8.3. Нормы водоотведения

Для определения расчетных расходов необходимо знать количество жителей, норму водоотведения и режим поступления сточных вод. Норму водоотведения для населенных мест принимают равной норме водопотребления - от 125 до 350 л/сут на одного жителя в зависимости от степени благоустройства. В норму входят все виды потребления воды в городе, за исключением расхода воды промышленными предприятиями и на поливку улиц.

В связи с неравномерностью потребления воды существует и неравномерность ее отведения. Понятия о коэффициентах часовой К_ч и суточной К_с неравномерности как отношения максимального расхода к среднему в водопроводах и канализациях одинаковы. Однако их численные значения различны, что связано с условиями поступления воды и движения жидкости.

Установлено, что неравномерность поступления сточных вод зависит от среднего расхода воды, протекающей по ней, чем больше расход, тем меньше размеры колебаний расходов, т.е. меньше коэффициент неравномерности. Для расчета канализационной сети важно знать расчетные расходы сточных вод города:

• среднесуточный

, (8.2)

• среднечасовой

, (8.3)

• максимальный секундный

, (8.4)

• минимальный секундный

, (8.5)

где N - число жителей, чел;

q - норма водоотведения, л/сут.чел;

K_max, K_min - коэффициенты соответственно общей максимальной и минимальной неравномерности водоотведения.

8.4. Основы гидравлического расчета канализационной сети

Канализационную сеть обычно устраивают самотечной, безнапорной и проектируют обычно на неполное заполнение. Целью гидравлического расчета является подбор диаметров труб, уклонов сети и определения отметок лотков и глубины заложения труб. Особенностью канализационной сети является:

• загрязненность сточных вод крупными и мелкими фракциями, способными образовывать пробки;

• самотечность канализационной сети, требующей открытой поверхности потока и уклонов, обеспечивающих незаиливающиеся скорости стока.

При малых расходах и скорости потока возможно отложение загрязнений и образование пробок. Увеличив скорость потока, можно создать безаварийный режим работы системы. Этого можно добиться увеличив уклон сети, что, в свою очередь, приведет к увеличению заглубления, удорожанию строительной стоимости сети и насосных станций, а также к росту затрат на электроэнергию для подъема сточных вод для очистки.

Исследования условий протекания сточных вод позволили определить критические параметры, соблюдение которых обеспечивает безаварийную работу сети. Определяющим параметром является диаметр канализационных труб. Для каждого диаметра труб установлены минимально допустимые уклоны и скорости протекания сточных вод, а также максимально допустимое наполнение труб. Под уклоном понимают отношение высоты подъема трубы h на участке к длине этого участка l: i = h/l. Так, например, для труб диаметром 150 мм: i = 0,007, 300 мм – i = 0,0035, 900 мм – i = 0,0015 и т.д.

Скорость потока жидкости определяют, как отношение расхода жидкости Q (м³/с) к площади поперечного сечения потока F (м²).

Минимально допустимая скорость потока сточных вод принимается в зависимости от диаметра труб на участке: при диаметре 150-250 мм v = 0,7 м/с, при диаметре 300-400 мм v = 0,8 м/с, при диаметре 900-1200 мм v = 1,15 м/с.

Под наполнением труб понимают отношение высоты слоя жидкости h_ж (м) к диаметру трубы D (м):

. (8.6)

Неполное наполнение канализационных труб:

• обеспечивает вентиляцию и удаление из них метана;

• служит как бы резервной емкостью на случай увеличения сброса сточных вод;

• обеспечивает максимально возможную (при H=0,7-0,8) скорость самотечного потока жидкости.

Максимально допустимое наполнение труб в зависимости от диаметра следующее: при D = 150-300 мм H = 0,6; при D = 350-400 мм H = 0,7; при D > 900 мм H = 0,8.

Все эти параметры взаимосвязаны и зависят в основном от расхода сточных вод:

, (8.7)

, (8.8)

. (8.9)

Здесь с = 1/nR - коэффициент сопротивления; R = F/x  D/4 - гидравлический радиус; n - коэффициент шероховатости; x - смоченный периметр, м; .

Гидравлический расчет сети ведут на максимальный секундный расход, определению которого предшествует нахождение модуля стока или удельного среднего притока сточных вод с единицы поверхности города (квартала):

, (8.10)

где р_н - плотность населения, чел/га;

q - норма водоотведения, л/сут.чел.

Модуль стока позволяет определить средний приток от квартала города по его площади:

, (8.11)

где F_г - площадь квартала, га.

Поэтому территорию населенных мест разбивают на площади стока, тяготеющие к прилегающим участкам сети (рис. 8.3).

Если рельеф плоский, то разбивку территорий ведут по биссектрисам углов кварталов. После этого определяют расчетные расходы на каждом участке.

, (8.12)

где k_max - коэффициент общей максимальной неравномерности водоотведения.

Сложность гидравлического расчета канализационной сети заключается в возможности возникновения множества технически допустимых вариантов сети, число которых может превысить даже возможности современных ЭВМ. Поэтому к расчету канализационной сети подходят с известными упрощениями.

Например, исходят из принципа удержания наименьшего возможного заглубления. В этом случае рекомендуется следующая последовательность расчетов:

• зная расчетные расходы, выбирают минимальные диаметры, позволяющие выдержать соответствующие уклоны, скорость и наполнение;

• если скорость не удовлетворяет критическим значениям, тогда увеличивают уклон, но не более чем на 0,01%;

• если расход слишком велик для максимально допустимого уклона при заданном диаметре, тогда увеличивают диаметр на одну ступень;

• если наполнение труб недопустимо велико, то увеличивают их диаметр на одну ступень.

Глубина заложения уличной сети определяется по формуле:

, (8.13)

где h - наибольшая глубина заложения дворовой сети, м;

i - уклон;

L - длина дворовой или внутриквартальной сети, м;

l - длина трубы от красной линии до соответствующего смотрового колодца уличной сети, м;

Z₁ и Z₂ - отметки земли, соответственно у смотрового дворового колодца и наиболее удаленного колодца, м;

 - перепад между потоками дворовой и уличной канализации.

Рассмотрим общий ход расчета. Расчет ведется непосредственно от начала сети к насосной станции. Из рис. 8.3 видно, что расчетный расход по участку является суммой попутного, транзитного и бокового притоков.

Расходы определяют с учетом коэффициента неравномерности. Сосредоточенные расходы от предприятий, не имеющих неравномерность, учитывают отдельно. Падение на участках сети определяется по формуле:

, (8.14)

где i - уклон труб, м/км;

l - длина участка, км.

Начальную глубину заложения находят по формуле (8.13 ). В этом случае отметка лотка в расчетной точке определяют по формуле:

, (8.15)

где Z₁ - отметка трубы в i-ой точке, м;

h_i - падение на i-ом участке.

По величине расчетного расхода назначают диаметр и уклон трубопроводов так, чтобы, наполнение и скорость жидкости v соответствовали требованиям пара. Далее определяют глубины заложения сети в начале и конце каждого расчетного участка.

На практике гидравлический расчет канализационных сетей выполняется с помощью расчетных таблиц или на ЭВМ. Исходя из условий эксплуатации, минимальные диаметры трубопроводов канализации принимают 150 мм для внутриквартальных и 200 мм для уличных сетей, а для дождевой и общесплавной канализации - соответственно 200 и 250 мм. По результатам гидравлического расчета строят продольные профили сети. Глубину заложения уличной канализационной сети допускается принимать меньше глубины промерзания на 0,3 м при диаметрах до 500 мм и на 0,5 м при больших диаметрах.