Российский и зарубежный опыт по решению проблем системы водоотведения

2.3.  Гидравлический расчет напорных трубопроводов. Расчет дюкеров

Движение воды в напорных трубопроводах происходит полным сечением трубы. Гидравлический расчет напорных трубопроводов при  транспортировании сточных вод, илопроводов и дюкеров сводится к выбору экономически выгодных диаметров и определению в них потерь напора.  
Диаметр трубопровода определяется по формуле постоянства расходов, исходя из заданного расхода ^ Q, и задаваясь экономичными скоростями v_эк. Для водоотводящих сетей экономичная скорость составляет 1,5 – 2,5 м/с, кроме этого, скорости в трубах должны быть не менее незаиливающих.  
Диаметр рассчитывается по формуле:

. 
          Общие потери напора в трубопроводе складываются из местных h_м и линейных потерь h_L:

.

Потери напора по длине определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:  
,

где i – гидравлический уклон (в этом случае он не совпадает с уклоном самого трубопровода),

λ – коэффициент  сопротивления трению, определяется по формуле Н.Ф.Федорова.

Сумма местных  потерь напора включает потери напора в коленах, отводах задвижках  и т.д. Потери в отдельном местном  сопротивлении рассчитываются по формуле  Вейсбаха. [10]

Дюкеры служат для транспортирования сточных вод через реки, овраги и при пересечении с различными подземными сооружениями.

 

Рис. 6.  Схема  дюкера

Дюкеры работают полным сечением, жидкость в них  движется под действием столба воды, определяемого разностью уровней  стоков во входной и выходной камерах (H = Z₁ – Z₂). Значение H соответствует потерям напора в дюкере, определяемым по формуле:

,

где Σζ - сумма  сопротивлений.

Коэффициент сопротивления на входе в трубу при острых кромках: ζ_вх = 0,5. Сопротивление на выходе из дюкера может быть определено по формуле:  
,

где v – скорость в дюкере,

v₁ – в коллекторе на выходе.

Для цилиндрических труб и фасонных частей в коленах  сопротивление вычисляется по формуле:

,

где Θ - угол поворота в градусах,

ζ_пов – коэффициент сопротивления на повороте, равный для колена с углом 30^o = 0,07.

При наличии  задвижек во входной камере дюкера, открытых не полностью, необходимо также  учитывать сопротивления на них. В этом случае коэффициент ζ_зад принимается в зависимости от степени открытия задвижки.

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные проблемы работы системы водоотведения и пути их решения

3.1. Основные проблемы работы системы водоотведения.

В работе системы  водоотведения присутствует ряд проблем. 
Как уже отмечалось ранее все проблемы можно свести к двум фундаментальным, а именно экологической и экономической.

Недостаточно  эффективна работа существующих канализационных очистных сооружений.

Наблюдается высокий износ основных фондов систем водоотведения, особенно магистральных сетей.

Слабо развита  система водоотведения в сельских населенных пунктах. 
В наше время наблюдается строительный бум. Необходимо понимать, что в соответствии с действующим законодательством хозяин обязан организовать водоотведение с территории новой постройки не только хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод (ХБСВ и ПСВ), но и поверхностных (ливневых, дождевых) сточных вод. Если сброс ХБСВ в местную сеть канализации, т.е. без очистки на локальных очистных сооружений (ОС), иногда возможен, то для сброса ливневых практически всегда необходимо строить локальные ОС. Отсюда следует, что в любом случае на вашей территории застройки должно быть предусмотрено, как минимум, место для размещения локальных ОС ПСВ с соответствующей защитной зоной с радиусом не менее 100 м. Решение вопроса “куда сбрасывать?” возможно в двух вариантах: действующая сеть местной канализации с последующей очисткой на местных ОС и сброс в ближайший поверхностный водоем или на рельеф местности. Однако для общероссийской практики характерна выраженная перегрузка местной канализации и ее ОС. Поэтому владельцы местных канализационных сетей разрешают подключение к ним новых источников сточных вод на таких условиях, что строительство собственных локальных ОС на собственном участке с последующим сбросом в ближайший поверхностный водоем или на рельеф местности оказывается более выгодным, несмотря на необходимость очистки до нормативов сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Для реализации водоотведения с объекта строительства необходимо получить в региональном Роспотребнадзоре технические условия на сброс всех видов сточных вод и согласовать место размещения ОС на участке. Эти данные предпочтительно получить даже до приобретения участка для строительства, так как есть вероятность, что очищенные сточные воды необходимо будет сбрасывать за десяток километров от участка, причем сбросной трубопровод придется вести через застроенные земли других частных владельцев, то вопрос об использовании такого участка для строительства становится весьма проблематичным.[13]

Интенсивное развитие коттеджного строительства, фермерских и мелких подсобных хозяйств, поселков малоэтажной жилой застройки, не имеющих очистных сооружений, оказывает  негативное влияние на состояние  грунтовых вод и поверхностных водоемов. Это связано со спецификой водопользования индивидуальных жилых домов, когда водозаборное сооружение системы водоснабжения находится в непосредственной близости от системы водоотведения. Такого рода использование водных объектов противоречит ст. 133 и ст. 144 Водного кодекса Российской Федерации и СанПиН 2.1.4 027-95 в части создания надежных зон санитарной охраны водозаборных сооружений и запрещения сброса сточных вод в водные объекты в пределах зоны и округа санитарной охраны.

Одной из проблем, весьма актуальных в наше время, является необходимость реконструкции очистных сооружений, построенных в 70-х годах прошлого века. Применяемые на таких очистных сооружениях технологии и оборудование устарели, не соответствуют современным нормативам в области охраны окружающей среды и требуют замены. В то же время непосредственно емкость, в которой установлено оборудование, (как правило, железобетонная) после небольшого ремонта и модернизации может использоваться еще достаточно длительное время. В этом случае необходима разработка конструкторской документации и изготовление нестандартного оборудования, пригодного к установке именно в данную железобетонную емкость и соответствующего современным технологиям в области очистки сточных вод.[19]

Коллекторы  общесплавной системы канализации должны иметь большое сечение, поэтому их сооружение требует больших капитальных вложений. С целью уменьшения диаметра труб сети, объемов очистных сооружений и мощности насосных станций на коллекторах предусматриваются камеры с ливнеспусками и ливнеотводами, через которые часть дождевых вод в смеси с другими водами без очистки сбрасывается в водоемы во время сильных дождей.[12]

Также одной  из ярких проблем водоотведения  является слабая пропускная способность  и предрасположенность к засорению ливневой канализации. Это особенно наблюдается поздней весной, когда уже пошли дожди. Проявляется в огромных лужах на тротуарах, проезжей части, которые и не думают “уходить”.

Важнейшие проблемы систем водоотведения, которые предстоит решить в ближайшие годы:

-        ликвидация имеющейся диспропорции в развитии городского водоснабжения и канализации;

-        устройство канализации в малых населенных пунктах, которые не имеют, как правило, квалифицированных специалистов, материальной базы и достаточных денежных средств;

-        повышение качества строительства новых водоотводящих сетей и реконструкция уже существующих;

-        снижение материалоемкости и трудозатрат при строительстве систем водоотведения.[5]

Самая серьезная  проблема, глобальная – экологическая. В данном случае речь идет о загрязнении водных объектов бытовыми, дождевыми и производственными стоками. Степень загрязненности зависит, прежде всего, от эффективности работы очистных сооружений, однако немалое значение имеет и техническое решение самой водоотводящей сети. Например, в случае полной раздельной системы весь поверхностный сток может сбрасываться в водоем без очистки, в общесплавной системе во время сильных дождей сбрасывается смесь дождевых и бытовых стоков, а в полураздельной системе в водоем попадают только наименее загрязненные дождевые воды. 
Ущерб от загрязнения водных источников представляет собой часть теряемого обществом национального дохода, выступающего в стоимостной и натурально-вещественной форме, как в сфере материального производства, так и в сфере обслуживания. В сферах материального производства и обслуживания потери трудовых затрат, материальные и финансовые ресурсы, связанные с ликвидацией последствий загрязнения водных объектов, определяются следующими основными факторами:

-        увеличением расходов на подготовку воды для питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения;

-        снижением продуктивности рыбного хозяйства;

-        падением производительности сельского и лесного хозяйства;

-        увеличением расходом в связи с переносом или ликвидацией водозаборов;

-        недобором промышленной и сельскохозяйственной продукции в связи с увеличением заболеваемости трудящихся;

-        ростом расходов на восстановление природного состояния водоемов;

-        увеличением расходов на санитарное обслуживание населенных пунктов и мест массового отдыха;

-        увеличением расходов на медицинское обслуживание в связи с увеличением заболеваемости населения.[7]

Решение проблем, связанных с системой водоотведения, является одними из приоритетных направлений деятельности в сфере коммунального хозяйства для всех стран как для России, так и для зарубежных.

 
3.2. Российский и зарубежный опыт по решению проблем системы водоотведения

 
В России и других зарубежных странах очень актуальна проблема экологии, в частности улучшение методов очистки сточных вод при сбросе их в водоемы, активно разрабатываются способы повышения эффективности работы системы водоотведения.

В настоящее  время промышленными методами, прошедшими проверку на крупных действующих сооружениях очистки воды, являются хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое (УФ) облучение. Несмотря на технические сложности при транспортировке, хранении и дозировании хлор-газа, его высокую коррозионную активность, потенциальную опасность возникновения чрезвычайных ситуаций, процесс хлорирования широко применяется до настоящего времени. При всей распространенности метода хлорирования ему присущи и существенные технологические недостатки, в частности, недостаточная эффективность в отношении вирусов.

Хлорирование  сточных вод приводит к тому, что  хлорпроизводные и остаточный хлор, попадая в естественные водоёмы, оказывают отрицательное воздействие  на различные водные организмы, вызывая  у них серьезные физиологические изменения и даже их гибель, что приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов. Образование хлораминов также является крайне нежелательным явлением. И, наконец, как уже было отмечено, существенным недостатком хлорирования является высокая токсичность хлора. В связи с этим в последние годы разработаны и утверждены нормативные документы, существенно ужесточающие требования, относящиеся к процессам, связанным с применением хлора. СаНПиН 2.1.4.027-95 увеличивает минимально допустимый размер санитарно-защитной зоны до жилых и общественных зданий до 300 м вместо 100 м, ранее установленных СНиП 2.04.02-84. Между тем, увеличение этих расстояний для действующих сооружений на практике часто не представляется возможным. Новые «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении жидкого хлора» (ПБХ-93,99) определяют необходимость внедрения ряда отсутствовавших ранее организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности хлораторных. Выполнение комплекса дополнительных мероприятий требует реконструкции действующих хлораторных и, как следствие, необходимости существенных капитальных вложений и дополнительных эксплуатационных расходов на обслуживание.