Глава 4

СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ

4.1. Виды сточных вод

Существуют следующие виды сточных вод: бытовые (хо­зяйственно-фекальные), производственные и поверхностные (ат­мосферные).

• Бытовые сточные воды поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов (умывальников, раковин, моек, ванн₄ унитазов, трапов и др.), установленных в жилых, администра­тивных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помеще­ниях промышленных предприятий. В бытовых сточных водах при отсутствуют загрязнения минерального и органического происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях. Органические загрязнения бытозых сточных вод соответствуют БПКполн = 100...500 мг/л и имеют тенден­цию к загниванию. Удельный расход бытовых сточных вод за­висит от плотности населения, степени благоустройства и составу ляет 0,3...2 л/с на 1 га территории жилого объекта. Расходы по; часам суток могут изменяться в 2...5 раз. ;

• Производственные сточные воды образуются на предприя­тиях в результате загрязнения используемой воды отходами сырья, промежуточного или товарного продукта, а также ее нагрева (условно чистые воды). Так, сточные воды заводов черной металлургии загрязнены окалиной, маслами и фенолами; сточные воды углеобогатительных и коксохимических заводов - угольной пылью и фенолами; сточные воды нефтепромысловы и нефтеперерабатывающих предприятий - нефтью и нефтепродуктами; сточные воды целлюлозно-бумажных комбинатов - древесным волокном, целлюлозой и сульфитными щелоками; сточные воды кожевенных заводов и шерстомойных фабрик – отходами шерсти и жирами; сточные воды текстильных предприятий - красителями и моющими веществами; сточные воды машино­строительных заводов - ионами тяжелых металлов и т.д.

Количество сточных вод на предприятиях различных отраслей промышленности зависит от мощности предприятий, удельных расходов воды на единицу выпускаемой продукции и лежит в пределах от 50... 150 м³/сут (предприятия пищевой и легкой про­мышленности) до 300...500 тыс. м³/сут (металлургические, хи­мические, нефтехимические и целлюлозно-бумажные комбинаты). Режим притока определяется технологическими процессами от­дельных цехов и может быть в течение смены равномерным, неравномерным или в виде разовых (залповых) спусков. При расчете городских водоотводящих сетей расходы сточных вод от небольших промышленных предприятий, расположенных в городах и снабжаемых водой из городских водопроводов, от­дельно не учитываются. Сточные воды от крупных и водоемких промышленных предприятий, применяющих системы повторного или оборотного водоснабжения и использующие местные (до­полнительные) источники водоснабжения, учитываются отдельно.

По концентрации органических загрязнений производствен­ные сточные воды могут быть слабоконцентрированными (стоки металлургических и машиностроительных заводов, БПКполн = = 30...70 мг/л), концентрированными (стоки мясокомбинатов и молочных комбинатов, БПКполн = 800... 1500 мг/л), высококон­центрированными (стоки фабрик первичной обработки шерсти, БПКполн = 15000...20000 мг/л). Производственные сточные воды, поступающие в городскую водоотводящую сеть, не должны со­держать взрывоопасных компонентов или загрязнений, агрес­сивных по отношению к материалу городской сети, образовы­вать вредных соединений, а также иметь температуру выше 40 °С. Смесь производственных и бытовых сточных вод города («городские сточные воды») должна иметь БПКполн не более 500 мг/л при наличии на городской очистной станции биофильт­ров или аэротенков-вытеснителей и не более 1000 мг/л при на­личии аэротенков-смесителей, содержание солей не выше 20 г/л и нейтральную реакцию. Если городские сточные воды не отве­чают требованиям, производственные сточные воды должны предварительно пройти локальную очистку и, таким образом, будут подготовлены для совместной очистки с бытовыми стоками города.

Поверхностные сточные воды образуются в результате вы­падения атмосферных осадков (дождя или снега), а также рабо­ты дренажных систем. Расходы дождевых сточных вод подвер­жены значительным колебаниям, изменяясь от нуля (в сухую погоду) до максимального значения 300 л/с на 1 га городской территории. Неочищенные дождевые воды являются крупным источником загрязнения водоемов, причем наиболее загрязненными являются начальные порции дождевой воды; БПКп дождевых вод с городских территорий достигает 60...80 мг/л концентрации взвешенных веществ — 500...1000 мг/л, нефтепр дуктов— 12...20 мг/л, ионы тяжелых металлов— 1...3 мг/л. Дождевой или дренажный сток с территорий промышленных предприятии обычно содержит специфические загрязнения, связаные с характером и технологией производства.

4.2. Системы водоотведения городов

Комплекс сооружений, предназначенных для отведения, очистки бытовых, производственных и поверхностных (атмосферных) сточных вод, называют системой водоотведения.

• Общесплавная система водоотведения (рис. 4.1, а) предполагает отведение на очистные сооружения всех видов сточных вод по одной подземной сети труб и каналов. Для облегчения условий работы насосных станций и очистных сооружений в периоды сильных дождей, а также для уменьшения размера главных коллекторов на них устанавливают ливнеспуски – камеры, через которые в ближайший водоем сбрасывается часть смеси городских и дождевых сточных вод.

К достоинствам общесплавной системы относятся минимальная протяженность водоотводящих сетей и связанное с этим сокрашение количества смотровых колодцев и объемов земляных работ при строительстве.

К недостаткам общесплавиой системы относятся значителные единовременные затраты на строительство сети большого сечения, насосных станций и очистных сооружений, учитывающие одновременное отведение и очистку основного объема бытовых, производственных и дождевых сточных вод. В периоды дождей существует опасность подтопления подвальных помещений зданий. Сброс некоторой части загрязнений общего стока через ливнеспуски непосредственно в водоем также нежелателен по экологическим соображениям.

• Полураздельная система водоотведения (рис. 4.1,6) предусматривает устройство двух сетей — производственно-бытовой и дождевой, в местах пересечения которых устраивают так называемые разделительные камеры. При малых расходах дождевой воды весь ее объем смешивается в камерах с производственно бытовыми стоками и поступает в главный коллектор. Таким образом, в начальный период дождя, когда с городской и производ­ственной территорий смывается основная часть загрязнений, а суммарный расход смешанных стоков в сети возрастает не столь значительно, работа полураздельной системы аналогична общесплавной системе водоотведения. При больших расходах дождевой воды ее наиболее значительная, но наименее загрязнениая часть, попадая в разделительные камеры, отводится в водоем без очистки. Принцип действия разделительных кам основан на увеличении дальности полета компактной части по­тока дождевой воды при увеличении скорости ее движения уличном коллекторе. В результате этого в период интенсивного выпадения дождя работа полураздельной системы аналогична полной раздельной системе водоотведения.

К достоинствам полураздельной системы относятся возмож­ность поэтапного строительства уличных коллекторов производ­ственно-бытовой сети и коллекторов дождевой сети, а также то что во время дождя в водоем поступает минимальное количество загрязнений.

К недостаткам полураздельной системы относятся неустойчи­вый режим работы главного коллектора с раздельными камерами в период дождя и вызванная этим сложность эксплуатации сис­темы в целом.

Полная раздельная система водоотведения (рис. 4.1,в,г,д) предусматривает две самостоятельные сети трубопроводов: одна — для бытовых и загрязненных производственных сточных вод, другая — для отведения поверхностного стока и условно чистых производственных сточных вод.

К достоинствам полной раздельной системы водоотведения следует отнести возможность строительства бытовой сети в ка­честве первой очереди, минимальную стоимость строительства и эксплуатации городских очистных сооружений, а также срав­нительно равномерный режим работы бытовой сети.

Недостатком полной раздельной системы (рис. 4.1, в) являет­ся сброс всего объема дождевых вод без очистки в водоем.

Недостатком полной раздельной системы с локальной очист­кой дождевых вод (рис. 4.1, г) является частичный сброс дож­девых вод через разделительные камеры без очистки в водоем, а также дополнительные затраты на строительство'и эксплуа­тацию локальных очистных сооружений.

Недостатком полной раздельной системы с централизованной очисткой дождевых сточных вод (рис. 4.1, д) является необхо­димость строительства и эксплуатации главного перехватываю­щего коллектора и центральных очистных сооружений поверх­ностного стока.

Неполная раздельная система водоотведения предусматри­вает сеть трубопроводов для отвода бытовых и загрязненных производственных сточных вод и устройство открытой (поверх­ностной) дождевой сети в виде уличных лотков, кюветов и ка­нав. В реальных условиях неполная раздельная система су­ществует как начальный этап освоения полной раздельной системы, тесно связанный с развитием благоустройства и улуч­шением дорожных покрытий городов.

Комбинированная система водоотведения предусматривает наряду с общесплавной системой элементы полной или неполной раздельных систем. Такая система водоотведения склады­вается в тех случаях, когда бытовые сети новых районов города присоединяют к общесплавным коллекторам существующей час­ти города.

Выбор системы водоотведения наряду с другими факторами зависит от климатических условий, рельефа города и требует экологических и технико-экономических обоснований.

Применение общесплавной системы целесообразно при нали­чии крупных проточных водоемов в районах, характеризую­щихся небольшим количеством атмосферных осадков, н в горо­дах с высокой плотностью населения (многоэтажная застройка). Именно в этих условиях экологический ущерб от применения общесплавной системы минимален, так как ливнеспуски почти не используются.

Применение полной раздельной системы без очистки дожде­вого стока нецелесообразно по экологическим соображениям. Полная раздельная система с локальными очистными сооруже­ниями на 11...15% дороже других систем. Применение полной раздельной системы с центральными очистными сооружениями поверхностного стока целесообразно в климатических районах с интенсивным выпадением дождей (Дальний Восток, некоторые районы Кавказа).

Область применения полураздельной системы водоотведения значительно шире, так как она лишена ряда недостатков и огра­ничений, присущих общесплавной и полной раздельной систе­мам.

В нашей стране наибольшее распространение получили: в больших городах — полные раздельные системы, в малых го­родах — неполные раздельные системы. Полураздельные систе­мы, несмотря на их перспективность, большого распространения не получили нз-за недостаточной практической изученности. В странах Западной Европы и США как в крупных, так и малых городах наибольшее распространение получила общесплавная система.

4.3. Системы водоотведения промышленных предприятий

На промышленных предприятиях образуются производствен­ные, бытовые и атмосферные (дождевые, талые) сточные воды. В соответствии с этим системы водоотведения условно разде­ляют на общесплавиую и раздельные. Раздельные системы, в свою очередь, могут иметь несколько самостоятельных произ­водственных сетей от различных цехов, а также предусмат­ривать повторное использование, частичный или полный оборот различных видов сточных вод.

Общесплавная система водоотведения (рис. 4.2, а) приме­няется на предприятиях с небольшими расходами воды, поверхностный сток с территорий которых сопоставим с расход производственных и бытовых сточных вод, а характер произ! Ливенных загрязнений позволяет направлять их на городе очистные сооружения, не прибегая к локальной очистке.

Раздельная система водоотведения с локальными очист­ными сооружениями целесообразна при высоких концентрациях производственных загрязнений, а также в тех случаях, когда производственные сточные воды содержат ценные отходы. Это относится, например, к сточным водам мясоперерабатывающей промышленности, содержащим пищевые жиры, которые подле­жат утилизации.

Раздельная система водоотведения с частичным оборотом производственных вод (рис. 4.2, б) применяется при наличии наряду с загрязненными условно чистых (нагретых) сточных вод, возврат которых в производство возможен после охлажде­ния и частичной очистки.

Раздельная система водоотведения с полным оборотом про­изводственных вод (рис. 4.2, в) применяется при их значитель­ном расходе, а также при недостаточном дебите источников природной воды. Дождевые воды предприятий данного типа очищаются отдельно или совместно с дождевыми стоками го­рода на локальных очистных сооружениях.

Раздельные системы водоотведения с полным оборотом всех видов сточных вод (бессточные) целесообразны на круп­ных промышленных предприятиях, использующих водоемкие тех­нологические процессы, а также при нехватке воды в реке для технического водоснабжения.

Основной проблемой при очистке и повторном использовании дождевых вод является необходимость их сбора, накопления и равномерной подачи на очистку, что требует значительных площадей. Очищенные поверхностные стоки и бытовые сточные воды могут удовлетворять более 50 % потребности промышлен­ности в воде, поэтому бессточные системы водопользования с учетом высоких экологических показателей имеют большую пер­спективу.

Эффективность системы промышленного водоотведения оце­нивается с помощью коэффициента использования оборотной воды

и коэффициента использования свежей воды

где qоб, qсв, qсб — расходы соответственно оборотной, свежей (подпиточной) и сбрасываемой в водоем воды.

Чем ближе значения коэффициентов k_o6 и k_CB к единице, тем выше эффективность использования воды в системах промыш­ленного водоотведения. В нашей стране коэффициент k_0б на предприятиях черной и цветной металлургии, химической и цел­люлозно-бумажной промышленности составляет 0,6...0,8 и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению.

4.4. Схемы городских водоотводящих сетей

Схема водоотведения определяется главным образом релье­фом местности, характером водоема, планировочными реше­ниями городской застройки, а также намечаемым местом для размещения очистных сооружений н выпуска очищенных сточ­ных вод. Общая схема водоотведения состоит из разветвленных самотечных сетей (внутриквартальные, улнчные, районные и главные коллекторы), смотровых колодцев, насосных станций, напорных трубопроводов, дюкеров, переходов, очистных соору­жений и выпусков. Схемы канализационных сетей в зависимости от видов сточных вод могут быть незамкнутые н замкнутые (пересеченные).

• Незамкнутые схемы используются для отведения в водоем без очистки или после локальной очистки поверхностных сточ­ных вод города н промышленного предприятия, а также условно чистых производственных сточных вод. В зависимости от топо­графических и планировочных особенностей города незамкнутые схемы по начертанию в плане подразделяются на перпендикуляр­ные, параллельные, веерные, радиальные, зонные (рис. 4.3). Пер­пендикулярная схема (рнс. 4.3,а), по которой сточные воды

кратчайшим путем направляются в водоем, предполагает нали­чие равномерного и умеренного уклона местности. Эта схема получила наибольшее распространение. Параллельная (рис. 4.3,6) и веерная (рис. 4.3, в) схемы применяются при наличии крутого уклона местности к реке и дают возможность уменьшить мак­симальные скорости в трубопроводах, не прибегая к устройству многочисленных перепадных колодцев. Радиальная схема (рис. 4.3, г) используется при расположении города на возвы­шенности, охватываемой речной излучиной. Зонная схема (рис. 4.3, д) применяется при наличии прямого и обратного ската местности с водоразделом между ними. Водоотведенн с обратного ската осуществляется с помощью насосных станции дождевой воды, снабженных бассейнами для усреднения расхода дождевых вод.

• Замкнутые (пересеченные) схемы отличаются от незам­кнутых наличием главного (перехватывающего) коллектора ■ используются для отведения на городские очистные сооружения бытовых и загрязненных производственных сточных вод. В за­висимости от конкретных условий замкнутые схемы подразде­ляются на перпендикулярные, параллельные, веерные, зонные и радиальные (рис. 4.4). Области применения схем, показанных на рис. 4.4, а, б, в, ж, в целом аналогичны схемам на рис. 4.3, й, б, в, г. Зонные схемы (рис. 4.4, г, д, е) применяются в городах со значительной разницей отметок поверхности земли, когда сточные воды из низко расположенной зоны (террасы) пере­качиваются в верхнюю зону или непосредственно на очистные сооружения.

Перекачка сточных вод увеличивает эксплуатационные рас­ходы, и поэтому следует стремиться отводить самотеком воды на очистные сооружения даже с меньшей части городской террито­рии. Схема на рис. 4.4, г применяется при значительном отдале­нии очистных сооружений от города, а также при небольших расходах сточных вод в нижней зоне. Схема на рис. 4.4, д целе­сообразна при значительных расходах сточных вод в нижней зоне и небольшом удалении очистных сооружений от города. Преимущества данной схемы возрастают, когда насосная стан­ция оборудована решетками-дробилками, что позволяет значи­тельно уменьшить размер решеток на городской очистной стан­ции. Схема на рис. 4.4, е целесообразна, когда территория го­родской застройки вытянута вдоль реки, и для того, чтобы уменьшить глубину заложения насосной станции, ее устанавли­вают в средней части главного коллектора нижней зоны. Подача дополнительного расхода сточных вод в главный коллектор верхней зоны позволяет уменьшить его уклоны и глубину зало­жения. Радиальная схема (рис. 4.4,з) (децентрализованная) применяется при сложном рельефе местности в больших горо­дах, где исторически сложилась очистка сточных вод на двух (или более) очистных станциях. Их количество может быть уменьшено за счет устройства насосных станций и расширения главных очистных сооружений города.