы населенного пункта и обеззаражены на очистных сооружениях. Облегчается санитарный надзор за процессом отвода сточных вод из населенного пункта и за работой очистных сооружений.

Важной характеристикой является степень охватывания населенного пункта канализацией. Она определяется как отношение длины канализационной сети к длине водопроводной или как отношение объема воды, подающейся водопроводом, к объему сбрасываемых сточных вод. Это соотношение удовлетворительно при величинах от 0,6 до 1,0, причем чем более высоким является показатель, тем в большей степени населенный пункт охвачен канализацией.

Выбор той или другой системы канализации зависит от ряда факторов (табл.). По санитарным соображениям более эффективна общесплавная система канализации при условии глубокой очистки всех сточных вод, которые поступают на очистные сооружения. При полной и неполной раздельной, а также комбинированной систем канализации нужно старательно проверять условия выпуска и очистки дождевых и промышленных сточных вод.

Выбор системы канализации

Система канализации	Рельеф местности	Количество насосных станций	Интенсивность дождя, л/с·га (20 мин)	Специальные требования
Общесплавная	Спокойный	До 3 при высоте подъема сточных вод до 20м	До 80	Сточные воды могут быть сброшены в водный объект после механической очистки
Полная раздельная	Сильно пересеченный	Более 3	Более 80	Необходимость биологической очистки
	То же	Более 3	До 70	Необходимо рассматривать как первую очередь строительства полной раздельной системы для населенных пунктов с населением до 50000 чел
Комбинированная	То же	До 3	До 80	Необходимо применить в городах с населением свыше 100 000 чел, отдельные районы которых отличаются между собой характером застройки, степенью благоустройства, рельефом
Полураздельная	То же	До 3	До 80	Особенные требования выдвигаются к сбросу дождевых вод во внутренние городские водоемы