Материал: m31283_2

1.3.6. Гидравлический расчет систем канализации

Гидравлический расчет самотечных канализационных сетей состоит в определении диаметра труб, их наполнения при пропуске расчетных расходов, уклонов, скоростей течения жидкости, а также в вычислении красных отметок, т.е. отметок лотков в колодцах и глубины колодцев. Предварительно рассмотрим нормативные данные для гидравлического расчета.

Расчетное наполнение

Бытовые и производственные канализационные сети рассчитывают на частичное заполнение сечения труб сточными водами. Неполное заполнение сечения трубы позволяет обеспечить вентиляцию сети, улучшить гидравлическое движение жидкости, содержащей нерастворимые плавающие примеси, и получить некоторый запас площади в сечении трубы на случай неравномерного поступления сточных вод.

Наполнение, соответствующее пропуску расчетного расхода сточных вод, называют расчетным. Степень наполнения трубопровода характеризуется отношением h/D.

D

h

 p

Рис. 36. Степень наполнения трубы:

 - площадь живого сечения, р – смоченный периметр; D – диаметр.

Наименьшие диаметры труб должны приниматься:

для уличной сети - 200 мм;

для внутриквартальной - 150 мм;

для общесплавной и дождевой -250 мм.

В населенных пунктах с расходом воды до 500 м³/сут. для уличной сети допускается применение труб диаметром 150 мм.

Расчетное наполнение трубопроводов надлежит принимать в зависимости от диаметров труб:

150 – 300 мм – не более 0,6 диаметра трубы;

350 – 450 мм - не более 0,7;

500 – 900 мм - не более 0,75;

свыше - не более 0,8 диаметра трубы.

Расчетные скорости движения сточных вод

Минимальные скорости движения сточных вод принимаются в зависимости от состава и крупности содержащихся в них частиц и степени наполнения труб. В нормально работающей канализационной сети расчетные скорости должны быть такими, чтобы они обеспечивали вымывание взвешенных веществ, которые при выпадении могут засорять канализационные трубы. Такая скорость называется самоочищающейся.

Для бытовых сточных вод наименьшие скорости при наибольшем расчетном наполнении труб следует принимать в зависимости от диаметра труб:

D труб, мм Скорость потока, м/с

150 – 250 0,7

300 – 400 0,8

450 – 500 0,9

600 – 800 1,0

900 – 1250 1,15

Наибольшую расчетную скорость движения сточных вод следует принимать:

для стальных труб – 8 м/с;

для неметаллических – 4 м/с.

Уклоны труб

При расчете канализационных сетей необходимо правильно установить минимальные уклоны, при которых была бы обеспечена минимально допустимая самоочищающая скорость. Наименьшие уклоны трубопроводов при расчетном наполнении для всех систем канализации принимают: для труб диаметром 150 мм – 0,008; для труб диаметром 200 мм – 0,005. При неблагоприятном уклоне местности можно принимать уклоны соответственно 0,007 и 0,004.

В основу гидравлического расчета канализационных сетей положены два уравнения равномерного турбулентного режима движения жидкости:

g = ω  V , м³/c, (3)

V = c  , м/с, (4)

где g - расчетный расход сточных вод, м³/с;

V - средняя скорость течения потока, м/с;

ω - площадь живого сечения потока, м²;

R - гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения к смоченному периметру (р), м;

i - уклон поверхности воды в трубопроводе, равный уклону дна русла;

с - коэффициент сопротивления трения по длине.

Формулы (3) и (4) выражают зависимость четырех неизвестных величин - V, i, R, . Таким образом, число неизвестных превышает число уравнений и задача становится неразрешимой. Ее можно решить лишь зная значения двух каких-либо неизвестных. Поэтому гидравлический расчет сетей канализации обычно производят по таблицам Федорова и Волкова, структура которых показана в таблице 19.

Таблицы составлены для расчета канализационных труб различного поперечного сечения, в которых для определенного диаметра труб дана зависимость наполнения труб, скорости движения сточных вод от расчетного расхода и принятого на участке уклона труб.

Таблица 19. Таблица для гидравлического расчета круглых

канализационных самотечных труб

Поэтому расчет труб по таблицам сводится к проверочному расчету предварительно составленного проекта канализационной сети, в котором уже определены расчетные расходы на участках сети и предварительно намечены в соответствии с составленными профилями диаметры труб и уклоны.

Уклоны канализационного трубопровода при равномерном скате рельефа местности намечают равными уклону местности. При более плоском рельефе местности этого выполнить не удается, так как получаемые скорости движения сточных вод будут меньше допустимых скоростей. Поэтому при плоском рельефе скорости принимают самоочищающимися. При более крутом рельефе, скорости получаются большие и их принимают допустимо максимальными.

Таким образом, по предварительно принятым уклонам и заданным расчетным расходам сточных вод проверке подлежат лишь две величины - наполнение и скорость движения. Значения их должны быть в пределах допустимых величин.

В случае получения недопустимых величин необходимо изменить ранее принятые уклоны или диаметры труб, добиваясь нужных параметров.

В целях самоочищения труб расчетная скорость по длине трубопровода должна быть неубывающей и не должна быть более расчетных скоростей магистрали, чтобы не происходило выпадения осадков из сточных вод.

Трубы различных диаметров соединяются по верхней образующей свода, а трубы равного диаметра, имеющие различное наполнение, – по зеркалу воды.

При изменении уклона профиля с меньшего на больший допускается переход с большего диаметра труб на меньший на один сортамент.

Поэтому для правильного конструктивного и гидравлического решения канализационной сети расчет ее производится одновременно с высотным проектированием, т. е. построением продольных профилей.

Задача решается методом последовательных приближений.

1.4. Методы очистки сточных вод

1.4.1. Основные способы очистки сточных вод

Городские сточные воды обрабатываются на сооружениях механической и биохимической очистки. Технология очистки сточных вод в настоящее время разрабатывается в направлении интенсификации процессов биохимической очистки, проведения последовательно процессов биохимической и физико-химической очистки, конечной целью которых является повторное использование глубоко очищенных сточных вод на промышленных предприятиях.

При механической очистке из сточной воды удаляются загрязнения, находящиеся в ней главным образом в нерастворимом и частично коллоидном состоянии. Это - предварительная стадия перед биохимической очисткой.

Биохимические методы очистки основаны на использовании жизнедеятельности микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, находящиеся в сточных водах в коллоидном и растворимом состояниях. Биохимическим методом удается почти полностью освободиться от органических загрязнений, остающихся в воде после механической очистки.

Для очистки производственных сточных вод применяют механическую, физико-химическую и биохимическую очистку.

Для извлечения из сточных вод главным образом минеральных загрязнений, а также для предварительной очистки используют механическую очистку: процеживание, отстаивание, осветление в гидроциклонах, фильтрование.

После механической очистки применяют биохимическую очистку для извлечения или разрушения органических загрязнений.

Для некоторых видов производственных сточных вод целесообразно применять химические или физико-химические способы очистки.

При химическом способе очистки загрязнения из сточных вод выделяются в результате реакций между загрязнителями и вводимыми в воды реагентами, например реакций с образованием соединений, выпадающих в осадок, и реакций сопровождающихся газовыделением. Процессами химической очистки являются коагулирование, нейтрализация, химическое окисление, озонирование.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся сорбция, экстракция, эвапорация, коагуляция, флотация, электролиз, ионный обмен, кристаллизация, диализ, дезактивация, дезодорация, обессоливание.

Методы очистки, в результате применения которых из сточных вод извлекаются ценные вещества, называются регенеративными. Если в результате очистки сточных вод загрязнения разрушаются, то такие методы называются деструктивными.

Коагулирование – процесс осветления и обесцвечивания сточных вод с использованием реагентов-коагуляторов и флокулянтов.

Нейтрализация – процесс подкисления или подщелачивания воды с целью изменения величины рН и приближения ее к нейтральной.

Окисление веществ, содержащихся в сточных водах, применяется тогда, когда эти вещества нельзя извлечь или разрушить другими способами.

Экстракция – выделение растворимых органических примесей из сточных вод путем их обработки не смешивающимся с водой растворителем – реагентом.

Сорбция – извлечение из сточных вод растворенных органических веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела, поглощения из раствора твердыми телами или жидкостями.

Кристаллизация – выделение загрязнений из стоков в виде кристаллов.

Флотация – выделение из сточных вод примесей путем введения флотореагента, обволакивающего частички примесей и удаляемого из воды вместе с ними.

Ионный обмен – извлечение из сточных вод загрязнений с помощью ионитов.

Диализ – разделение растворенных веществ и коллоидов с помощью мелкопористых перегородок, не пропускающих коллоиды.

Дезактивация – удаление из сточных вод радиоактивных веществ.

Дезодорация – устранение запахов путем аэрирования, хлорирования и озонирования.

Обессоливание – выделение из сточных вод солей путем выпаривания, вымораживания, ионного обмена.