Конструкция входных и выходных оголовков на трубопроводах дождевой канализации. Оголовки канализационных выпусков Конструкция рассеивающего выпуска

02.07.2023

Очищенные сточные воды после дезинфекции отводятся по закрытому трубопроводу или открытому каналу к месту спуска в водоем. Отводный канал обычно оканчивается береговым колодцем, из которого воды спускаются непосредственно в водоем через выпуск.[ ...]

Основной задачей при устройстве выпуска является достижение наиболее полного смешения выпускаемой воды с водой водоема, чтобы получить наибольшее разбавление сточных вод, которые содержат еще некоторое количество загрязнений.[ ...]

В зависимости от формы и режима участка реки при сбросе в нее очищенных сточных вод устраивают береговой или русловый выпуск; последний может быть сосредоточенным или рассредоточенным. При сбросе очищенной жидкости в море или водохранилище устраивают береговые или глубоководные выпуски.[ ...]

Русловые и глубоководные выпуски выполняются из стальных, чугунных, железобетонных или бетонных труб, защищенных от коррозии. Оголовки выпусков всех типов выполняются преимущественно из сборного железобетона.[ ...]

При непосредственном сбросе сточных вод у берега устройство выпуска проще (рис. 4.151), однако степень разбавления меньше, чем при выпуске на некотором расстоянии от берега.[ ...]

Рассредоточенный выпуск обеспечивает лучшее смешение сточной воды с водой водоема. Каждый выпуск заканчивается оголовком.[ ...]

Скорости течения в подводной части выпуска желательно принимать возможно большими (не меньше 0,7 м/сек) с целью предохранения его от заиливания.[ ...]

Отверстия оголовка следует располагать на достаточной высоте от дна (0,5-1 м) во избежание размыва дна или заноса оголовка. Расстояние от нижней поверхности льда до отверстий должно быть не менее 0,5-1 м.[ ...]

В зависимости от глубины водоема, толщины ледяного покрова и наличия судоходства подбодную часть выпуска укладывают в траншею или непосредственно по дну водоема с закреплением сваями или с каменной обсыпкой. Трубопроводы укладывают звеньями длиной по 50- 100 м в зимнее время со льда, а в летнее с барж. Удобнее и дешевле укладка труб со льда.[ ...]

При выпуске сточных вод в море место выпуска должно быть расположено за границами селитебной части и выбрано с учетом направления течений, волнообразований, направлений господствующих ветров, наличия прибоя морской волны и т. д. так, чтобы был обеспечен унос от населенного места выпускаемых сточных вод морским течением. Длина выпуска до установленной глубины заложения его устьевой части должна быть наименьшей, выпускные отверстия располагаются на глубине не менее 1 я от уровня воды при отливе и не менее 1 м от дна моря.

→ Водозаборные и очистные сооружения

Оголовки канализационных выпусков

Производственные и коммунальные сточные воды, сбрасываемые в реки, озера, водохранилища и моря, существенно изменяют режим водной среды, нарушая жизнедеятельность ра» мстительных и животных организмов.

Загрязнение и самоочищение вод - это два взаимосвязанных процесса, возникающие в результате хозяйственной деятельности человека, а также вследствие естественного поступления загрязненных стоков в водотоки и водоемы. На эти процессы большое влияние оказывают режимы разбавления сточных вод, которые определяются конструктивными и технологическими особенностями их выпуска, в свою очередь зависящими от гидрометеорологических особенностей водоемов и водотоков.

На начальной стадии процесс разбавления во многом определяется конструктивными особенностями выпуска. Специальными исследованиями установлено, что разбавление протекает более интенсивно при рассеивающих выпусках, чем при сосредоточенных. На процесс разбавления оказывают существенное влияние: характер движения водных масс; причины, вызывающие эти движения, - сток, ветер, распределение температур и плотностей; морфометрические характеристики русла водотока или ложа водоема; степень проточности; состав и свойства среды.

Течение водотоков всегда носит турбулентный характер и определяется морфологическими особенностями берегов и ложа реки: изрезанность береговой линии, островами, перекатами, теснинами и порогами. Эффективность перемешивания вод зависит от воздействия этих факторов на динамику потока, приводящих к раздроблению установившейся структуры течения и образованию завихрений.

В водоемах (озерах, водохранилищах, морях) наблюдаются различного рода течения, образующиеся в результате воздействия нескольких факторов. Главными из них для наших глубоко врезающихся в сушу северных морей (Балтийского, Белого и др.), а также озер и водохранилищ являются ветровые течения, к которым в озерах добавляются и стоковые течения.

Для водотоков (рек, каналов) расчетный створ питьевого и культурно-бытового водопользования назначается в соответствии со СНиП 11-32-74 на расстоянии 1 км выше (по течению) существующего или перспективного пункта водопользования.

В озерах, водохранилищах и морях течения могут разносить смесь сточных вод и воды водоема в любом направлении. В озерах и водохранилищах установлено допускаемое расстояние, равное 1 км в любую сторону от пункта водопользования, а для морей - не более 300 м.

Рассмотрим наиболее характерные типы и конструкции канализационных выпусков. По месту расположения выпуски разделяют на береговые, русловые, глубинные и глубоководные.

Береговые выпуски служат только для сброса ливневых и условно чистых вод. Такие выпуски, как правило, оформляются в виде набережных или бетонных подпорных стенок с различным высотным уровнем выхода трубопровода.

Русловые выпуски представляют собой трубопровод, выводимый в русло реки и оканчивающийся одним или несколькими оголовками. Оголовки выпуска располагают в месте наиболее интенсивного течения реки, с выпускными отверстиями, устанавливаемыми вблизи середины глубины протока.

Глубинные выпуски устраиваются для сброса сточных вод в озеро, водохранилище или море на некотором расстоянии от

Берега (обычно до глубины 10-15 м). При большей глубине выпуски называются глубоководными. Форма оголовка должна быть как можно более простой, размеры минимальными, но обеспечивающими устойчивость, соединение его с трубопроводами и гидроизоляция - долговечными. Оголовки по возможности рекомендуется располагать в зоне, где они не подвергаются ударам волн. Устройство подводного трубопровода требует особого внимания, так как он постоянно подвергается динамическому воздействию водоема, а в случае выпуска в море - еще и химическому воздействию морской воды.

Различные схемы конструкции оголовков выпусков показаны на рис. 1.

Круглые отверстия в теле трубы, в последнее время довольно широко применяемые за рубежом при строительстве выпусков, называются диффузорами и считаются наиболее рациональными. Недостатком такого оголовка является низкий коэффициент расхода вдоль трубопровода, что приводит к неравномерности распределения расходов и неравномерности разбавления сточных вод.

Щели в теле трубы - решение, подобное предыдущему, но ему присуще еще более неравномерное начальное разбавление.

Цилиндрический оголовок с отражателем применим в условиях, когда по причинам гидрологического характера трубопровод выпуска нельзя укладывать по дну. Отражатель на цилиндрическом оголовке создает коническую струю, полую внутри. Потери напора в таком оголовке выше, чем в предыдущих, конструкция его сложнее и дороже.

Рис. 1. Различные схемы конструкций оголовков выпусков
а - круглые отверстия в теле трубы; б - щели в теле трубы; в - цилиндрический оголовок; г - цилиндрический оголовок с отражателем; д - цилиндрический оголовок с конфузором; е - оголовок с эжектирующей насадкой

Цилиндрический оголовок с конфузором является более совершенной конструкцией.

Оголовок с эжектирующей насадкой разработан и исследован Н. Н. Лаптевым и В. Ф. Цвиликовым. Конструктивно оголовок данного типа сложнее и дороже, что, однако, окупается высокой эффективностью разбавления сточных вод.

Диаметр трубопровода распределительной части выпуска должен иметь постоянное сечение. Применение телескопических трубопроводов приводит к очень неравномерному истечению сточных вод на отдельных участках и отражается на их разбавлении.

Диаметр выпускного отверстия устанавливается в зависимости от расчетного расхода, скорости истечения и числа патрубков. Наименьший диаметр выпускного отверстия следует принимать равным 100 мм. Главная задача проектирования заключается в подборе сечения трубопровода, обеспечивающего оптимальные условия равномерного распределения расходов и недопущение заиливания оголовков.

Примером интересного инженерного решения является устройство рассеивающего оголовка для выпуска очищенных сточных вод целлюлозно-бумажного комбината из пруда-аэратора в р. Вычегду. Рассеивающий выпуск выполнен из двух ниток стальных труб диаметром 2040 мм, протяженностью 779 м и рассеивающего оголовка из двух участков труб: диаметром 1420 мм, длиной 22,5 м и диаметром 1020 мм, длиной 16,5 м. На этих участках под углом 120° к направлению выпуска сточных вод в шахматном порядке приварены патрубки диаметром 200 мм на расстоянии 6,2 м друг от друга. Патрубки возвышались над поверхностью труб на 1,5 м. Для придания большей прочности и жесткости к трубам диаметром 2040 мм через 2 м по их наружному периметру приваривались ребра жесткости из швеллера № 16.

В Пярну для отвода сточных вод от головных сооружений канализации был предусмотрен проектом и выполнен в натуре 3-км морской трубопровод из полиэтиленовых труб диаметром 800 мм с рассеивающим оголовком из стальных труб диаметром 820X10 мм, длиной 533 м. К оголовку были приварены 12 патрубков диаметром 100 мм, 10 патрубков диаметром 150 мм и щитовой затвор диаметром 800 мм.

Для разработки подводной траншеи шириной по дну 2,7 м с откосами 1:2,5 применяли гидроэлеваторы и гидромониторы на глубинном участке и канатный скрепер на пойменном участке. Трубопровод укладывался на заранее подготовленное гравийное основание с последующей балластировкой, обеспечивающей коэффициент запаса 1,4.

Стальные и полиэтиленовые трубы сваривались в плети по 500 м на берегу на специально отсыпанной насыпи. Плети соединялись между собой металлическими надвижными муфтами и полумуфтами. Гидравлические испытания на плотность и прочность показали, что соединения выдерживают напор не Еыше 0,035 МПа. Несмотря на специальное укрепление этих соединений под водой цементно-песчаным раствором, выдержать испытательное давление не удалось. Как показывает этот опыт, полиэтиленовые трубы большого диаметра следует соединять путем сварки или на фланцах.

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 соот-

Ветствии с положениями гидравлики, рассматриваются как соединение потоков под различным углом слияния.

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 рст выше ПЛОТНОСТИ ВОДЫ рв в водоеме, следует применять высоконапорные распределители, способствующие распространению стоков на всю глубину. Если плотность стоков рст меньше плотности воды в водоеме рв, 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 эжектор - ными 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

Ьср (Н - £>)"

Где Q - расход воды в реке, разбавляющий сточную воду в начальном участке; рср, Н - средние скорость и глубина реки в зоне выпуска; D - диаметр цилиндрической камеры;

Н н н

K-коэффициент, равный: при --- и при - <

Диаметр цилиндрической камеры принимается равным D - 2 ... 3d, где D - диаметр подводящего патрубка. Скорость течения в подводя-
щем 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.

Її-ж *

Открытый рассеивающий выпускной оголовок представляет собой горизонтально расположенную конусную трубу, в которой сделан вырез

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

На боковой поверхности (7з 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 С Р. Угол конусности камеры принимается равным 6-8°, ее большой диаметр D6=(l,5 ... 2)d , малый диаметр DM=(0,5 ... 1 )d , где D - диаметр подводящего патрубка. Угол конусности переходной диф - фузорной 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. 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, hi = 150 ... 200 мм, /і2=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:

ОконФ=1>ЗЯГ0 Рл; ^=4...5; 1<^ L <6, (4.304)

Где А<онф - диаметр сечения конфузора в месте подхода к нему

А-орл, - f-ropi - 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.

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 (4.145), в соответствии с положениями гидравлики, рассматриваются как соединение потоков под различным углом слияния.

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

Открытый рассеивающий выпускной оголовок представляет собой горизонтально расположенную конусную трубу, в которой сделан вырез на боковой поверхности (7з 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.

Схема конструкции рассеивающего фильтрующего струйного выпуска, позволяющей приблизить створ смешения очищенной воды практически к створу самого выпуска. 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, h\ = 150 ... 200 мм, /i2=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.

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 НА. На головной части выпуска устанавливают железобетонные диффузоры конической формы. Оголовок закрепляется бетонным блоком.

Выпуски сточных вод – это специальные сооружения, целью которых является обеспечение сброса стоков в водоем. При выборе типа выпуска и места его расположения исходят из того, чтобы было обеспечено как можно более полное смешение стоков с водой. Поэтому выпуски всех типов надлежит размещать в местах с повышенной турбулентностью, т.е. на порогах, в протоках, сужениях и т.д.

Для затопленных береговых выпусков устраиваются береговые колодцы с выходом сточных вод под уровень воды в водоеме. Незатопленные береговые выпуски, в соответствии с положениями гидравлики, рассматриваются как соединение потоков под различным углом слияния. Русловые выпуски располагаются на определенном расстоянии от берега.

Рисунок – Незатопленный береговой выпуск

1 – бетонная стенка; 2 – лоток

Выбор конструкции руслового выпуска зависит от:

санитарных требований к разбавлению сточных вод в водоеме;

гидравлической структуры потока;

морфологии русла

геодезической отметки уровней воды в береговом колодце и в реке.

Применение сосредоточенных русловых выпусков возможно или при разбавлении стоков перед выпуском или если разбавление по пути до расчетного створа достаточно, т. е. концентрация загрязнений в расчетном створе будет соответствовать нормативной.

Рисунок – Схемы русловых выпусков

А – сосредоточенный; Б – рассеивающий.

1 – береговой колодец; 2 – бетонный оголовок; 3 – оголовки с насадками

Существуют следующие выпуски с оголовками:

цилиндрическим;

открытым рассеивающим;

русловым рассеивающим;

эжекторными насадками.

Рисунок – Оголовки рассеивающих выпусков

А – с конусным растекателем; Б – с отводом и соплом; В – без насадки.

1 – распределительный трубопровод; 2 – растекатель; 3 – сопло; 4 – гравийная засыпка