Лекция. Лекция 5 водоотведение виды сточных вод и назначение канализационных инженерных сооружений
 Скачать 472.61 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 5 ВОДООТВЕДЕНИЕ Виды сточных вод и назначение канализационных инженерных сооружений Сточной жидкостью называются воды, которые в процессе использования получили дополнительные загрязнения, изменившие их состав или физические свойства, а также воды, стекающие с территорий городов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц. Исходя из данного определения, сточные воды можно разделить на следующие категории: – бытовые или хозяйственно-фекальные (от жилых, административных и общественных зданий; от производственных зданий); – производственные (от различных технологических процессов промышленных предприятий); – атмосферные (дождевые; талые). Загрязняющие вещества сточных вод могут быть плавающими, взвешенными, коллоидальными и растворенными. Хозяйственно-фекальные сточные воды характеризуются, в основном, содержанием органических, минеральных и бактериальных соединений. Производственные сточные воды содержат и органику, и минеральные примеси. В них также могут содержаться ядовитые и бактериальные соединения. Однако условно чистые производственные воды загрязнены только минеральными примесями. Атмосферные сточные воды содержат, в основном, загрязнения минерального происхождения, но атмосферные воды, стекающие с территорий ряда химических заводов, нефтебаз, бензоколонок, мясокомбинатов и т. д., могут иметь в своем составе значительное количество органических и вредных веществ. Степень загрязнения сточных вод характеризуется количеством загрязнений, содержащихся в единице их объема концентрацией, мг/л или г/м 3 . Концентрация зависит: – от нормы потребления, т. е. степени разбавления загрязнений водопроводной водой (для бытовых сточных вод); – характера производства, вида выпускаемой продукции, особенности технологического процесса производства (для производственных сточных вод); – места образования осадков, продолжительности и интенсивности осадков (для атмосферных осадков). Канализация представляет собой комплекс инженерных сооружений и мероприятий, обеспечивающих: 1) прием всех видов сточных вод в местах их образований; 2) транспортировку сточных вод на очистные сооружения; 3) очистку и обеззараживание сточных вод; 4) утилизацию полезных веществ, содержащихся в сточной воде и в их осадках; 5) спуск очищенных сточных вод в водоем. Существует два вида канализации – вывозная и сплавная. При вывозной канализации жидкие загрязнения сточных вод из приемников-выгребов вывозятся на поля ассенизации для их дальнейшей обработки. Вывозная канализация применяется только в небольших населенных пунктах или в сельской местности. При сплавной канализации сточные воды по подземным трубопроводам (коллекторам) транспортируются на очистные сооружения. Для устройства сплавной канализации необходимо наличие внутреннего водопровода в зданиях (норма водопотребления составляет не менее 60 л/сут на одного человека), что обеспечивает необходимую степень разбавления содержащихся в сточной воде загрязнений (для возможности их транспортирования по трубопроводам). Комплекс канализационных инженерных сооружений при сплавной канализации включает: 1) внутренние канализационные устройства административных и жилых зданий, которые обеспечивают прием сточных вод в местах их образования, а также их транспортировку в наружную канализацию; 2) наружную канализацию, которая служит для транспортировки сточных вод на очистные сооружения; 3) насосные канализационные станции для перекачки сточных вод; 4) очистные сооружения, которые обеспечивают очистку, обеззараживание сточных вод, обработку осадков и их утилизацию; 5) выпуск сточных вод для спуска очищенных сточных вод в водоем. Внутренние канализационные устройства в зданиях состоят: из приемников сточных вод (унитазов, раковин, моек, ванн, писсуаров, умывальников, трапов и др.); сети отводных труб, стояков, выпусков, транспортирующих сточные воды в колодцы наружной канализационной сети. Каждый из приемников сточных вод снабжен гидравлическим затвором (сифоном), предохраняющим помещения от попадания в них запахов из канализационной сети. Стояки устанавливают в отапливаемых помещениях и выводят выше кровли зданий, что создает условия для вентиляции внутренней канализации. Системы и схемы канализации Под системой канализации подразумевается комплекс сооружений, предназначенных для отведения и очистки сточных вод трех основных видов (рис. 1). Рис. 1. Система канализации города: 1 – граница города; 2 – коллекторы; 3 – напорный трубопровод; 4 – насосная станция; 5 – уличная сеть; 6 – очистные сооружения; 7 – выпуск в водоем; 8 – главная насосная станция; 9 – аварийный выпуск; 10 – главный коллектор; 11 – граница бассейнов канализования Система канализации состоит из следующих основных элементов: внутренних канализационных устройств зданий, наружной канализационной сети, насосных станций, напорных водоводов (коллекторов), сооружений для очистки сточных вод, утилизации осадка и выпусков в водоем. В современных городах для удаления сточных вод за пределы их территорий устраивают различные системы централизованной канализации. В зависимости от того, какие категории сточных вод отводит канализационная сеть, различают следующие системы канализации. Общесплавная система канализации – это система, при которой по одной подземной сети труб и каналов отводятся сточные воды всех категорий за пределы населенных мест. При устройстве общесплавной системы канализации все сточные воды в сухую погоду и часть их в период дождей поступают на очистные сооружения и после требуемой очистки выпускаются в водоем. Общесплавные системы канализации по санитарным показателям в настоящее время для населенных мест не проектируются. Раздельная система канализации может быть полной и неполной. При полной раздельной системе прокладывают две самостоятельные подземные сети труб и каналов, из которых одна служит для отведения бытовых и загрязненных производственных сточных вод, а вторая – для отведения дождевых и условно- чистых производственных вод. Первая сеть называется производственно-бытовой, или бытовой, а вторая – дождевой. По бытовой сети сточные воды поступают на очистные сооружения, расположенные большей частью за пределами населенных мест. Дождевые же воды по другой сети отводятся по наикратчайшему расстоянию в ближайшие водные потоки. В том случае, когда при раздельной канализации устраивают только бытовую сеть, а дождевые воды отводят по открытым лоткам и канавам, систему называют неполной раздельной. Полураздельная система канализации предусматривает строительство двух раздельных сетей (производственно- бытовой и дождевой) и перехватывающего общесплавного коллектора, по которому отводятся на очистку все бытовые, производственные воды и наиболее загрязненная часть дождевых вод. Комбинированная система канализации допускает устройство в отдельных районах города различных систем канализации. Наиболее часто применяется раздельная система канализации. Эта система удовлетворительна в санитарном отношении. Схема канализации разрабатывается на основании принятой системы канализации и является конкретным технически и экономически обоснованным решением по выбору и размещению комплекса инженерных сооружений для приема, транспортирования, очистки и выпуска их в водоем или передачи для последующего использования в сельском хозяйстве и промышленности. На генплане канализуемого населенного пункта выделяются бассейны канализования (рис. 1), наносятся трассы основных коллекторов, уличной сети, места расположения насосных станций, очистных сооружений и выпусков. Выбор схемы канализации обуславливается рельефом местности, местом расположения очистных сооружений и поверх ностного водоема, расходом сточных вод, требованиями утилизации сточных вод и повторного их использования, отводом и очисткой поверхностного стока. Существуют следующие схемы канализования: – перпендикулярная (рис. 2, а), при которой коллекторы отдельных бассейнов канализования, если нет обратных уклонов, трассируют по наикратчайшему пути – перпендикулярно водоему. – пересеченная (рис. 2, б), имеющая широкое распространение, если территория канализуемого объекта понижается в сторону водоема. Она удобна при реконструкции старых систем канализации, выполненных по перпендикулярной схеме и сбрасывающих сточные воды в водоем без очистки. – веерная, или параллельная (рис. 2, в), при которой коллекторы бассейнов канализования направлены под углом или параллельно друг другу и по отношению к водоему и перехватываются главным коллектором, отводящим сточные воды на очистные сооружения. – радиальная (рис. 2, г), применяют при отводе сточных вод отдельных районов самостоятельными системами и при разбросанных площадках очистных сооружений. Коллекторы бассейнов канализования имеют радиальное направление от центра населенного пункта к его периферии, каждый район города имеет независимую сеть с самостоятельным главным и отводящим коллекторами и с отдельными очистными сооружениями. – зонная, или поясная (рис. 2, д), применяют при расположении объекта на территории с холмистым рельефом. По этой схеме населенный пункт разбивают на зоны с самостоятельными сетями, и сточные воды нижней зоны перекачиваются в главный или отводной коллектор верхней зоны, идущий на очистные сооружения. Рис. 2. Схемы канализационных сетей населенных пунктов: 1 – граница бассейна; 2 – граница канализования; 3 – выпуск; 4 – коллектор нижней зоны; 5 – парковый коллектор; 6 – главный коллектор верхней зоны; 7 – северный коллектор; 8 – отводной канал При разработке схемы канализации следует предусмотреть максимально возможное использование сточных вод как производственных, так и бытовых, и дождевых. Оптимальный вариант должен определяться наименьшей величиной приведенных затрат с учетом сокращения трудовых затрат, расхода материальных ресурсов, электроэнергии и топлива, а также исходя из санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований. Экологические требования к очистке сточных вод Очистка сточных вод заключается в минерализации органических веществ под воздействием микроорганизмов и воздуха (аэробное окисление). Аэробные процессы состоят в окислении органических веществ, содержащих углерод, азот, серу, фосфор до минеральных солей (углекислых, азотнокислых, сернокислых и фосфорнокислых), и углекислоты. Аэробные процессы, применяемые при очистке бытовых сточных вод, содержащих органические загрязнения (преимущественно в растворенном состоянии), называют методом биологической очистки. Степень загрязнений сточных вод веществами органического и минерального происхождения определяют содержанием в них взвешенных и оседающих веществ, их биологической и химической потребностью в кислороде, содержанием в них отдельных химических элементов и соединений, а также их активной реакцией. Загрязнения, находящиеся в сточных водах, могут быть в нерастворенном, коллоидном и растворенном виде. Они обладают различной дисперсностью: грубая суспензия с размером частиц более 100; тонкая (с размером частиц 100–0,1 μ) для нерастворенных загрязнений; коллоидные вещества – с размером 0,1–0,01 μ; растворенные вещества – с размером молекулярно- дисперсных частиц менее 0,01 μ. Степень загрязненности сточных вод органическими веществами определяют количеством кислорода, необходимым в данный отрезок времени, для биохимического окисления этих веществ (БПК, мг/л): при температуре сточных вод 20 °С и 100-дневном процессе, так называемую полную биологическую потребность кислорода – БПК 20 , а при пятидневном процессе, применяемом в практике, – БПК 5 . Для определения БПК 20 следует разделить БПК 5 на 0,68. Концентрация загрязнений зависит от нормы водопотребления: чем она выше, тем концентрация меньше. В связи с тем, что не все органические загрязнения окисляются биохимически, для полного выявления загрязнения сточных вод определяют химическую потребность в кислороде – ХПК. Для бытовых сточных вод считают, что БПК 20 со- ставляет 86 % ХПК. Показатель активной реакции сточных вод рН (потенциал водорода) в пределах 6–9 характеризует уровень, необходимый для жизни микроорганизмов-минерализаторов в активном иле. Обычно бытовые сточные воды имеют рН в пределах 7,2–7,3. В сточных водах содержится огромное количество микроорганизмов. Большая часть бактерий безвредна, но имеются и болезнетворные (возбудители брюшного тифа, дизентерии и др.) группы кишечной палочки. Чтобы оценить степень бактериального загрязнения воды, определяют колититр (титр кишечной палочки) или тот наименьший объем воды в миллилитрах, в котором содержится одна кишечная палочка. Так, если колититр кишечной палочки равен 100, это значит, что на 100 мл воды приходится одна кишечная палочка. При колититре, равном 0,1, число бактерий в 1 мл равно 10. Для бытовых сточных вод колититр обычно составляет 0,000001 и ниже, т. е. одна кишечная палочка содержится в объеме сточной воды 0,000001 мл и меньше. Основные требования к составу и свойствам воды устанавливаются органами Государственной санитарной инспекции в зависимости от направления использования водоема (рыбохо- зяйственного или культурно- бытового назначения). Содержание взвешенных веществ в воде водоема после спуска сточных вод не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л при дальнейшем использовании воды для питьевых нужд и на 0,75 мг/л – для других нужд. Зимой содержание растворенного кислорода в воде водоема после смешения с ней сточных вод должно быть не ниже 6 мг/л. Биохимическая потребность в кислороде не должна превышать 3 мг/л при использовании воды для питьевых нужд и 6 мг/л – при ином использовании. Предельный уровень концентрации вредных веществ, определяемый из условия выпуска сточных вод в водоемы определяется расчетом, Сi / CiПДК = 1, где Сi – концентрация i-го вредного вещества в сточной воде, мг/л; СiПДК – предельная их концентрация, мг/л. Если концентрация вредных веществ в воде источника выше нормируемой СПДК более чем в 1,1 раза, то сброс стоков с i-м компонентом запрещается. В этом случае предусматривается метод по его извлечению или уменьшению его содержания. Расчет концентрации загрязнений в водоеме позволяет определить предельно допустимые экологические нагрузки загряз- нений в сточной воде (ПДЭН) в целях улучшения загрязненной водной среды. Основные способы очистки сточных вод В городах рекомендуется применять, в основном, биологическую очистку сточных вод, осуществляемую после механической очистки (решетки, дробилки), где они освобождаются, главным образом, от крупных фракций. При биологической очистке сточных вод практически удается почти полностью освободиться от органических загрязнений. Биологическая очистка сточных вод может быть естественной или искусственной. Естественная очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, в биологических прудах за счет запаса кислорода, находящегося в почве и в воде этих прудов. Естественная биологическая очистка вод распространена в городах, имеющих небольшую численность населения. Искусственная очистка происходит в специальных железобетонных сооружениях, называемых аэротенками, в которые принудительно подаётся воздух. В них процесс очистки происходит в несколько раз быстрее, чем при естественной очистке. В процессе очистки сточных вод образуется осадок, который подвергается обработке. Осадок обезвоживают на иловых площадках, где его подвергают естественной сушке. В крупных городах осадок обезвоживают механическим путем на центрифугах. Очищенная сточная вода перед выпуском ее в водоем обезвреживается раствором хлора или гипохлорита натрия. Выбор способа очистки (неполная, полная, глубокая с до- очисткой, естественная или искусственная очистка) и сооружений производится на основе технико-экономического обоснования и зависит от объема стоков, уровня загрязнения, мощности водоема, условий спуска сточных вод и размера площади застройки под очистные сооружения. Нормы и режим водоотведения Для определения расчетных расходов необходимо знать количество проживающих в населенных пунктах, норму водоотведения и режим поступления сточных вод в сеть. Нормы водоотведения для населенных пунктов принимают равными нормам водопотребления (таблица) в зависимости от степени благоустройства зданий. В нормы водоотведения входят все виды потребления воды в городе (в т. ч. расход воды на бани, прачечные, больницы и пр.), за исключением расхода воды промышленными предприятиями и на поливку улиц, площадей и зеленых насаждений. Для расчета канализационной сети и сооружений на ней, а также для расчета очистных сооружений необходимо знать расчетные расходы: среднесуточный, среднечасовой, максимальный и минимальный секундный. Города могут иметь районы с разной плотностью застройки. В этом случае для каждого микрорайона приходится определять удельный расход сточных вод, учитываемый далее при вычислении расчетных расходов. Расчетные расходы бытовых сточных вод (м3/сут и л/с) от промышленных предприятий определяют, исходя из числа работающих и нормы водоотведения, принимаемой 25 и 45 л в одну смену на одного человека, соот- ветственно, для холодных и горячих (с тепловыделением более 84 кДж на 1 м3) цехов и коэффициентов часовой неравномерности ( К х = 3; К г = 2,5 ). Элементы наружной канализации. Проектирование канализационной сети Наружная канализация состоит из разветвленной сети подземных труб и каналов, отводящих сточные воды самотеком к насосным станциям или на очистные сооружения. Внутриквартальная сеть транспортирует сточные воды от зданий данного квартала в уличную канализацию. Она оканчивается контрольным колодцем (КК), расположенным за пределами квартала перед красной линией застройки. Участок сети, соединяющий контрольный колодец с уличной сетью, называется соединительной веткой. Уличная сеть городов сильно раз- ветвлена и охватывает обширные территории, поэтому для создания условий приема сточных вод из уличных сетей территорию города разбивают на бассейны канализования (часть канализуемой территории, ограниченная водоразделами). Участок сети, собирающий сточные воды от одного или нескольких бассейнов канализования, называется коллектором бассейна канализования. Уличная канализация (в пределах каждого бассейна) объединяется одним или несколькими коллекторами бассейнов канализования, которые отводят ее за пределы бассейна в главные коллекторы. Загородные коллекторы (отводные) не имеют присоединений. Они отводят сточные воды транзитом за пределы объекта канализования к насосным станциям, очистным сооружениям или к месту их выпуска в водоем. Поскольку наружная канализационная сеть работает в самотечном режиме, а при больших заглублениях коллекторов этого режима добиться не удается, в пониженных участках сети устраивают насосные станции для подъема сточных вод на более высокие отметки. Участок сети от насосной станции до самотечного коллектора или очистных сооружений называется напорным коллектором. Трубопровод, предназначенный для отведения в водоем очищенных сточных вод, называется выпуском. Каналами называют коллекторы большого диаметра. Они проектируются только в крупных городах. Канализование населенных пунктов следует предусматривать по системам: раздельной – полной или неполной, полураздельной, а также комбинированной. Отведение поверхностных вод по открытой системе водостоков допускается при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарно-эпидемиологической службы, органами по регулированию и ох- ране вод, а также с органами охраны рыбных запасов. Выбор системы канализации следует производить с учетом требований к очистке поверхностных сточных вод, климатических условий, рельефа местности и других факторов. В районах с интенсивностью дождей q20 менее 90 л/с на 1 га следует рассматривать возможность применения полураздельной системы канализации Проектирование канализационной сети начинают с разбивки территории города на бассейны канализования, выбора места расположения очистных сооружений и выпуска очищенных сточных вод в водоем. Границы отдельных бассейнов канализования наносят на план города с горизонталями. Их определяют по рельефу местности и проекту вертикальной планировки города. По бассейнам канализования выявляют направления движения сточных вод и районы, для которых требуется перекачка сточных вод. Ее предусматривают только при невозможности обеспечения самотечного режима работы сети. Затем приступают к трассировке наружной канализации. Трассировкой называется начертание сети в плане. Она проводится в такой последовательности: прокладывают главные и загородные коллекторы, затем коллекторы бассейнов канализования, а потом уличные и внутриквартальные сети. Канализацию объектов надлежит проектировать, согласно СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения», на основе утвержденных схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и промышленности, схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам, генеральных, бассейновых и территориальных схем комплексного использования и охраны вод, схем и проектов районной планировки и застройки городов, микрорайонов, населенных пунктов и генеральных планов промышленных узлов. При проектировании необходимо рассматривать целесообразность кооперирования систем канализации объектов, независимо от ведомственной принадлежности, а также учитывать техническую, экономическую и санитарную оценки существующих сооружений и предусматривать возможность их использования и интенсификацию их работы. Проекты канализации объектов необходимо разрабатывать, как правило, одновременно с проектами водоснабжения с обязательным анализом баланса водопотребления и отведения сточных вод. При этом необходимо рассматривать возможность использования очищенных сточных и дождевых вод для производственного водоснабжения и орошения. Основные технические решения, принимаемые в проектах, и очередность их осуществления должны быть обоснованы сравнением возможных вариантов. Оптимальный вариант определяется наименьшей величиной приведенных затрат с учетом сокращения трудовых затрат, расхода материальных ресурсов, электроэнергии и топлива, а также исходя из санитарно- гигиенических и рыбохозяйственных требований. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите категории сточных вод. 2. Что понимается под сточной жидкостью? 3. Какие функции выполняет канализация? 4. Какие существуют виды канализации? 5. Что понимается под системой канализации? 6. Какие существуют схемы канализования? 7. Назовите типы биологической очистки сточных вод. 8. Какую функцию выполняют аэротенки? 9. Что понимается под бассейном канализования? |