17.4. Скорости и наполнение

Основное требование — обеспечение в водоотводящей сети благоприятных гидравлических условий движения потока сточных вод, исключающих заиливание трубопроводов. Это требование заключается в создании самоочищающих скоростей на всех участках водоотводящей сети.

Для проектирования бытовых водоотводящих сетей принимается безнапорный режим движения жидкости с частичным наполнением труб, обеспечивающий некоторый резерв в живом сечении трубопровода.

При этом из трубопроводов непрерывно удаляются образующиеся в воде газы, которые вызывают коррозию трубопроводов и сооружений на них, осложняют эксплуатацию водоотводящих сетей и т.п. В безнапорном режиме движения жидкости лучше транспортируются с водой нерастворимые примеси, а также происходит самоочищение трубопроводов от отложений. Приток сточных вод осуществляется неравномерно. Часовой максимальный расход бытовых вод превышает минимальный расход в 3-5 раз. В случае безнапорного режима снижение скорости движения при уменьшении расхода происходит в значительно меньшей степени, так как одновременно уменьшается наполнение и живое сечение трубы. Таким образом, даже при расходах меньше расчетных, самоочищающие скорости движения сточных вод сохраняются и в трубах не происходит накопления осадка в больших объемах. Численное значение самоочищающейся скорости зависит от типа сточных вод, диаметра, наполнения и уклона трубопроводов и варьируется от 0,7 до 1,5 м/с.

Высота слоя жидкости, отнесенная к диаметру трубопровода, называется наполнением (рис.13). Для городских водоотводящих сетей в зависимости от диаметра трубопровода рекомендуется наполнение 0,5 -0,8.

В целях исключения подтопления трубопроводов при расчетных условиях наполнение в трубопроводах бытовой водоотводящей сети рекомендуется принимать не более 0,8.

Рис.13. Разрез трубопровода при самотечном режиме:

1 –живое сечение потока; 2 – свободное пространство в трубе

Содержащиеся в сточных водах песок и другие минеральные примеси являются абразивными материалами, истирающими стенки трубопроводов в результате транспортирования жидкости. При этом интенсивность истирания пропорциональна скорости потока, движущегося в трубе. Поэтому на основании многолетнего опыта эксплуатации водоотводящих сетей установлены максимально допустимые скорости, равные 4 м/с для неметаллических труб и 8 м/с для металлических.

18 Очистка сточных вод

18.1. Состав и свойства сточных вод

Для всех видов сточных вод очень трудно дать краткую и полную характеристику ингредиентов, так как загрязненные воды могут содержать в большем или меньшем количестве многие вещества. Различная степень загрязнения сточных вод и природа их образования выдвигают при проектировании важную задачу совместного или раздельного отведения отдельных видов сточных вод, совместной или раздельной их очистки.

Основными характеристиками сточных вод являются виды (компоненты) загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией загрязнений, измеряемой в мг/л (мг/дм³) или г/м³.

В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Из них - осаждающиеся, полурастворенные и растворенные вещества, находящиеся в сточных водах, — это преимущественно (58%) органические вещества, т.е. продукты живой природы. Поскольку все они представляют собой химические соединения углерода, то в сухом состоянии горят. Остальные твердые вещества (42%) являются неорганическими. К ним относятся такие вещества как песок, глина и т.п.; эти вещества не горят. В природе все органические вещества спустя какое-то время разлагаются.

Часть нерастворенных загрязнений, задерживаемых при анализах на бумажных фильтрах «синяя лента», называют взвешенными веществами. Потери при прокаливании взвешенных веществ определяются так же, как для сухого и плотного остатков, но выражаются обычно не в мг/л, а в виде процентного отношения минеральной части взвешенных веществ к их общему количеству по сухому веществу, называют зольностью. Концентрация взвешенных веществ в городских сточных водах обычно составляет 100—500 мг/л. Для городских сточных вод статистической обработкой установлена норма, что 65 г взвешенных веществ поступает на очистные сооружения в сутки от одного жителя.

Разложение органических веществ происходит под воздействием микроорганизмов, главным образом бактерий, присутствующих в сточных водах. Если в сточных водах постоянно имеется какое-то количество растворенного кислорода, что, как правило, бывает в природной воде, то происходит разложение загрязнений при участии аэробных бактерий. С помощью специальных ферментов, управляющих процессами обмена, они расщепляют сложные органические вещества, превращая их в более простые. Если взятую в качестве пробы сточную воду выдержать в определенных условиях в лаборатории в течение нескольких дней (от 5 до 20дней), обеспечивая постоянное присутствие в ней кислорода, то по количеству потребляемого кислорода можно судить о количестве находящихся в сточной воде микроорганизмов. Это количество, в свою очередь, зависит от наличия в сточной воде питательных веществ, потребляемых микроорганизмами. Пищей же являются как раз органические вещества сточных вод. Таким образом, эта "биохимическая потребность в кислороде" определяет степень загрязнения сточных вод и позволяет сопоставлять сточные воды различного происхождения. Высокая биохимическая потребность в кислороде (БПК) означает, что вода сильно загрязнена, и, наоборот низкая потребность в кислороде свидетельствует о том, что вода сравнительно чиста. Удельная норма органических загрязнений по БПК_п на одного жителя в сутки составляет 75г. Другими словами, сточные воды, приходящиеся на одного жителя, потребляют при полном биохимическом разложении микроорганизмами 75г кислорода в течение 20дней.

В свою очередь, химическая окисляемость может быть перманганатной, бихроматной и йодатной. Результаты определения окисляемости независимо от вида окислителя выражают в мгО₂/л. Бихроматную окисляемость называют химической потребностью в кислороде или ХПК. Бытовые сточные воды имеют БПК_п = 100 - 400 мг/л, а ХПК = 150 - 600 мг/л. При хранении они способны загнить через 12—24 ч.

Азот находится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах основную часть органических азотистых соединений составляют вещества белковой природы — фекалии, пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными — NH₄⁺ и NH₃ и окисленными формами NO₂^- и NO₃^-. Аммонийный азот в большом количестве образуется при гидролизе мочевины - продукта жизнедеятельности человека. Кроме того, процесс аммонификации белковых соединений также приводит к образованию соединений аммония. В городских сточных водах до очистки азот в окисленных формах (в виде нитритов и нитратов), как правило, отсутствует. Окисленные формы азота могут появиться в сточной воде лишь после биологической очистки. Нитриты и нитраты могут восстанавливаться группой денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота.

Источником соединений фосфора в сточных водах являются физиологические выделения людей, отходы хозяйственной деятельности человека (моющие средства) и некоторые производственные сточные воды.

Азот и фосфор называют биогенными элементами, они - необходимые компоненты бактериальных клеток. При их отсутствии прирост живых клеток, а, значит, и процесс биологической очистки невозможен. Обогащение водоемов питательными веществами в результате сброса в них сточных вод, содержащих биогенные вещества, приводит к нарушению биологического равновесия (этот процесс называют эвтрофикацией водоема). Превышение определенных пределов загрязнения вызывает массовое развитие животных и растительных организмов. Наглядным подтверждением загрязнения водоемов биогенными веществами, является так называемое цветение воды вследствие массового разрастания водорослей определенного вида. Водоросли, окрашивающие воду водоемов в зеленый цвет, отмирая, толстыми слоями отлагаются вдоль берегов и на дно водоемов.

Нефтепродукты - неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые гексаном. Концентрация нефтепродуктов в водоемах строго нормирована и поскольку на очистных сооружениях эффективность их удаления не превышает 85%, в исходной производственной сточной воде ограничивают содержание нефтепродуктов.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) - класс органических соединений, содержащих активные группы гидрофобного или гидрофильного свойства. Появление СПАВ в сточных водах связано с применением их в быту и промышленности в качестве моющих средств. Соединения ухудшают процесс седиментации взвешенных частиц, образуют в аэрируемых сооружениях большое количество пены, тормозят биохимические процессы в биоокислителях. Попадая в водоем, СПАВ усложняют водопользование.

Тяжелые металлы (железо, никель, медь, свинец, цинк, кобальт, кадмий, хром, ртуть) и токсичные элементы (мышьяк, сурьма, бор и др.) тоже являются показателями качества сточных вод. Источник тяжелых металлов - сточные воды машиностроительных заводов, предприятий электронной, приборостроительной и других отраслей промышленности, где они находятся в ионной и комплексной форме соединений с неорганическими и органическими веществами.

Биологические и бактериальные загрязнения — это различные микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, яйца гельминтов, мелкие водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные — возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др. Бытовые сточные воды являются наиболее опасными в санитарном отношении.

Производственные сточные воды отличаются значительным разнообразием как по количеству, так и по составу в зависимости от технологического процесса производства. По концентрации загрязнений производственные сточные воды большинства промышленных предприятий делят на две основные группы:

1) малозагрязненные, или условно чистые (содержащие, главным образом, твердые вещества);

2) грязные сточные воды.

Состав промышленных сточных вод последнего типа бывает самый разнообразный и специфичен для каждого промышленного предприятия.

В настоящее время насчитывают около 60 разновидностей промышленных сточных вод, в которых могут присутствовать вещества, обладающие высокой токсичностью, радиоактивные, а также ценные вещества. Сточные воды большинства отраслей промышленности способны оказывать корродирующее действие на материалы канализационных сооружений (сталь, бетон).

В дождевых сточных водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения БПК_п дождевых вод достигает 50—150 мг/л. Обязательно присутствие нефтепродуктов примерно до 25 мг/л. Исследованиями установлено, что дождевые воды могут являться источниками загрязнения водоемов.