ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 7 страница

Полная раздельная система водоотведения (рис.12) имеет несколько водоотводящих сетей, каждая из которых предназначена для отведения сточных вод определенного вида и является наиболее эффективной по экологическим и энергетическим соображениям.

Рис.12.Полная раздельная система водоотведения

 

Наиболее сложными являются водоотведение и очистка сточных вод промышленных предприятий, так как состав и свойства сточных вод зависят от специфики водных технологических производственных процессов. Для таких специфических потоков сточных вод выполняют отдельные водоотводящие сети, и для них предусматривают специальные очистные сооружения. Например, для кожзаводов и меховых производств устраивают несколько водоотводящих сетей и специальных очистных установок.

Неполная раздельная система водоотведения имеет одну водоотводящую сеть, состоящую из подземных трубопроводов и каналов, предназначенную для отведения смеси бытовых и производственных сточных вод на городские очистные сооружения. По этой производственно-бытовой сети отводится смесь, называемая городскими сточными водами. Отведение и сброс дождевых вод без очистки в водоем производятся по открытым лоткам, кюветам и канавам. Обычно эта система применяется для небольших объектов и при дальнейшем улучшении благоустройства населенных мест развивается в полную раздельную или полураздельную систему водоотведения.

Полураздельная система водоотведения имеет две водоотводящие сети — производственно-бытовую и дождевую, в местах пересечения этих сетей устраиваются разделительные камеры. При малых расходах воды в дождевой сети камеры перепускают весь расход дождевых вод в главный общесплавной коллектор производственно-бытовой сети. При больших расходах камеры перепускают в производственно-бытовую сеть наиболее загрязненную часть воды, протекающей по трубам в донной части. Таким образом, на очистку направляются наиболее загрязненные дождевые воды, образующиеся в начальный период дождя, и донные слои воды, имеющие наиболее высокие концентрации загрязнений. При больших расходах воды в дождевой сети менее загрязненные дождевые воды отводятся в водоем без очистки.

 

16.4. Системы водоотведения промышленных предприятий

 

При выборе системы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать следующие возможности:

• совместной и раздельной очистки отдельных видов (от отдельных цехов или технологических линий) сточных вод;

• извлечения и использования ценных веществ, содержащихся в сточных водах;

• повторного использования производственных сточных вод без очистки или после частичной очистки в системе оборотного водоснабжения или для технических нужд другого цеха или производства;

• применения для производственных целей очищенных бытовых и дождевых вод;

• использования производственных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур.

Системы водоотведения промышленных предприятий также подразделяются на общесплавные и раздельные.

При отсутствии резко выраженных видов и концентраций загрязнителей принимается общесплавная система водоотведения. Водоотведение трех основных категорий сточных вод (бытовые воды промышленных предприятий, производственные сточные воды, дождевые воды с промышленной площадки) может осуществляться по одному коллектору. Сброс сточных вод может быть произведен в городскую водоотводящую сеть или на внутризаводские очистные сооружения.

Раздельная система водоотведения предполагает наличие трех видов сетей и локальных очистных сооружений на каждую категорию сточных вод. Количество локальных очистных сооружений определяется технологами по потокам производственных сточных вод и различиям в методах их очистки. Каждый вид сточных вод может быть сброшен в городскую водоотводящую сеть с последующей очисткой на городских очистных сооружениях или через отдельные выпуски в водоемы.

Для предотвращения нарушения технологического процесса биологической очистки городских сточных вод, сохранения целостности труб и оборудования сети водоотведения, сбрасываемые производственные сточные воды должны удовлетворять требованиям «Правил приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов». Основные из них, сводятся к следующему:

• производственные сточные воды не должны быть агрессивными по отношению к материалам водоотводящих сетей и сооружений, не должны содержать примеси такой крупности и такого удельного веса, которые могли бы засорять водоотводящую сеть города;

• в производственных сточных водах не должно быть горючих примесей — бензина, нефтепродуктов, эфиров, а также растворенных газообразных веществ, которые могли бы образовывать взрывоопасные смеси. При биологической очистке городских стоков концентрация нефтепродуктов не должна превышать допустимого предела для процесса биохимической очистки;

• температура смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод не должна превышать 40°С;

• сбрасываемые в городскую водоотводящую сеть сточные воды не должны содержать бактерий, попадающих с продуктами выработки вакцин и сывороток;

• средние значения рН не должны превышать значений 6,5—7,5;

Производственные сточные воды, не отвечающие предъявляемым требованиям, подвергаются предварительной очистке на соответствующих локальных установках. В местах выпуска в городскую водоотводящую сеть предусматривается устройство гидравлических затворов.

 

17. Основы проектирование водоотводящих сетей

 

Для проектирования водоотводящих сетей, преимущественно, принимается безнапорный режим движения жидкости, отличающийся свободной поверхностью жидкости в лотке или трубе. Самотечное движение сточных вод в энергетическом отношении является наивыгоднейшим. Под конструированием водоотводящей сети понимают строгое выполнение определенных инженерных решений, создающих безаварийную, надежную работу всех ее сооружений в любой момент времени. Основная задача проектирования водоотводящих сетей заключается в построении продольного профиля коллекторов, определении объемов земляных работ и положения водоотводящих трубопроводов в подземной части относительно других инженерных коммуникаций.

Схемы водоотведения разрабатываются на генплане объекта и начертание трубопроводов в плане называют трассировкой. Расчет водоотводящих сетей состоит в определении диаметров и уклонов трубопроводов, обеспечивающих при наиболее благоприятных гидравлических условиях пропуск расходов сточных вод в любой момент времени.

 

17.1. Определение расходов сточных вод

 

Основой для определения диаметров трубопроводов является расчетный расход, характеризующийся количеством сточных вод, протекающим через живое сечение потока в единицу времени, измеряемый в л/с или м³/с. Для самотечного режима движения жидкости площадь живого сечения потока всегда меньше площади трубы.

Важной характеристикой сточных вод является степень равномерности (или неравномерности) их образования и поступления в водоотводящие системы. Обычно она определяется неравномерностью поступления сточных вод по часам суток в году и характеризуется коэффициентами неравномерности.

В Строительных нормах и правилах (СНиП) приводятся удельные нормы водопотребления, которые принимаются равными удельной норме водоотведения бытовых вод от города, — среднесуточный (за год) расход воды, л/сут, отводимой от одного человека. Удельная норма водоотведения зависит от уровня санитарно-технического оборудования зданий и в определенной степени от климатических условий. Также определяются удельные расходы на хозяйственно- бытовые нужды на одного работающего в смену, на одного учащегося и т.д.

Удельное водоотведение производственных сточных вод — это количество воды, м³, отводимое на единицу выпускаемой продукции. Величина удельного водоотведения зависит от вида производства и степени совершенства водной технологии. Самые совершенные — непрерывные производственные процессы с повторно-оборотным использованием воды имеют самые низкие значения удельного водоотведения.

Объемы выпадающих осадков измеряют высотой слоя воды, мм, выпавшей за определенный интервал времени, по площади водосбора (в России годовой слой осадков колеблется от 300 мм на севере до 2000 мм в южной субтропической зоне; в средней полосе европейской части этот показатель достигает 600—800 мм). Площадь водосбора — это часть земной поверхности и подстилающих ее почв и горных пород, откуда вода поступает к водным объектам, которые подразделяют на водотоки и водоемы.

Для расчета объемов атмосферных осадков используют параметр интенсивности дождя по объему q, выраженный в л/с с 1 га.

Расход дождевых вод с 1 га площади территории города достигает 150 л/с (1 раз в год) и 300 л/с (1 раз в 10 лет). Это в 50—300 раз больше расхода бытовых вод. В то же время общий расход дождевых вод за год составляет 1500—2000 м³ с 1 га, т.е. в 5—30 раз меньше расхода бытовых вод. В период дождей и снеготаяния наблюдается значительное поступление в водоотводящую сеть дождевых и талых вод. В связи с этим возникло требование о проведении проверочных расчетов водоотводящих сетей на пропуск максимального расхода с учетом дополнительного притока дождевых и талых вод.

 

17.2. Глубина заложения трубопроводов

 

При строительстве коллекторов применяется открытые и закрытые способы.

Минимальная глубина заложения трубопроводов принимается, исходя из следующих трех условий: исключение промерзания труб; исключение механического разрушения труб под действием внешних нагрузок; обеспечение самотечного присоединения к трубопроводам внутриквартальных сетей и боковых веток. Температура сточных вод в зимнее время не снижается ниже 10°С, поэтому оказывается возможным прокладывать трубопроводы па глубине, меньшей глубины промерзании грунта. Благодаря большой теплоемкости воды вокруг трубы образуется зона талого грунта, которая примыкает к нижней зоне непромерзающего грунта, поэтому трубопровод не промерзает и не разрушается.

Максимальная глубина заложения трубопроводов при открытом способе производства работ диктуется гидрогеологическими, техническими и экономическими условиями. В скальных грунтах ее рекомендуется принимать равной 4 - 5 м и в сухих нескальных – 7 - 8 м.

При обосновании необходимости прокладки коллекторов на больших глубинах применяют закрытые способы строительства (щитовая проходка, микротоннелирование, горизонтальное бурение, прокалывание и продавливание). Особенно эффективен этот способ при реконструкции и строительстве систем водоотведения крупных городов в стесненных городских условиях с интенсивным движением наземного транспорта и при большом насыщении подземными коммуникациями и сооружениями.

Применение закрытых способов строительства с глубоким заложением коллекторов позволяет значительно сократить число насосных станций перекачки сточных вод, что, в свою очередь, повышает надежность систем водоотведения, а также предохраняет просадку грунта под зданиями и сооружениями.

 

17.3. Трубопроводы и сооружения на сети

 

Материалы, которые используются для изготовления труб, должны удовлетворять строительным, технологическим и экономическим требованиям. Строительные требования заключаются в обеспечении прочности и долговечности конструкций и возможности индустриализации строительства; технологические — в обеспечении водонепроницаемости и гладкости внутренней поверхности труб, а также исключении их истирания и коррозии; экономические — в обеспечении минимальной стоимости материалов и расходовании минимального количества дефицитных материалов.

Выбор материала труб зависит от вида и состава сточных вод и гидрогеологических условий строительства. Для строительства водоотводящих сетей применяются керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные, чугунные и пластмассовые трубы. Минимальный диаметр водоотводящих труб от санитарного прибора принимается не менее 50 мм, а для уличной хозяйственно-бытовой сети – 200 мм. Увеличение диаметра трубопровода в направлении движения воды в коллекторе производится без всякого ограничения, если это обусловлено гидравлическим расчетом. Промышленность выпускает трубы диаметром от 200 до 2400 мм и выше.

Наружная водоотводящая сеть состоит из подземных трубопроводов, уложенных с уклоном по направлению движения воды и смотровых колодцев. Для сбора дождевых вод применяются дождеприемники. Колодцы устраивают в местах изменения направления трубопроводов, при изменении диаметра, на прямолинейных участках сети через 40— 150 м, при подключении новых участков, при перепадах высот, при пересечении с естественными препятствиями, и все они - предназначены для осмотра и прочистки сети. Между колодцами трубопроводы прокладывают строго прямолинейно. Точность укладки труб по заданной отметке составляет ±3 мм. Соединения самотечных трубопроводов в колодцах выполняют в виде открытых лотков полукруглой формы. Вентиляция наружных сетей осуществляется через неплотности крышек люков колодцев и через вентилируемые стояки зданий. Для производственной канализации возможно устройство вытяжных стояков за пределами населенных пунктов.

Транспортируемая сточная жидкость обладает определенной потенциальной энергией. Поэтому возможно ее самотечное транспортирование. И лишь в конце водоотводящих сетей при большом заглублении возникает необходимость в перекачке сточных вод – подъеме и подаче их по напорным трубопроводам. Число и расположение насосных станций зависит от местных условий. Очевидно, что насосные станции следует располагать в пониженных точках местности на незатопляемой территории. Насосные станции состоят из двух отделений: приемного резервуара и машинного зала. В приемном резервуаре устанавливаются решетки для сбора крупных загрязнений, насосные агрегаты (насос и электродвигатель) располагаются в машинном зале. Для надежности напорные трубопроводы прокладывают в две нитки.

 

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.