Вопрос 36. Конструирование водоотводящих сетей

КОНСТРУИРОВАНИЕ ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ НАСЕЛЁННЫХ ПУНКТОВ

Под конструированием водоотводящей сети понимают строгое выполнение определенных инженерных решений, обеспечивающих безаварийную надежную работу всех ее сооружений в любой момент времени. Основное требование — обеспечение в водоотводящей сети благоприятных гидравлических условий движения потока сточных вод, исключающих заиливание трубопроводов. Это требование заключается в обеспечении самоочищающих скоростей на всех интервалах водоотводящей сети и во всех сооружениях. Между колодцами трубопроводы прокладывают строго прямолинейно. Точность укладки труб по заданной отметке составляет ± 3 мм. В местах изменения направления трубопровода в плане, изменения его уклона, присоединения к нему боковых веток, а также на прямолинейных участках сети через 40-150 м следует устраивать смотровые колодцы. Соединения самотечных трубопроводов в колодцах выполняют в виде открытых лотков полукруглой формы. На поворотах лотки в пределах колодца выполняют по кривым с радиусом не менее диаметра трубы. На крупных коллекторах с диаметром от 1200 мм радиус кривой поворота принимают не менее пяти диаметров и предусматривают смотровые колодцы в начале и конце кривой. Угол поворота кривой потока в трубопроводах или при соединениях боковых веток не должен превышать 90°. Если по первоначальной схеме это условие не обеспечивается (см. рис. 3.15),

то один поворот на угол альфан, заменяется на два по углам альфа1 и альфа2 путем устройства дополнительной ветки. Любой угол поворота трубопровода в плане может быть выполнен при устройстве в колодце перепада — стояка. В этом случае поток совершает два поворота под углом 90°: первый — с горизонтального направления на вертикальное; второй — с вертикального на новое горизонтальное направление. Расчет трубопровода в направлении движения воды даже при увеличении расхода может привести к уменьшению диаметра. Это происходит при резком увеличении уклона трубопровода и соответственно увеличении его пропускной способности. Допускается уменьшение диаметра на один размер по сортаменту при диаметре трубопровода до 300 мм и на два размера — при большем диаметре. Соединения труб в этом случае выполняют по лоткам труб. При значительном увеличении уклона трубопровода возможно устройство быстротока, оборудованного водобойным колодцем для затопления гидравлического прыжка и гашения энергии потока. При большой разнице в заглублении труб соединение выполняют либо путем устройства перепадного колодца перед присоединением на боковой ветке (см. рис. 3.16, а),

либо прокладки предыдущего перед присоединением участка трубопровода на боковой ветке с увеличенным уклоном (рис. 3.16, б). Расчетная скорость в боковом присоединении не должна выть больше, чем в основном коллекторе V0. В местах сопряжения потоков не следует допускать встречных течений, ударов струй и подпоров. Боковые присоединения не должны тормозить течение в основном потоке. Наполнения в присоединяемых трубах должны быть выровнены по уровню воды или быть выше, чем в основном коллекторе. Трубы малых размеров присоединяют к коллекторам больших размеров таким образом, чтобы лоток малого диаметра трубы находился на одном уровне с поверхностью воды при расчетном заполнении в трубе большого диаметра. Допускается присоединение внутриквартальных сетей к уличным коллекторам без устройства смотрового колодца (бесколодезное присоединение) при условии, что длина соединительной ветки от контрольного колодца на превышает 15 м, и скорость движения сточных вод в коллекторе свыше 1 м/с. Конструкции присоединения без колодцев не должны вызывать изменения очертания трубопровода основного коллектора и создавать препятствия для прохода оборудования при прочистке сети. На стадии разработки рабочих чертежей решается вопрос о способе прокладки трубопроводов в пределах проездов. Их расположение обязательно должно увязываться с положением других подземных и наземных сооружений. Расположение трубопроводов должно обеспечивать надежность функционирования, доступность при ремонтных работах, соблюдение санитарных условий и требований охраны окружающей природной среды. При ширине проездов более 30 м целесообразно строить два трубопровода по краям проездов. При этом обеспечивается сокращение протяженности соединительных веток от внутриквартальных сетей. При параллельной прокладке самотечных трубопроводов на одном уровне с водопроводами расстояние между стенками труб должно быть не менее 1,5 м при водопроводах диаметром до 200 мм и не менее 3 м - большего диаметра. При пересечении с водопроводной сетью самотечные трубопроводы укладывают ниже не менее чем на 0,4 м. Это условие может не соблюдаться, если водопровод выполняется из металлических труб в футлярах. При прокладке самотечных трубопроводов параллельно газопроводам расстояние в плане между стенками труб должно быть не менее для газопроводов различного давления: низкого (до 5кПа) — 1м, среднего (0,3 МПа) — 1,5м, высокого (0,3-0,6 МПа) — 2м, высокого (0,6-1,2 МПа) — 5м.

На рис. 3.17 показана схема оптимального размещения подземных сетей и сооружений. В городах и на промышленных предприятиях со сложным хозяйством инженерные сети различного назначения прокладывают совмещенным способом в проходных тоннелях. В этом случае уклон тоннеля определяется уклоном, необходимым для надежной работы самотечной водоотводящей сети.

Неоднозначно отношение специалистов к устройству аварийных выпусков на водоотводящей сети. Назначение их заключается в обеспечении быстрых аварийно-восстановительных работ при катастрофических повреждениях на водоотводящей сети. Как показал опыт эксплуатации, отсутствие аварийных выпусков, при недостаточной надежности системы водоотведения, становится причиной неорганизованного отведения сточных вод по территории населенных мест и вывода из строя оборудования, что требует значительного времени на его замену. Аварийный выпуск следует рассматривать как необходимый элемент обеспечения быстрого выполнения аварийно-восстановительных работ. При дальнейшем развитии и повышении надежности необходимо развивать технологию водоотведения путем строительства аварийно - регулирующих резервуаров, дополнительных дублирующих водоводов, перемычек, обеспечивающих переключение потоков стоков по другим направлениям. При этом следует иметь в виду, что устройство других, более надежных средств, кроме аварийных выпусков, это дорогостоящие сооружения, использование которых реально лишь при возникновении аварийных ситуаций, вероятность которых мала.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ ПРОМ. ПРЕДПРИЯТИЙ

При проектировании и эксплуатации водоотводящих систем промышленных предприятий различают внутриплощадочную и внеплощадочную водоотводящие сети. К первой относится размещенный на территории промышленной площадки комплекс водоотводящих сетей, сооружений, насосных станций и локальных установок по очистке сточных вод. Водоотводящие сети, коллекторы, сооружения, насосные станции и очистные сооружения, расположенные за территорией промышленной площадки, относятся к внеплощадочной водоотводящей сети. Проектирование строящихся водоотводящих сетей населенных пунктов и промышленных объектов осуществляют на основе утвержденных схем развития отрасли народного хозяйства. Системы и схемы водоотведения учитывают техническую, экономическую и санитарную оценку существующих сооружений и возможную их интенсификацию работы. Эффективным путем снижения загрязненности производственных сточных вод является извлечение из них ценных веществ. В зависимости от вида промышленности и технологии производства, ценные вещества могут извлекаться непосредственно в цехах при выходе сточных вод из технологических аппаратов или на локальных очистных сооружениях. На промышленных предприятиях применяют, как правило, полную раздельную систему водоотведения. Число труб и каналов зависит от дифференциации сточных вод, обусловленной разнообразием состава и способами очистки, а также способами утилизации очищенных и неочищенных сточных вод. Любые производственные сточные воды в той или иной степени воздействуют на материал водоотводящих сооружений. Величина воздействия зависит от состава сточных вод и их температуры. Кислые сточные воды вызывают коррозию металлов. Большое влияние на скорость коррозии оказывает кислород воздуха, проникающий через слой грунта к поверхности трубопровода. Коррозионная активность грунтов повышается с увеличением влажности. Для защиты металлических трубопроводов от почвенной коррозии применяют покрытие изолирующими материалами или катодную защиту. При покрытии стальных труб применяют битум, пек, резину, пластмассы, цемент, силикаты или их смеси. Внутреннюю поверхность стальных труб защищают от коррозии сточными водами асбестоцементным покрытием, которое наносится через механическое сопло под действием сжатого воздуха. Защиту бетона от коррозии производят введением специальных добавок в рабочую смесь при изготовлении бетонных изделий, а также нанесением изоляции из различных битумных материалов и эпоксидных смол. Оптимальная работа водоотводящей сети промышленных предприятий нарушается из-за случайного засорения и постепенного сужения живого сечения труб и каналов. Во избежание этого производственную водоотводящую сеть укладывают с соответствующими уклонами При устранении плотно слежавшихся отложений применяют метод периодической промывки трубопроводов и специальные снаряды для взрыхления. В производственных водоотводящих сетях могут накапливаться различные газообразные продукты (метан, аммиак, сероводород, ацетилен, оксид углерода, пары нефтепродуктов и др.). При этом может создаться взрывоопасная ситуация, а также возрастает коррозионная активность сточных вод. Сероводород, вступая в реакцию с кислородом, образует на стенках трубопроводов серную кислоту. Углекислота, сернистый газ, сероводород, оксид азота в сотых долях процента вызывают у обслуживающего персонала расстройство дыхательных функций. Для удаления газов из сети устраивают вытяжные стояки внутри производственных корпусов. Для вентиляции участков канализационной сети, проложенных по незастроенной территории, устанавливают специальные вытяжные стояки высотой 3-4 м. Специальные вытяжные устройства предусматриваются в местах усиленного газовыделения из сточных вод: входные камеры дюкеров, смотровые колодцы, в которых скорости течения воды резко снижаются, перепадные колодцы при высоте перепада более 1 м и расходе сточной воды более 50 л/с, места присоединения к общезаводской водоотводящей сети цеховых стоков. В особых случаях, когда естественная вытяжная вентиляция производственной водоотводящей сети не обеспечивает нормальные условия ее эксплуатации, применяют принудительную искусственную вентиляцию. При этом вентиляционные устройства должны исключать возможность искрообразования во время работы и иметь защиту от коррозии. Это достигается подбором соответствующих материалов или антикоррозионных покрытий. Для предотвращения проникновения ядовитых газов, огня при взрыве или горящих нефтепродуктов в производственные помещения устраивают гидравлические затворы. Их располагают в местах выпуска сточных вод из производственных зданий, а также в местах присоединения водоотводящих трубопроводов от резервуаров с горючими веществами. Гидравлический затвор представляет собой дюкер, работающий под напором, который создается разностью отметок уровня воды в начале и конце сооружения. При большом расходе сточных вод в качестве гидравлического затвора может быть использован участок водоотводящей сети между двумя соседними смотровыми колодцами, работающий под напором. Смотровые колодцы снабжают устройствами, автоматически снижающими давление в трубопроводе при взрыве газовой смеси. Эти же устройства используют для систематического удаления газообразных продуктов. Глубина гидравлического затвора должна быть не менее 10 см. Трубопроводы и закрытые каналы для транспортирования сточных вод должны удовлетворять следующим требованиям: обладать сопротивлением к внешним нагрузкам, воздействию твердых примесей и иметь антикоррозионную защиту. При укладке трубопровода для отвода производственных сточных вод особое внимание уделяют выбору материала для заделки стыков (различные битумы и цементы). Если температура сточных вод не выше 40°С, применяют нефтяной битум марки 3. При более высокой температуре - тугоплавкие нефтебитумы марки 4 и 5. Для заделывания кислотоупорных стыков применяют смесь асфальтовой мастики и битума. Недостатком такого стыка является растворимость асфальта в бензине и бензоле. Для отведения сильнощелочных или кислых производственных сточных вод применяют трубы из специальных сортов стали (18/10) и высококремнистого чугуна. Во всех случаях укладки стальных труб особое внимание необходимо уделять антикоррозионной защите. Стальные трубы соединяют путем сварки или с помощью фланцев. Отличными эксплуатационными показателями обладают каналы из кирпича. Эти сооружения долговечны, водонепроницаемы, противостоят механическому и химическому воздействию сточных вод. Коллекторы диаметром 600-1000 мм укладывают из специального кирпича. При большом диаметре находит применение обожженный стандартный кирпич. Кирпич иногда используют для футеровки бетонных коллекторов, если по ним протекают производственные сточные воды с повышенной агрессивностью. Строительство кирпичных коллекторов ведут на растворах пуццолановых цементов. Перспективным является применение пластмассовых труб. При производстве ПВХ и ПЭ исходным материалом служит этилен, а при изготовлении ПП - пропилен. ПВХ (поливинилхлорид) является в настоящее время наиболее часто применяемым материалом. Такие трубы применяются для всех типов напорных и самотечных трубопроводов. Однако, в производственных технологических схемах могут применяться при температуре среды до +45°С. Трубы из ПЭ (полиэтилена) имеют ту же область применения, что и трубы из ПВХ. В то же время, они используются для подводных трубопроводов. Трубопроводы из ПП (полипропилен) применяют главным образом для внутренних канализационных сетей и для технологических производственных трубопроводов. Для отвода производственных сточных вод в значительно меньшем объеме, чем вышеуказанные, используют другие пластмассы: АБС (акрилнитрилбутадиенстирол), ПБ (полибутан), ПТФЭ (политетрафторэтилен), ПВФ (поливинилфторид), ПЭХ (полиэтилен пространственной структуры), термореактивные пластики. Последние виды пластмассовых труб обладают высокой термостойкостью, динамической прочностью, устойчивостью к химическим воздействиям и используются для отвода производственных сточных вод агрессивных и с высокой температурой. Стеклянные трубопроводы устойчивы к коррозии, долговечны, используются для транспортирования всех жидкостей, кроме фтористоводородной и фосфорной кислот. Выбор материала труб для строительства водоотводящих сетей промышленных предприятий зависит от гидрогеологических условий и состава сточных вод. Лотки смотровых колодцев, по которым протекают кислые сточные воды, делают из асфальтобетона, кислотоупорного бетона или кислотоупорного кирпича. Внутреннюю поверхность нижней части колодца покрывают штукатуркой из кислотостойких материалов. Прямолинейные лотки диаметром до 500 мм облицовывают половинками керамических труб. Люки и крышки смотровых колодцев на водоотводящей сети агрессивных стоков защищают кислотостойкими покрытиями.