Экономическое и экологическое значение систем водоотведения

    1.Экономическое и экологическое значение систем водоотведения

    Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. К сточным водам относятся также атмосферные осадки – дождевые и талые воды, выпадающие на территориях городов, населенных мест и промышленных предприятий. Сточными водами также являются подземные воды, извлекаемые из шахт при добыче полезных ископаемых. Такие воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий.

    Системы водоотведения устраняют негативные последствия воздействия сточных вод на окружающую природную среду. После очистки сточные воды обычно сбрасываются в водоемы. Наиболее совершенными системами являются замкнутые системы водоотведения, обеспечивающие очистку сточной воды до качества, при котором возможно повторное использование воды в промышленности или сельском хозяйстве.

    Системы водоотведения тесно связаны с системами водоснабжения. Без водоотведения невозможно строить здания высотой более 2-3 этажей. Потребление и отвод воды от каждого санитарного прибора, квартиры и здания без ограничения обеспечивают высокие санитарно-эпидемиологические и комфортные условия жизни людей. Только современные сплавные системы водоотведения позволили людям оборудовать свои квартиры не только раковинами для мойки посуды и умывальниками, но и ваннами с использованием горячей воды.

Кроме этого, постоянный рост и развитие промышленности привел к  возрастанию объемов производственных сточных вод и степени их загрязненности. Правильно запроектированные и  построенные системы отведения  стоков при нормальной эксплуатации позволяют своевременно отводить огромные количества сточных вод, не допуская аварийных ситуаций со сбросом стока  в водоемы. Это, в свою очередь, позволяет  значительно снизить затраты на охрану окружающей среды и избежать ее катастрофического загрязнения.

   2.История, перспективы и пути развития систем водоотведения

   Еще древнейшие поселения, например, в Индии, имели сооружения для отвода сточных вод. При раскопках в Междуречье были обнаружены канализационные каналы, выложенные из обожженного кирпича, обмазанного битумом. Аналогичные сооружения были обнаружены также у ассирийцев.

   Для греческих городов был характерен высокий уровень благоустройства и комфорта. Санитарное состояние городских площадей, улиц и дворов обеспечивалось хорошо организованной системой водостоков, обложенных камнем и перекрытых плитами. В Афинах был проложен канализационный канал, проложенный через весь город, причем первоначально это была небольшая речка, которая была преобразована в канал шириной до 4,2 м. В городах назначались специальные должностные лица - астиномы, которые следили за санитарным состоянием города.

Еще большим умением строить  инженерные сооружения отличались древние  римляне. Большое потребление воды в Древнем Риме приводило к  образованию большого объема сточных  вод. Для отведения этих вод в  реку Тибр использовались ручьи, переделанные в канализационные каналы. Так  возникла, например, известная "клоака максима" - большой сточный канал, сооруженный в IV веке и просуществовавший до 1900 года.

   В период средневековья в большинстве европейских городов канализация почти начисто отсутствовала. Улицы были не мощеными, в ухабах, постоянно покрытыми грязью и нечистотами. Отвод бытовых сточных вод не был обеспечен, они выливались прямо из окон.

Интенсивное строительство  канализации началось в Европе лишь в XIX веке. Это связано прежде всего с развитием водопровода и ростом городского населения, что поставило необходимость: во-первых, централизованного отвода большого количества образующихся сточных вод, во-вторых, очистки этих стоков перед их сбросом в водоемы, т.к. без очистки стоки сильно загрязняли водоисточники, из которых забиралась вода для водоснабжения.

   Наибольший объем строительство канализации получило в самой передовой стране того времени - Англии. К 1883 г. в Англии мало совершенные канализационные системы имелись в 50 городах. Значительно позже началось строительство канализации в Германии (Гамбург - с 1843 г., Берлин - с 1873 г.), к 1870 г. в ней насчитывалось более 50 крупных городов, имеющих канализацию. Медленно развивалось канализование городов Франции, хотя канализование самого Парижа было начато еще во второй половине XIV столетия. Далее быстрым темпом шло строительство канализации городов США - к 1902 г. было канализовано около 1000 городов.

   В середине XVIII века в Петербурге началось широкое применение каналов, в том числе крупных для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и бытовые стоки. В 1832 г. протяженность водостоков Петербурга составляла уже 95 км. и превышала протяженность сетей Парижа.

   В конце XVIII в. в Москве была устроена система водосточных каналов с отстаиванием осадка, который использовался для удобрения. Самотечный и Неглинный каналы после 1812 г. были перекрыты сводами, над Неглинным (длина 3 км) был устроен Цветной бульвар.

   Строительство канализации в других городах России развивается в связи с резким возрастанием водопотребления, удорожанием вывоза нечистот, катастрофическим загрязнением крупных населенных центров и огромным развитием эпидемий.

   Большое значение в становлении канализации в России имели Русские водопроводные съезды. Уже на втором съезде в 1895 г. были сделаны три доклада по канализации. А в том году канализационные системы имелись только в четырех городах Российской империи - Киеве, Варшаве, Одессе и Ялте. Четвертый съезд в 1897 г. принял постановление, которое обращает внимание городов на необходимость с устройством водопроводов всегда иметь в виду и устройство канализации.

   На сегодняшний день охват населения городов и поселков централизованным водоснабжением составляет 98 %, а канализацией - около 75 %. Еще не имеют водопровода несколько малых городов и около 30 поселков, а канализация отсутствует в 900 населенных пунктах.

   По мнению академика Яковлева С.В., уровень отечественных и зарубежных разработок примерно одинаков. Однако внедрение разработанных сооружений в России идет чрезвычайно медленно.

    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.

   3.Системы водоотведения городов

   Система водоотведения города – комплекс сооружений, предназначенный для приема и отведения сточных вод всех категорий. Удаление сточных вод за пределы населенных пунктов и промышленных предприятий осуществляется, как правило, самотеком по трубам и каналам, поэтому их прокладывают с уклоном. В современных городах устраивают централизованную систему водоотведения, состоящую из внутренних и наружных водоотводящих сетей, насосных станций и очистных сооружений.

    Выделяют три основные системы водоотведения:

   -Общесплавная система имеет одну водоотводящую сеть, предназначенную для отвода сточных всех видов: бытовых, производственных и дождевых.

Во время сильных дождей часть смеси производственно-бытового и дождевого стока сбрасывается в водный поток через ливнеспуски.

  - Раздельная система водоотведения бывает полной и неполной. Полная раздельная система водоотведения имеет две закрытые водоотводящие сети, одна – для отведения бытовых и производственных стоков, вторая – для отвода дождевых сточных вод. Неполная раздельная система отличается от полной тем, что дождевые стоки отводятся открытой сетью, то есть личными лотками, кюветами и канавами.

Дождевые сточные воды могут отводиться в водоем как без очистки, так и с очисткой

- Полураздельная система водоотведения имеет две водоотводящие сети – производственно-бытовую и дождевую. В местах пересечения этих сетей устраивают разделительные камеры, назначение которых состоит в том, чтобы сбрасывать в водоем во время сильных дождей избыточную часть стока. Таким образом, в производственно-бытовую сеть через разделительные камеры поступает только наиболее загрязненная часть ливневых сточных вод.

Кроме этих основных систем, в некоторых городах может  быть еще одна.

-Комбинированная система водоотведения – это такая система, при которой населенный пункт в одной части оборудован общесплавной системой, а в другой – полной раздельной. Такие системы складываются исторически в развивающихся городах.

   4.Сравнительная технико-экономическая и экологическая оценка систем водоотведения

  Общесплавная система

Достоинства:

• Меньшая протяженность трубопроводов по сравнению с остальными системами
• Сброс неочищенных стоков может быть отрегулирован с учетом самоочищающей способности водоема
• Уменьшение количества сооружений на сети
• Значительно меньше стоимость эксплуатации по сравнению с полной раздельной системой

Недостатки:

• Больше диаметры труб, и, как следствие, увеличение капитальных вложений на строительство сети
• Высокая стоимость насосных станций и очистных сооружений
• Сброс в водоемы во время ливней смеси бытовых, дождевых и производственных стоков

Основные условия применимости:

• при расходах в водном потоке не менее 5 м3/с
• при малом количестве районных насосных станций
• при высокой плотности населения
• при дождях малой интенсивности

Полная раздельная система 

Достоинства:

• Меньшие капитальные вложения по сравнению с общесплавной системой
• Меньшая стоимость насосных станций и очистных сооружений по сравнению с общесплавной системой
• Невозможность поступления производственно-бытовых стоков в водоем

Недостатки:

• Большая протяженность сети
• Повышенные эксплуатационные затраты
• Сброс всех дождевых стоков в водоем

Основные условия применимости:

• при допустимости сброса всех дождевых стоков в водоем
• при большом количестве районных насосных станций
• при дождях высокой интенсивности

Полураздельная система

Достоинства:

• Отсутствие сброса производственно-бытовых и сильно загрязненных дождевых сточных вод в водоем
• Очистка наиболее загрязненной части дождевого стока

Недостатки:

• Самая высокая стоимость строительства

Основные условия применимости:

• при малых или непроточных водоемах
• для районов акваторий, использующихся для отдыха населения
• при повышенных требованиях к защите водоемов.

   5.Общая схема водоотведения и ее элементы

Схема водоотведения — это общее начертание и взаимное расположение сооружений водоотведения в плане.

 Различают: перпендикулярную, пересеченную, параллельную, зонную и радиальную (децентрализованную) схемы водоотведения.

Перпендикулярная схема предполагает направление коллекторов по кратчайшему расстоянию к водоему (т.е. “перпендикулярно”). Применяется для транспортирования атмосферных и незагрязненных производственных вод в водоем без очистки при выраженном уклоне местности к нему.

В пересеченной схеме ряд коллекторов, сбрасывающих сточные воды по кратчайшему расстоянию вниз по уклону местности, пересекает главный коллектор, перехватывающий эти сточные воды с целью направления их на насосную станцию и далее на очистные сооружения. Такая схема применяется для транспортирования загрязненных сточных вод (хозяйственно-фекальных и производственных) и атмосферных вод, если их сброс в данном месте запрещен из-за необходимости очистки или расположения зон отдыха населения. Схема проектируется при выраженном рельефе местности к водоему.

Если уклон местности  в сторону водоема значительный, то применение пересеченной схемы бывает невозможным из-за скоростей движения сточных вод, превышающих максимально-допустимые, и возникающих в “перпендикулярно”  направленных коллекторах.

В этом случае применяют параллельную схему, в которой ряд второстепенных коллекторов направлены вдоль водоема, а пересекающий их главный коллектор направляет сточные воды вниз по уклону к насосной станции или очистным сооружениям.