Выпуски очищенных сточных вод в водоемы

Для спуска очищенных сточных вод в водоемы применяют два ти­па выпусков: береговые и русловые. Береговые выпуски подразделяются на затопленные и незатопленные. Для затопленных береговых выпусков устраиваются береговые колодцы с выходом сточных вод под уровень воды в водоеме. Незатопленные береговые выпуски (рис. 4.145), в соответствии с положениями гидравлики, рассматриваются как соединение потоков под различным углом слияния.

Рис. 4.145. Берегово незатопленный выпуск

1 – бетонная стенка, 2 – булыжное мощение по щебню.

Строительная стоимость береговых выпусков ниже стоимости русло­вых. Однако в створе выпуска достигается незначительное первона­чальное смешение потоков, и, следовательно, на практике они могут быть применены только для спуска стоков с концентрацией загрязнений, не влияющих на санитарное состояние водоема.

Русловые выпуски располагаются на определенном расстоянии от берега. Эти выпуски подразделяются на сосредоточенные, рассеиваю­щие и эжекторные.

Выбор конструкции руслового выпуска зависит от санитарных требований к разбавлению сточных вод в водоеме, кроме того, от гидравлической структуры потока, морфологии русла и от геодезической отметки уровней воды в береговом колодце и в реке.

Применение сосредоточенных русловых выпусков возможно или при разбавлении стоков перед выпуском (при подаче воды из водоема на­сосами в береговые контактные резервуары до концентрации загряз­нений в смеси, близкой по количественным показателям к норматив­ной), или если разбавление по пути до расчетного створа достаточно, т. е. концентрация загрязнений в расчетном створе будет соответство­вать нормативной.

Для сброса сточных вод в реки всегда целесообразно применять рассеивающие выпуски, а для сброса сточных вод в непроточные водое­мы конструкцию выпуска и место его расположения в водоеме следует определять технико-экономическим расчетом.

Если плотность стоков ρ_ст выше плотности воды ρ_в в водоеме, сле­дует применять высоконапорные распределители, способствующие распространению стоков на всю глубину. Если плотность стоков ρ_ст меньше плотности воды в водоеме ρ_в, следует применять низконапорные распределители с расположением отверстий под минимальным углом к горизонту (5—10°).

На основании данных лабораторных исследований ВНИИ ВОДГЕО можно рекомендовать следующие выпуски с оголовками: цилиндричес­ким; открытым рассеивающим; русловым рассеивающим с эжекторными насадками.

Выпускной оголовок цилиндрического типа может быть использован для сброса сточных вод в речной поток, в котором обеспечивается при­ток достаточного количества речной воды для получения требуемой кратности начального разбавления.

Представляет интерес конструкция цилиндрического выпускного оголовка, состоящего из цилиндрической камеры с прорезями и подводя­щего трубопровода. Трубопровод соединен с цилиндрической камерой у ее торца под углом ~45° (в плане), благодаря чему в ней образуется винтообразное течение, обеспечивающее равномерный выпуск сточной жидкости по фронту сооружения.

Длина цилиндрической камеры определяется по формуле

где — расход воды в реке, разбавляющий сточную воду в на­чальном участке;

, — средние скорость и глубина реки в зоне выпуска;

— диаметр цилиндрической камеры;

—коэффициент, равный: при и при

Диаметр цилиндрической камеры принимается равным D = 2 … 3d, где d — диаметр подводящего патрубка. Скорость течения в подводящем патрубке, при которой наблюдается наиболее благоприятный ре­жим выпуска стоков, составляет 2—3 м/с. Максимальная длина цилинд­рической камеры из условия обеспечения равномерного выпуска по длине не должна превышать 10D).

Для промывки цилиндрической камеры предусматривается устрой­ство ее торца съемным, на болтах. В русле реки цилиндрический оголо­вок может быть установлен с помощью свайного крепления.

Открытый рассеивающий выпускной оголовок представляет собой горизонтально расположенную конусную трубу, в которой сделан вырез на боковой поверхности (1/3 по длине окружности), снабженный попе­речными направляющими. Сточная струя, попадая в камеру оголовка, рассекается направляющими, в результате чего осуществляется равно­мерный сброс стоков по фронту сооружения. Наиболее благоприятные условия наблюдаются при скорости течения речного потока большей, чем скорость истечения сточной жидкости из оголовка. Обтекающий речной поток в зоне истечения будет создавать области пониженного давления, при этом возникает эффект эжекции, способствующий интен­сификации разбавления сточных вод.

Длина камеры оголовка может быть определена по среднему диа­метру D_cp. Угол конусности камеры принимается равным 6—8°, ее боль­шой диаметр D_б =(1,5 … 2)d, малый диаметр D_м=(0,5 … l)d, где d— диаметр подводящего патрубка. Угол конусности переходной диффузорной части принимается из условия непрерывности потока также 6—8°.

Расчет разбавления при применении открытого рассеивающего оголовка ведется аналогично расчету для цилиндрического оголовка, если принять средний диаметр камеры за расчетный.

Благодаря открытой конструкции оголовка нет необходимости в специальных мероприятиях по его прочистке. В русле реки открытый рассеивающий выпускной оголовок может быть установлен с помощью свайного крепления.

На рис. 4.146 показана схема конструкции рассеивающего фильтрующего струйного выпуска, позволяющей приблизить створ смешения очищенной воды практически к створу самого выпуска.

Рис. 4.146 Схема и конструкция рассеивающего выпуска

1 – труба, 2 – обойма выпусков, 3 – гравийная засыпка, 4 – стенка обоймы, 5 – решетчатое дно обоймы, 6 – береговой колодец выпуска, 7 – решетка, 8 – береговой трубопровод, 9 – поперечные стенки обоймы, 10 – крышка обоймы с отверстиями, 11 – щели в трубе, 12 – опорные поперечные трубы.

Выпуск пред­ставляет собой стальную перфорированную трубу постоянного сечения с приваренной к ней по всей длине металлической обоймой с щелевыми отверстиями. Обойма заполнена крупным гравием или щебнем. Ширина обоймы в зависимости от диаметра трубы принимается 150—400 мм, h₁ = 150 … 200 мм, h₂ = 400… 600 мм. Площадь щелевых отверстий решет­чатого дна обоймы должна составлять 40—50% его площади. Выход очищенной воды в водоем в виде многочисленных вертикальных струй со скоростью истечения 2—2,5 м/с обеспечивает быстрое и эффективное смешение с водой водоема.

Русловой рассеивающий оголовок с эжекторными насадками со­стоит из подводящего трубопровода, рассеивающей его части, выпуск­ных патрубков с соплами и эжекторных камер. Трубопровод укладыва­ется в траншею с каменной засыпкой, над поверхностью дна выводятся выпускные патрубки с соплами и устанавливаются эжекторные камеры. Крепление эжекторных камер может производиться непосредственно на подводящем трубопроводе или самостоятельно, например с помощью свай.

По данным ЛИСИ, максимальная кратность начального разбавле­ния соответствует следующим соотношениям размеров эжекторной ка­меры:

где — диаметр сечения конфузора в месте подхода к нему струи;

, — диаметр и длина цилиндрической горловины эжекто­ра. Угол конусности конфузора принимается равным 30°, диффузора — 7°.

Применение руслового рассеивающего выпускного оголовка с эжекторными насадками может быть рекомендовано при малых расчетных скоростях течения в зоне выпуска (менее 0,1 м/с). Подобные условия характерны, например, для верховьев водохранилищ или для зарегулированных участков рек.

При проектировании канализационных выпусков в море следует учитывать на морских побережьях постоянные морские бризы, т. е. слабые ветры, которые дуют с моря по направлению к суше и гонят всплывающие примеси к берегу. Поэтому морские канализационные выпуски берегового типа совершенно неприемлемы, так как они не обеспечивают надлежащего смешения стоков с морской водой и не дают возможности использовать громадную самоочищающую способ­ность моря.

Выпуски морского типа рекомендуется снабжать оголовком с рассеивающими устройствами, обеспечивающими быстрое и хорошее разбавление стоков морской водой. Для лучшего смешения стоков с водой моря выпуск в конечной точке стока должен быть заглублен не менее чем на 10 м.

Значительный интерес представляют выпуски с эжектирующими оголовками. Такие выпуски позволяют снизить в 1,5—3 раза концентра­цию загрязнений уже в момент сброса сточных вод. Это достигается путем повышения скорости истечения воды из оголовков, вследствие чего в поток вовлекается некоторое количество воды, окружающей ого­ловок.

Одним из основных условий бесперебойной работы выпуска в море является его высокая сопротивляемость воздействию морского прибоя, который обладает большой разрушительной силой. Выпуск укладыва­ется нормально к штормовой равнодействующей; глубина его заложе­ния от отметки дна моря должна обеспечивать устойчивость трубопро­вода при колебании уровня воды во время штормов. Чаще всего раз­рушение выпусков происходит в результате разрыва трубопроводов в зоне прибойных волн.

При прокладке трубопроводов на глубине более 10 м нет необходи­мости заглублять их в грунт, так как воздействие волн здесь незначи­тельно.

Сравнение технико-экономических показателей вариантов морского выпуска из стальных труб, уложенных в подводной части, и из чугунных труб, уложенных на свайных опорах, показывает, что выпуск из сталь­ных труб на 15% дешевле. Защитное покрытие внутренней поверхности стенок стальных труб применяют цементное, наружной — битумное, усиленное стекловолокном. Поверх битумного покрытия предусматри­вается слой бетонного покрытия толщиной не менее 100 мм. На голов­ной части выпуска устанавливают железобетонные диффузоры кони­ческой формы. Оголовок закрепляется бетонным блоком.

Оголовок морского выпуска должен иметь размеры, обеспечивающие его устойчивость и надежное соединение с выпускным трубопроводом.

С.В. Яковлев

«Канализация», -М, Стройиздат, 1975