Канализация населенных мест и промышленных предприятий

Пример.

Для нейтрализации 1 г-экв серной кислоты ‚ т.е. [2 + 32 + (4 16)] : 2 = 49 r, необх0димо щелочи, например Са(ОН]2‚ 1 г-экв, т. е. [40 + (2 16)+(2 1)] : 2 = 37 г. l г-экв углекислоты будет равен [12+(2 16)]:1 =44 г и т. п.

Зависимость между реакцией воды рН и содержанием в ней свободной и бикарбонатной углекислоты определяется выражением:

где 6,52 - значение отрицательного логарифма константы диссоциации , равной:

B естественных водах в растворе находится свободная углекислота и двууглекислые соли (бикарбонаты) кальция и магния , которые обуславливают карбонатную жесткость. Каждому содержанию бикарбонатных ионов соответствует определенная концентрация , которая позволяет нейтрализовать соответствующее количество щелочи. Это может быть выражено отношением величин, мг/л:

В этом отношении ; углекислота носит название равновесной.

При большем содержании свободной углекислоты вода становится агрессивной. Количество равновесной углекислоты и соответствующее ей количество бикарбонатной углекислоты приведены ниже.

Количество связанной углекислоты равно половине бикарбонатной. Для вычисления агрессивной углекислоты пользуются табл. 5.2.1

Содержание бикарбонатной углекислоты на 1 мг-экв/л карбонатной жесткости составляет 44 мг/л.

Пример.

Определить содержание агрессивной углекислоты в воде, если количество , равно 180 мг/л, а - 50 мг/л: = 180 0,5 = 90 мг/л; + = 90 + 50 = 140 мг/л.

По табл. 5.2.1: + = 108,1 мг/л.

Отсюда агрессивной углекислоты будет: 108,1 - 90 = 18,1 мг/л.

Таблица 5.2.1 - Данные для вычисления агрессивной углекислоты

Сумма связной и свободной углекислоты, мг/л	1,0	10,0	20,0	30,0	50,0	70,0
Сумма связной и агрессивной углекислоты, мг/л	1,0	10,0	19,8	29,4	47,3	68,5
Сумма связной и свободной углекислоты, мг/л	100,0	140,0	180,0	225,0	300,0	400,0
Сумма связной и агрессивной углекислоты, мг/л	84,6	108,1	127,5	147,8	175,3	205,7

На основании многолетних и многочисленных наблюдений сделан вывод о составе загрязнений, входящих в бытовые сточные в0ды. Поскольку бытовые сточные воды в основном поступают от населения, количество загрязнений пропорционально числу жителей, обслуживаемых канализацией. Концентрация загрязнений зависит при этом от нормы водопотребления и водоотведения: чем эта норма больше, тем концентрация загрязнений К меньше, и наоборот. Концентрация определяется по выражению:

,

где: а - величина загрязнений на одного жителя, г/сут; - норма водоотведения на одного жителя, п/ сут.

В табл. 5.2.2 приведены данные о концентрации взвешенных веществ в сточных ведах и в зависимости от нормы водоотведения. Сумма связанной и свободной угле

Таблица 5.5.2 – Концентрация взвешенных веществ в сточных водах

Характеристика загрязнения	Норма водоотведения на 1 чел., л/сут.
Концентрация взвешенных веществ, мг/л

Количество загрязнений на одного жителя в сутки для определения концентрации загрязнений бытовых сточных вод в среднем составляет величины, приведенные в табл. 5.2.3. Загрязнения от населения, проживающего в не канализированных районах, учитываются в количестве 33 %, указанных в табл. 5.2.3.

Количество загрязнений, поступающих со сточными водами от гостиниц, санаториев, домов отдыха, вокзалов, депо, областных и районных больниц, обслуживающих временно проживающих в населенном пункте людей, не проживающих постоянно на территории канализуемого объекта, учитывается дополнительно.

Таблица 5.2.3 – Данные для определения концентрации загрязнений бытовых сточных вод

Наименование ингредиентов	Количество загрязнений, г/сут. на 1 жителя
Взвешенные вещества
неосветленной жидкости
осветленной жидкости
осветленной жидкости
Азот аммонийных солей (N)
Фосфаты	3,3
Хлориды (С1)
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	2,5

Помимо большого разнообразия загрязнений производственных сточных вод, их концентрации имеют значительные колебания (по БПК от 0 до 20 000 мr/л). Загрязнения производственных сточных вод устанавливаются фактическим их анализом, а для проектируемых канализацией - по данным анализов аналогичных производственно-технологических процессов.*

Концентрация загрязнений смеси (общего стока) бытовых и производственных сточных вод определяется по формуле:

где: - концентрации загрязнений соответственно бытовых и производственных сточных вод; - средние расходы бытовых и производственных сточных вод.

*Основные показатели загрязнений производственных сточных вод приводятся в специальной литературе.

Относительная стабильность (стойкость) сточных вод - это отношение количества растворенного нитритного и нитратного кислорода, с0держащегося в них, к этих сточных вод‚ выраженное в процентах. Выше уже говорилось, что для окисления органических веществ, вх0дящих в состав загрязнений, необх0димо наличие в сточных водах кислорода. Израсходованный кислород пополняется главным образом за счет кислор0да атмосферного воздуха. Так, в водоемах Одновременно протекают процессы потребления кислорода и растворения его.

Кислород, как и другие газы, может растворяться в воде лишь до определенного, насыщающего воду количества, которое зависит от температуры и давления. Чем выше температура, тем растворимость кислорода меньше. При давлении более высоком, чем парциальное давление содержащегося в воде кислорода, растворимость кислор0да будет больше. В табл. 5.2.4 приведена растворимость кислорода в дистиллированной воде при различных температурах и давлении 760 мм рт. ст.

Таблица 5.2.4 - Предел растворимости кислорода воздуха в дистиллированной воде при давлении 760 мм рт. ст.

Температура Т, °С	Количество растворенного , мг/л	Температура Т, °С	Количество растворенного , мг/л
	14,62		9,95
	14,23		9,74
	13,84		9,54
	13,48		9,35
	13,13		9,17
	12,80		8,99
	12,48		8,83
	12,17		8,68
	11,87		8,53
	11,59		8,38
	11,33		8,22
	11,08		8,07
	10,83		7,92
	10,60		7,77
	10,37		7,63
	10,15

Рис. 5.2.1. Схема растворения кислорода в водоеме при одновременном процессе его поглощения

Дефицитом кислорода Д называется недостаток его в воде водоема до того количества, которое

соответствует полному насыщению в0ды при данной температуре.

Дефицит кислорода определяется в процентах от полного насыщения или в долях дефицита. Так, если полный дефицит Д = 1, то в воде отсутствует растворенный кислород; если Д = 0,5, в воде растворена половина количества, обеспечивающего полное насыщение воды. Если Д = 0, значит, в воде кислород растворен до предела ее насыщения - дефицита нет.

Скорость растворения кислор0да в каждый данный момент обратно пропорциональна насыщенности воды кислородом или прямо пропорциональна его дефициту (недонасыщенности) (см. рис. 5.2.1).

Закон растворения может быть выражен уравнением:

(5.2.1)

где: - начальный дефицит ; - дефицит по прошествии времени; - константа скорости растворения кислорода, зависящая от температуры воды, состояния поверхности водоема, условий перемешивания воздуха с водой. Константа скорости растворения (реакция) кислорода с повышением температуры повышается.

Скорость потребления кислорода на окисление органических веществ при одинаковой температуре воды пропорциональна количеству их, остающемуся в сточной воде в каждый момент времени. Закон окисления может быть выражен уравнением:

(5.2.2)

где: - количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ через время т; - количество кислорода, необходимого для окисления органических веществ, имеющееся в начале окисления; - коэффициент пропорциональности константа скорости биохимического потребления кислорода на окисление.

Схема изменения кислор0дного баланса в водоеме дана на рис. 5.2.1. Кривая 1 характеризует степень насыщения кислор0дом без реаэрации; кривая 2 - то же, при одновременном действии процессов потребления и растворения ; кривая 3 характеризует процесс реаэрации; 4 - критическая точка точка «кислородного перегиба».

Кривая 1 строится по уравнению (5.2.1). Кривая 2 строится по уравнению (5.2.2). Для построения кривой 3 пользуются уравнением:

которое позволяет определить дефицит кислорода по прошествии времени т. Ось О - А - степень насыщения воды кислородом, %; ось О - Б - время насыщения воды‚ сут.

Величины констант сильно колеблются в зависимости от температуры (см. табл. 5.2.5 и 5.2.6) и наличия микроорганизмов. В среднем при температуре 20 °С. Вычисленная по формуле (5.2.2) остающаяся потребность в кислороде через каждые сутки в зависимости от относительной стойкости (стабильности), выраженной в % от начальной потребности при , приводится в табл. 5.2.7. Сроки загнивания жидкости в зависимости от стабильности прив0дятся с округлением до 0,5 сут в табл. 5.2.8. Определить загнивание можно по запаху сероводорода. Признаком загнивания служит обесцвечивание прибавленного к воде раствора метиленовой синьки.

Таблица 5.2.5 - Значения константы растворения (реаэрации) в зависимости от температуры и характера ведоема

Характер водоема	Температура, °С
Слабопроточные водоемы	-	0,110	0,15	-
Реки с малой скоростью течения	0,170	0,185	0,20	0,215
Реки с большой скоростью течения	0,425	0,460	0,50	0,540
Малые реки с большой скоростью течения	0,684	0,740	0,80	0,865

Таблица 5.2.6 - Значения константы потребления кислорода в зависимости от температуры воды

Т, °С
	0,04	0,05	0,06	0,063	0,07	0,08	0,10
Т, °С							-
	0,11	0,12	0,126	0,13	0,14	0,15	-

Таблица 5.2.7 - Потребность в кислороде для окисления органических веществ через время после начала биохимического процесса окисления

τ, сут
	79,4	63,1	50,1	39,8	31,6	25,1	19,9	15,8
τ, сут
	2,51	1,99	1,58	1,26		0,79	0,63	0,50
τ, сут								-
	12,6		7,94	6,31	5,01	3,98	3,16	-
τ, сут								-
	0,40	0,32	0,25	0,20	0,16	0,13	0,1	-

Таблица 5.2.8 - Сроки загнивания жидкости в зависимости от стойкости

Срок загнивания, сут	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Стойкость, %
Срок загнивания, сут
Стойкость, %
Срок загнивания, сут	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0
Стойкость, %
Срок загнивания, сут
Стойкость, %

Показатели стойкости сточных вод, поступающих на очистные сооружения, составляют менее 10%. Сточные воды после биологической очистки имеют

Рис. 5.2.2. Схема внутренней канализационной сети:

l - канализационный стояк; 2 - отводные трубы; 3 - выпуск; 4 - дворовая сеть; 5 - контрольный колодец; 6 – соединительная ветка; 7 - колодец на городском коллекторе; 8 - вытяжная труба; 9 - городской коллектор перед пределами квартала

стойкость 99 %. Остающаяся незначительная часть органических веществ чрезвычайно медленно окисляется (B сроки до 100 суток).

КАНАЛИЗАЦИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Канализация состоит из: 1) внутренних домовых канализационных устройств; 2) наружной канализационной сети; 3) насосных станций и напорных водоводов; 4] сооружений для очистки и утилизации сточных вод и 5) выпусков очищенной сточной воды в водоем [1, 4, 29].

Внутренние канализационные устройствапредназначаются для приема сточных ВОД и отведения их за пределы здания. Эти устройства состоят из приемников - санитарных приборов (унитазов, писсуаров, раковин, умывальников, моек, трапов, ванн и пр.), из сети отводных труб, стояков и выпусков до первого наружного канализационного колодца (см. рис. 5.2.2) [4].

Каждый из приемников снабжается водяным затвором (сифоном), предохраняющим помещения от попадания в них газов из канализационной сети. Heкоторые санитарные приборы (унитазы, трапы] имеют гидравлические затворы в своих конструкциях. Стояки устанавливаются в отапливаемых помещениях, проходят через чердачное помещение и выводятся выше крыши. Они создают в канализационной сети условия для обмена воздуха, т. е. вентилируют сеть.

Рис. 5.2.3. Схема внутренней производственной канализации: 1 - производственные аппараты или машины; 2 - лоток; 3 - стояк; A - сифон; 5 - выпуск; 6 - смотровой колодец; 7 - отстойник

В производственных помещениях (см. рис. 5.2.3) приемниками сточных вод служат специальные воронки, трапы, лотки и т. д., располагаемые у производственных аппаратов и машин [12].

Наружной канализационной сетью называется разветвленная подземная сеть труб и каналов, отводящих сточные воды самотеком K насосной станции или к очистным сооружениям. В зависимости от назначения, места укладки и размеров наружную канализационную сеть называют внутриквартальной, заводской или уличной. Сеть, прокладываемая в пределах квартала и принимающая стоки от зданий в этом квартале, называется внутриквартальной (см. рис. 5.2.4). Сеть, принимающая сточные воды из внутриквартальных сетей, называется уличной. Внутриквартальные канализационные сети оканчиваются контрольным колодцем (КК), который располагают за красной линией застройки. Участок сети, соединяющий контрольный колодец с уличной сетью, называется соединительной веткой.

Рис. 5.2.4. Схема внутриквартальной канализационной сети

Часть канализуемой территории, ограниченная водоразделами, т. е. наивысшими по отметкам земли линиями, от которых рельеф местности понижается внутрь этой территории, носит название бассейна канализованния (см. рис. 5.2.5). Такими бассейнами будут являться и те районы, которые имеют понижение рельефа к одной из своих границ (к peкe, оврагу).

Рис. 5.2.5 – Общая схема канализации населенного пункта: 1 – граница города; 2 – границы бассейнов канализования; 3 – уличная сеть; 4 – коллектор; 5 – главный коллектор; 6 – загородный коллектор; 7 – выпуск в водоем; 8 – аварийный выпуск; 9 – напорный водопровод; 10 -промышленное предприятие; ГНС – главная насосная станция; РСП – районная станция перекачки; ОС – очистные сооружения

В пределах каждого бассейна уличная канализационная сеть объединяется одним или несколькими коллекторами, отводящими сточные веды за пределы бассейна.

Коллектором называется участок канализационной сети, принимающий сточные воды из двух или нескольких уличных линий или заводских сетей. Келлектеры подразделяются на: 1) коллекторы бассейна канализования, объединяющие канализационную сеть всего бассейна; 2) главный коллектор, объединяющий два или несколько коллекторов бассейнов канализования; 3) загородные или етведные коллекторы, не имеющие присоединений, отводящие сточные воды транзитом за пределы объекта канализования к насосным станциям и очистным сооружениям.

Крупные коллекторы называют иногда каналами.

Сточные веды, если позволяет рельеф местности, отводятся на очистные сооружения самотеком. Однако при больших заглублениях коллекторов, в пониженных местах устраиваются насосные станции (станции перекачки) для подъема сточных вод на более высокие отметки, откуда они самотеком поступают на очистные сооружения.

В зависимости от назначения станции подразделяются на: 1) местные - для перекачки сточных вед Одного или нескольких отдельных объектов канализования; 2) районные - для передачи сточных вод отдельных районов или бассейнов канализования; 3) главные - для перекачки сточных вод канализуемого населенного пункта или промышленного предприятия.

Участок канализационной сети от насосной станции до самотечного канала или очистных сооружений называется напорным водоводом.

Сооружения, предназначенные для очистки сточных вод, называются очистными. Канал, отводящий очищенные сточные воды от очистных сооружений в водоем, называется выпуском.

Канализационная сеть на территории промышленного предприятия мало отличается от сети населенного пункта. При разнообразном составе проиводственных сточных вод и различной степени их загрязненности может оказаться целесообразным устройство на территории промышленного предприятия нескольких канализационных сетей. Отдельные канализационные системы рекомендуется устраивать для сточных вод, содержащих ядовитые загрязнения, для кислых и щелочных стоков до их поступления на смешение и нейтрализацию.