Енциклопедія економіки

Системи каналізації

Загальносплавна. Усі стічні води - побутові, виробничі і дощові сплавляються по одній загальній мережі труб і каналів за межі міської території на очисні споруди.

Роздільна .  Дощові води і ті, що не потребують очищення, виробничі стічні води відводять по одній мережі труб і каналів, а побутові й забруднені виробничі стічні води по іншій одній чи декількох мережах.

Роздільна система каналізації може бути повною і неповною.

Повна роздільна система включає дві чи три зовсім самостійні каналізаційні мережі: мережа відведення дощових і не потребуючих очищення виробничих стічних вод; мережа для відводу побутових і частини забруднених виробничих вод, що допускаються до спуску в побутову каналізацію; мережа, по якій відводять забруднені виробничі води, що допускаються  до неспільного відведення з побутовими.

Неповна роздільна система каналізаційних мереж передбачає відведення тільки найбільш забруднених виробничих і побутових стоків; атмосферні води при цій системі стікають у водні протоки по кюветах проїздів, відкритих лотках, канавах і тальвегах.

Різновидами загальносплавної і роздільної систем є напівроздільна і комбінована системи каналізації.

Напівроздільна система складається з тих же самостійних каналізаційних мереж, що і повна роздільна система, і одного головного колектора, що відводить на очисні споруди побутові, виробничі, талі води, води від миття вулиць і частину найбільш забруднених дощових вод.

Комбінована система  з'явилася в результаті розширення міст, що мають загальносплавну систему каналізації. Оскільки в суху погоду загально-сплавні колектори завантажені не повністю, до них приєднували побутову і виробничу каналізаційні мережі від районів будинкової забудови, а для атмосферних вод, що вже не могли бути прийняті в існуючі загальносплавні колектори, прокладали самостійні дощові каналізації з випуском атмосферних вод у найближчі водойми без очищення. Таким чином, з'явилася комбінована система каналізації, при якій в одних районах міста збереглася загально-сплавна система, а в інших - повна роздільна чи  неповна роздільна система.

Загальносплавна система каналізації економічно ефективна при багатоповерховій забудові, тому що довжина її внутрішньоквартальної і вуличної мереж на 30 – 40 % менше довжини двох самостійних мереж повної роздільної системи каналізації. Витрати на її експлуатацію на 15 – 25 % менше, ніж для двох мереж повної роздільної системи.

У санітарному відношенні загальносплавна каналізація була б найбільш сприятливою, якби на головних і відвідних колекторах не влаштовувалися зливні спуски для скидання під час дощу суміші забруднених і дощових вод у відкриті водойми в межах міста. Робиться це з метою зменшення перерізів головних колекторів і напірних трубопроводів, зменшення потужності насосних і очисних станцій, зниження, порівняно високих, капітальних вкладень. Зазначене допускається з тих міркувань, що під час злив кількість дощових вод у багато разів перевищує кількість побутових і виробничих стічних вод, а концентрація забруднення в розведених водах стає значно меншою, ніж у побутових стоках. Вважається, що розведена суміш побутових і дощових вод у цьому випадку становить відносно меншу небезпеку для забруднення водойми, тому що таке скидання спостерігається звичайно періодично при сильних зливах протягом невеликого періоду часу (близько 100 годин у рік).

При малоповерховій і розосередженій забудові загальносплавні каналізації мають ряд технічних недоліків. У суху погоду, коли в мережу надходять тільки побутові води, швидкість течі виявляється недостатньою,  щоб забезпечити самоочищення каналізаційних труб, що викликає посилене випадання осаду і його загнивання. Під час сильних злив мережа може переповнюватися, тому при виникненні в ній підпору води можливе затоплення підвалів будинків, особливо в знижених районах міської території. Реальна небезпека затоплення підвалів водою через загальносплавну каналізаційну мережу існує і у період паводків для районів міста, розташованих нижче горизонту паводкових вод. Запобіжні пристрої від затоплення підвалів житлових будинків на практиці себе не виправдовують. Значно ускладнюється експлуатація насосних і очисних споруд внаслідок нерівномірного припливу дощових вод.

Роздільна системаканалізації вільна від вказаних недоліків. Її достоїнством є рівномірна робота головних колекторів, насосних станцій, напірних трубопроводів і очисних споруд, розрахованих тільки на витрату побутових і виробничих стічних вод. До недоліків цієї системи слід віднести необхідність будівництва двох роздільних мереж (виробничо-побутової і дощової); скидання всіх поливальних вод при митті й поливанні вулиць і дощових вод, в тому числі і їх першої найбільш забрудненої порції (має концентрацію забруднення, близьку до концентрації побутових стоків), без очищення у  водойму.

Із санітарно-гігієнічної точки зору загальносплавну і повну роздільну системи каналізації вважають рівноцінними. При обох системах у водойму надходить деяка кількість забруднень під час дощу. Санітарними нормами допускається  їхнє  короткочасне скидання у великі проточні водойми, оскільки це не приводить до серйозного забруднення водних ресурсів.

Повну роздільну систему каналізації приймають для великих і упоряджених  міст за наявністю можливості скидання всіх дощових вод у поверхневі водні протоки, а також необхідності повного біологічного очищення стічних вод.

Напівроздільна системаканалізації є найкращою. За санітарними показниками  вона перевершує загальносплавну і роздільну системи, оскільки під час дощу у водойму надходить мінімальна кількість забруднень. Але її застосування обмежене через високі капітальні вкладення на одночасне будівництво двох мереж з колектором.

У зв'язку з підвищенням вимог державних стандартів до охорони водойм і необхідністю очищення поверхневого стоку з території великих міст, розташованих на малопотужних водоймах, ця система  застосовується при реконструкції існуючих систем каналізації шляхом влаштування колекторів глибокого закладення. Напівроздільну систему застосовують для міст із чисельністю жителів більше 50 тис. чоловік; для акваторій, використовуваних з метою купання і водного спорту; при підвищених вимогах до захисту водойм від забруднення дощовими і талими водами.

Неповну роздільну систему влаштовують у містах і селищах міського і сільського типу, де її застосування сумісне із загальним рівнем благоустрою, або як першу чергу будівництва роздільної системи каналізації. При порівняно невеликих капіталовкладеннях і матеріальних витратах вона дає змогу відводити з міста в першу чергу найбільш забруднені й небезпечні в санітарному відношенні побутові стічні води й очищати їх перед випуском у водойму. Менш забруднені атмосферні й поливальні води відводять відкритими каналами і лотками. В міру розвитку міського благоустрою відбудовується закрита дощова мережа, що створює умови для переходу до повної системи каналізації. Таким чином, при мінімальних матеріальних і трудових витратах вирішують першочергові санітарні й господарські завдання з можливо більш ефективним розподілом капіталовкладень за часом і черговістю будівництва.

Комбінована система за техніко-економічними показниками займає середнє положення між загальсплавною і роздільною системами.

Каналізаційну мережу, призначену для прийому і відведення атмосферних вод, називають дощовою (зливовою) чи водостоком. Якщо в дощову каналізацію скидають не забруднені виробничі стічні вод, то її називають виробничо-дощовою.

Побутова мережа служить для прийому і відведення побутових стоків.

Виробнича каналізаційна мережа  призначена для прийому і  відведення тільки забруднених виробничих стічних вод . Для спільного прийому і відведення побутових і виробничих стічних вод служить виробничо-побутова мережа каналізації. Спільне відведення й очищення допускається тільки в тих випадках, коли це не порушує роботи мережі й очисних споруд побутової каналізації.

Схема каналізації - технічно й економічно обґрунтоване проектне рішення прийнятої системи каналізації з урахуванням місцевих умов і перспектив її розвитку.

Кожна схема здійснюється різними технічними прийомами при трасуванні мереж і колекторів, визначенні глибини  їхнього закладання, кількості насосних станцій, числа і розташування очисних споруд. Усі ці фактори впливають на економічні показники діяльності підприємств  водоканалу.

Схема   каналізації     міста       може      бути      централізованою,

децентралізованою чи районною. Стічні води всіх басейнів каналізування направляють по одному чи декількох колекторах на єдину для всього міста очисну станцію, розташовану нижче міста, за течією ріки. Децентралізовані схеми каналізаційної мережі застосовують при каналізуванні великих міст в умовах як сильно пересіченого, так і дуже плоского рельєфу місцевості. В останньому випадку влаштовують районну каналізацію із самостійними   очисними спорудами. Для декількох близько розташованих населених пунктів і підприємств промисловості в густонаселених районах використовують регіональні схеми каналізації. У цих схемах передбачається одна очисна станція великої потужності замість великої кількості малопотужних очисних споруд, що обслуговують окремі об'єкти. Це дає змогу знизити капітальні вкладення та експлуатаційні витрати на очищення стічних вод, надійно захистити відкриті водойми від забруднення і раціонально використовувати водні ресурси.

Систему і схему каналізації вибирають як комплекс інженерних споруд, що забезпечують надійне і тривале обслуговування споживачів з урахуванням прийнятої системи водопостачання, охорони і раціонального використання водних ресурсів, санітарно-гігієнічних і техніко-економічних вимог.

Устаткування і споруди для прийому і транспортування стічних вод: внутрішні каналізаційні пристрої (умивальники, раковини, ванни, відвідні стояки і т.п. ), зовнішня каналізаційна мережа,  насосні й напірні станції, водойми.

Очисні станції, призначені для очищення, знезаражування, знешкодження стоків і обробки осаду, випуску очищених вод у водойми.

Випуски, біофільтри, відстійники, септики, аеротенки, метантенки, фільтр – преси, вакуум-фільтри і т.п.

Границі території, що каналізується визначаються проектом  планування і забудови  населеного пункту, в якому розраховуються перспективи розвитку території міста, щоб очисні станції не виявилися в зоні забудови.

Проектування
каналізаційної мережі починають з розбивки території міста на басейни каналізування по вододілах, а потім вибирають майданчик для розміщення очисної станції і місця випуску очищених стічних вод у водну протоку. Намічають
трасу головного колектора і траси колекторів, виявляють райони, для яких потрібне перекачування стічних вод, вибирають майданчик для розміщення насосних станцій і намічають принципову схему
каналізації по басейнах каналізування.

При влаштуванні мережі приймають мінімальне її заглиблення і самопливний режим руху стічних вод. Тільки у випадку  недоцільності  або неможливості  самопливного пропуску вод, при закладенні мережі на великій глибині, незадовільних ґрунтових умовах і т.п. передбачають перекачування стоків.

У  великих містах і містах з плоским рельєфом місцевості може виявитися доцільним влаштування декількох насосних і очисних станцій, від кількості і місця розташування яких залежать кількість і напрямок головних і відвідних колекторів.

Головні колектори трасують по тальвегах, по набережних рік і струмків, забезпечуючи можливість приєднання колекторів басейнів каналізування і всіх бічних приєднань без зайвого заглиблення головного колектора. Колектори великих діаметрів прокладають по проїздах зі слаборозвиненою підземною мережею міських споруд і невеликим рухом міського транспорту. Чим більше діаметр колектора, тим менший потрібен ухил для створення швидкості, достатньої для самостійного очищення. З цієї причини варто уникати  прокладання довгих рівнобіжних колекторів з малою витратою стічних вод, який не задовольняє таким вимогам.

У межах забудови всі колектори проходять по міських проїздах у зелених чи технічних зонах. Вулична мережа по проїздах і всередині кварталів за найкоротшим напрямком від вододілів до тальвегів з ухилом, по можливості рівнобіжним поверхні землі.

При пересіченому рельєфі місцевості іноді доцільно, замість влаштування станції перекачування прокласти тунель глибокого закладення. Подорожчання будівництва при цьому компенсується тим, що відпадає необхідність в експлуатаційних витратах по станції перекачування стічних вод. Рішення про доцільність укладання колекторів і мережі глибокого закладення повинно бути обґрунтовано техніко-економічним розрахунком.

При реконструкції існуючої каналізації великих міст поступово переходять від традиційної самопливно-напірної схеми до більш надійної схеми з магістральними каналами глибокого закладення, що прокладаються через центри найбільшого припливу стічних вод сформованих схем.

Такі схеми забезпечують спільне відведення й очищення всіх побутових, виробничих і забруднених поверхневих вод, раціональне використання  водних ресурсів і охорону навколишнього середовища.

Матеріал каналізаційних труб і каналів  вибирають відповідно до призначення трубопроводів і  залежно від складу стічних вод. Труби для  каналізації повинні бути міцними, довговічними, здатними протистояти стиранню і корозії, водонепроникними, задовольняти гідравлічним вимогам, вимагати мінімальних витрат на їхнє влаштування і експлуатацію. Каналізаційну самоспливну мережу влаштовують з керамічних, азбестоцементних, залізобетонних або чавунних труб, а напірні каналізаційні мережі - з азбестоцементних, металевих , залізобетонних або пластмасових, труб.

У місцях зміни напрямку ухилів і діаметрів трубопроводів, на прямих ділянках, зручних для експлуатації, влаштовують оглядові колодязі і камери: лінійні, вузлові, контрольні, промивні, перепадні й спеціальні колодязі.

У місцях перетинання каналізаційної мережі з річками, ярами, водостічними каналами, залізницями, автострадами влаштовують дюкери, естакади і переходи.

В умовах експлуатації в надводній частині каналізаційних колекторів і мереж накопичуються пари і шкідливі гази: сірководень, аміак, метан, діоксид вуглецю, хлор  та ін., що становлять велику небезпеку для експлуатаційного персоналу,  викликають газову корозію і засмічення мережі.  Для  видалення газів на мережі  влаштовують притоково-витяжну вентиляцію.

У технічний паспорт каналізаційної мережі заносять схему мережі з вказівкою довжини, діаметра, ухилу, бічних приєднань, категорії мережі, наповнення в трубах і  дату технічних оглядів, профілактичних прочищень і усунення засмічень.

Завдання експлуатації каналізаційної мережі полягає в прийманні мережі в експлуатацію, контролі за виконанням правил користування каналізацією, профілактичному промиванні і прочищенні, усуненні засмічень, ремонті мережі, ліквідації аварій, охороні мережі і будинків від затоплення паводком, забезпеченні заходів щодо охорони праці робітників, зайнятих на її експлуатації. Спостереження за роботою каналізаційної мережі ведуться шляхом систематичного зовнішнього і технічного огляду, який полягає в перевірці стану колодязів, наявності в лотках скупчень, пошкоджень на мережі та усідань ґрунту на трасі.

Технічний огляд проводять навесні й восени. По ньому складають дефектну відомість та інші технічні документи на здійснення поточних і капітального ремонтів.

До поточного ремонту відноситься ліквідація дрібних пошкоджень, що викликають порушення нормальної роботи мережі: закладення свищів у колодязях, заміна кришок люків, перекладка горловин колодязів, ремонт засувок і рухомих частин шибера та ін.

Капітальний ремонт
зв'язаний з необхідністю усунення руйнувань мережі: осідання колодязів і руйнувань  труб; аварійних засмічень потребуючих перекладки труб; руйнувань лотків у колодязях великих колекторів і т.п. Ці роботи зв'язані з тимчасовим припиненням експлуатації на ділянці що ремонтується. Тому в першу чергу треба забезпечити безперебійну роботу мережі на ділянці поверх тієї, що ремонтується, вжити заходів до запобігання затопленню підвальних приміщень, організувати тимчасове перекачування стічної рідини з верхнього колодязя в нижній чи перепуск її самопливом по обвідному лотку.

Для подачі стічних вод на очисні споруди служать головні  насосні станції; для підйому стоків із заглибленого колектора і транспортування їх у верхній колектор каналізованої території призначені районні насосні станції. Насосні станції для перекачування дощових стічних вод влаштовують, якщо оцінки рівня води у водоймі, призначеній для прийому стічних вод, знаходиться вище відміток каналізованої території, що виключає можливість видалення дощової води самопливом.

З метою економії капіталовкладень станції перекачування будують для зменшення глибини закладання колектора, якщо його  влаштування зв'язане з великими труднощами і витратами. Найбільше поширення одержали насосні станції шахтного типу з наземним павільйоном. З найближчого до насосної станції колодязя підвідного колектора влаштовують аварійні випуски. Вони служать для скидання стічних вод у найближчу водойму, яр, водостік при тривалій зупинці насосів унаслідок припинення подачі  електроенергії чи з інших причин. Для цього в колодязі повинен бути затвор з дистанційним керуванням приводу швидкого відключення колектора.

Септики є спорудами для механічного очищення стічних вод у системах каналізації. Їх головне призначення - попередня обробка стічних вод, що надходять на поля підземної фільтрації у фільтрувальні колодязі, піщано-гравійні фільтри і біофільтри.

Для біологічного очищення стічних вод у системі малої каналізації застосовують ґрунтові методи (біологічне очищення в природних умовах): поля підземної фільтрації і підгрунтового зрошення, поля фільтрації і поля зрошення і тільки при наявності несприятливих умов (низькі спроможності ґрунтів, що фільтрують, високе стояння ґрунтових вод та ін.) застосовують споруди штучного біологічного очищення: гравійно-піщані фільтри, краплинні біофільтри. Біологічне очищення стічної рідини протягом вегетаційного періоду дуже інтенсивне. Поля підземної фільтрації є найбільш раціональним видом очисних споруд для місцевих каналізаційних систем. Поля підгрунтового зрошення відрізняються від полів підземної фільтрації більш мілким закладанням дрен (0,05 – 0,1 м від поверхні землі).

Хлорування стічних вод проводять з метою дезінфекції, після чого очищенні стічні води підлягають випуску в природні або штучні водойми.

За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВОЗ) 13 тисяч потенційно токсичних елементів містить вода; 80 % захворювань передається водою; 25 млн. чоловік щорічно вмирають від них.

З поверхневим стоком надходять пестициди, феноли, ПАВ, нафтопродукти. Об’єм стічних вод, що стікають у річкову мережу України, складає 19,3 км3 або 65% ресурсів річкового стоку. У південних областях об’єм стоків багаторазово перевищує природний стік.

Як відомо, у воді водойми міститься певний запас кисню, що може бути частково використаний для окислювання органічної речовини, яка надходить у водойму разом зі стічною водою. Водойма, таким чином, володіє деякою здатністю до самоочищення, тобто в ній під впливом мікроорганізмів-мінералізаторів можуть окислятися органічні речовини, але при цьому вміст розчиненого кисню у воді падатиме. Отже, ступінь очищення стічних вод на очисних спорудах перед скиданням їх у водойму можна знизити.

Не треба, однак, перебільшувати можливості водойм, зокрема рік, у відношенні прийому великих мас стічних вод навіть у тому випадку, якщо кисневий баланс дозволяє здійснити таке скидання без остаточного очищення. Будь яка, навіть невелика, водойма використовується для масового купання,  має архітектурно-декоративне і санітарне значення.

Усі водойми розподіляються на господарсько-побутового
і рибогосподарського призначення, до якості води яких ставляться високі вимоги. Правильний облік здатності водойми до самоочищення дозволяє економічно  обґрунтовано запроектувати очисні споруди, що забезпечують необхідний ступінь очищення стоків по кількості зважених речовин, споживанням розчиненого кисню, припустимою величиною БПК, зміною активної реакції води  водойми, фарбуванням, запахом, сольовим складом, температурою води, гранично припустимим концентраціям (ПДК) токсичних домішок та  інших шкідливих речовин.

Методами очищення міських стічних водє механічний і біохімічний (біологічний).

При механічному очищенні зі стічної води видаляються забруднення, що знаходяться в ній головним чином у нерозчиненому і частково колоїдному стані. Великі покидьки, ганчірки, папір, залишки овочів і фруктів і різних виробничих відходів затримуються ґратами. Покидьки, затримані на ґратах, направляються в дробарки. Застосовують також решітки-дробарки, в яких одночасно затримуються і дробляться великі покидьки.

Основна маса забруднень мінерального походження (пісок), питома вага часток яких значно вище питомої ваги води, осаджується в пісколовках. Пісок з пісколовок направляється  у вигляді піщаної пульпи на піскові майданчики, де він зневоднюється і періодично видаляється.

Основна маса забруднень органічного походження, що знаходиться у зваженому стані, виділяється зі стічної рідини у відстійниках. Речовини, питома вага яких більше питомої ваги води, падають на дно. Речовини більш легкі, ніж вода (жири, олії, нафта, смоли), спливають на поверхню, де  їх відокремлюють від стічної рідини. На деяких станціях перед відстійниками влаштовують спеціальні споруди — аератори, в яких стічні води короткочасно аерують, щоб підвищити ефект освітлення у відстійниках. Відстійники можна заміняти біокоагуляторами, де здійснюються короткочасна аерація і відстоювання. Застосовуються також освітлювачі з природною аерацією.

До споруд механічного очищення
можна віднести септики, двоярусні відстійники й освітлювачі - перегноювачі, в яких освітлюється рідина й обробляється осад, що випав. Механічне очищення стічних вод є остаточною стадією в тому випадку, якщо за місцевими умовами і відповідно до санітарних правил стічні води можна спустити після дезінфекції у водойму. Найчастіше ж механічне очищення - це попередня стадія перед біохімічним очищенням.

Біохімічні методи очищення засновані на використанні життєдіяльності мікроорганізмів, що окислюють органічні речовини, які знаходяться у стічних водах в колоїдному і розчиненому станах. Біохімічним методом вдається майже повністю звільнитися від органічних забруднень, що залишаються у воді після механічного очищення.

Припустимі концентрації основних забруднюючих речовин у суміші побутових і виробничих стічних вод при надходженні на споруди біологічного очищення, а також ступінь їхнього видалення в процесі повного очищення слід приймати відповідно до «Правил прийому виробничих стічних вод у системи каналізації населених пунктів

Споруди для біологічного (біохімічного) очищення стічних вод такі:

1) споруди, в яких біологічне очищення здійснюється в умовах, близьких до природних (поля фільтрації і біологічні ставки). Стічна рідина очищається на них  повільно за рахунок запасу кисню в ґрунті й у воді біологічних ставків, а також внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів-мінералізаторів, що окисляють органічні забруднення;

2) споруди, в яких очищення стічних вод здійснюється в штучно створених умовах (біологічні фільтри й аеротенки). У цих спорудах штучно створюються умови, при яких процеси очищення стічних вод йдуть значно інтенсивніше.

Очищену стічну воду для знешкодження і знищення хвороботворних мікроорганізмів, що залишилися, перед спуском у водойму треба дезинфікувати. піддають доочищенню. Для цієї мети застосовують дво - і багатошарові піщані фільтри, контактні освітлювачі, мікрофільтри. Для доочищення використовують також біологічні ставки. Для зниження ХПК біологічно очищених стічних вод можна застосовувати сорбцію на активованому  вугіллі або хімічне окислювання шляхом озонування.

Іноді виникає завдання видалення зі стічних вод біогенних елементів
— азоту і фосфору, які, потрапляючи у водойму, сприяють посиленому розвитку водної рослинності. Азот видаляють фізико-хімічними і біологічними методами. При фізико-хімічному методі очищення в стічну рідину вводять вапно, після чого роблять продувку аміаку повітрям у градирнях. При біологічному методі проводиться процес тривалої аерації при відсутності забруднень, які містять вуглекисень, що супроводжується інтенсивним процесом нітрифікації. Потім роблять денітрифікацію в анаеробних умовах. Бактерії-денітрифікатори, використовуючи для своєї життєдіяльності хімічно зв'язаний кисень нітритів і нітратів, виділяють атомарний азот. Фосфор видаляють хімічним осадженням солями заліза, алюмінію, вапном.