В статье приведено существующее состояние отведения дождевых вод в г. Алматы. Предложена технология очистки дождевых вод, включающая следующие основные сооружения: усреднитель, решетка, песколовка, отстойник, нефтеуловитель, зернистый фильтр. Указанная технология обеспечивает степень очистки дождевых вод от взвешенных веществ до 85–92 %, от нефтепродуктов до 77–85 %.
Ключевые слова: отведение, дождевые воды, технология очистки, сооружения, взвешенные вещества, нефтепродукты, эффективность очистки.
Организация отведения излишка воды, появившегося вследствие выпадения осадков и таяния снега, за пределы муниципальных территорий и частных участков называется дождевой системой водоотведения. Устройство дождевой системы имеет огромное значение для крупных городов, промышленных предприятий и мегаполисов, таких как г. Алматы, Астана.
Строительства новых и модернизация существующих сетей дождевой канализации подтверждают актуальность вопроса и постоянные упоминания «тонущих» районов в СМИ. В периоды весеннего таяния снегов и залповых ливневых дождей действующие системы не решает проблему наводнений в полной мере. Многие жители крупных городов и мегаполисов постоянно ругают власти, когда после дождя по городским улицам можно не проходить, а буквальным смысле плыть.
Ливневая система в Алматы существовала в 70-е годы. Но по причине того, что ее некому было обслуживать, эксплуатировать из-за колоссальных затрат на обслуживание, она распалась еще до того, как развалился Советский союз. Мы обязаны вернуться к этой системе, должны переходить на экологически чистые виды работ при эксплуатации и обслуживании территории города, и чтобы остаток воды от дождей шел по ливневым системам: скапливался, собирался, очищался, и мы могли бы повторно использовать. Чтобы решить вышеуказанную проблему, г. Алматы нужно срочно реконструировать и в перспективе необходимо разработать проектно-сметную документацию на строительство закрытой ливневой канализации со возведением очистных сооружений для дождевых вод.
Согласно СН РК 4.01–103–2013 «Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации» на сегодняшний день в г. Алматы должна быть построена закрытая система дождевой канализации, и дождевые воды должны проходить полную очистку на очистных сооружениях дождевых вод. Такие же требования предусматривают «Водный кодекс РК» и «Экологический кодекс РК».
На наш взгляд, только грамотно организованная и технически правильно решенная система отведения и очистки дождевых вод позволит:
1) обеспечить защиту фундаментов зданий и сооружений, дорог, проездов и тротуаров от разрушений;
2) обеспечить незатопление улиц и подвалов зданий, находящихся в пониженных местах рельефа;
3) исключить образование луж на скверах, площадях, дорогах и тротуарах при выпадении обильных осадков;
4) обеспечить ухоженный и эстетичный вид с территорий, где есть дождевая канализация;
5) предотвратить загрязнение водоемов дождевыми водами и обеспечить экологическую безопасность окружающей среды.
При организации отведения и выборе технологии очистки дождевого стока [1,2], а также типа и конструкции очистных сооружений следует руководствоваться их пропускной способностью, необходимой степенью очистки по характерным для дождевых вод показателям загрязнения, геологическими и гидрогеологическими условиями площадки строительства.
Для эффективной работы дождевой системы очень важен правильный выбор схемы водоотведения [2], то есть сбор поверхностных стоков в общий поток и сброс их в главный коллектор. Для этого, в первую очередь, следует объединить внутриквартальные лотки и уличные трубопроводы, расположенные с общим уклоном в единую схему дождевой сети. Следует дополнительно включить в эту схему: грязеотстойники и песколовки, собирающие грязь и песок; сифоны, удерживающие запах и заглушки, которые не допускают обратного тока воды. Чтобы грамотно рассчитать схему дождевой канализации необходимо учесть имеющиеся особенности рельефа местности, конструктивные и архитектурно-строительные особенности здания, подземную инфраструктуру и уточнить показатель интенсивности осадков по сезонам года.
Как известно, основными загрязнениями ливневых и талых стоков являются мелкие частицы песка, взвешенные вещества и нефтепродукты. Кроме того, характерным показателем дождевого стока является резкая неравномерность распределения объемов и концентраций загрязнений в стоке по ходу дождя.
Согласно [2–3], независимо от интенсивности дождя максимальные значения концентрации загрязнений приходятся на первые 10–15 минут дождя и уменьшаются до 2–2,5 раз через 20 минут от начало расчетного дождя. При часто повторяющихся дождях, интенсивность которых до 10 раз меньше расчетных, начальная концентрация загрязнений в 2–3 раза меньше расчетного дождя, пиковые значения загрязнений приходятся на 53–55 минуту дождя, и в дальнейшем их значение не сильно изменяется.
Учитывая резкую неравномерность распределения объемов и концентраций загрязнений в дождевом стоке, мы предлагаем следующую технологическую схему очистки дождевых вод (см. рис.1). Функциональное назначение отдельных сооружений в предлагаемой технологической схеме очистки дождевых вод описаны ниже.
Рис. 1. Технология очистки дождевых вод
1 — усреднители, 2 — решетки, 3 — песколовки, 4 — тонкослойные отстойники, 5 — флотаторы, 6 — фильтры.
У среднители предназначены для сбора и аккумулирования поверхностного стока, поступающего на очистные сооружения от расчетного дождя. Эти сооружения служат для аккумулирования расхода, а также для регулирования расхода и концентрации дождевых вод. Время усреднения дождевых вод принято от 2-х до 4-х часов.
Решетки предназначены для улавливания грубодисперсных примесей и плавающих загрязнений, поступающего с поверхностным стоком, и представляет собой подземную камеру из монолитного железобетона. Размеры прозоров решеток принимают обычно 15–20 мм или можно подобрать во время пуско-наладочных работ.
Песколовки. Дождевые воды поступают на песколовки после освобождения от крупных плавающих загрязнений на решетках. Назначение песколовки — освобождение дождевых вод от тяжелых примесей минерального происхождения и мелкого песка с размером частиц от 0,25мм до 1,0 мм. Удаление песка из дождевых вод, является обязательным, так как абразивные свойства песка приводят к разрушению скребковых и др. механизмов аппаратов, бетонных сооружений, а также к истиранию трубопроводов. Кроме того, песок может накапливаться в распределительных каналах, отстойниках, флотаторах и снижать рабочий объем сооружений.
Тонкослойные отстойники. Одним из основных компонентов загрязнений дождевых вод является взвешенные вещества, которые попадая неочищенными в водоемы вызывают ухудшение экологической обстановки региона. Поэтому данной работе очень подробно, на стадии экспериментальных испытаний, рассматривался вопросы очистки ливневых и талых вод от взвешенных веществ отстаиванием в отстойниках, оборудованных с тонкослойными модулями (Рис.2).
Рис. 2. Отстойник, оборудованный тонкослойным модулем
1 — корпус отстойника; 2 — тонкослойный модуль; 3 — трубопровод для опорожнения; 4 — трубопровод подачи стока; 5 — отводящий трубопровод очищенных стоков
Как отмечается в работах [3–4], в отстойниках, оборудованных многослойными полками, отсутствуют те недостатки, которые присущи другим типам и конструкциям отстойников. В этих сооружениях нет водоворотных и мертвых зон, снижающие эффективность работы отстойников. В схеме очистки с целью интенсификации процесса укрупнения и осаждения взвешенных частиц, а также значительного уменьшения объема отстойника, каждая секция оборудуется тонкослойными модулями. При применении тонкослойного отстаивания происходит удаление взвешенных веществ из дождевых стоков путем гравитационного осаждения. Осадок собирается в приямок, оборудованный гидросмывом. Поток воды направляется на блоки тонкослойного отстаивания в каждой секции с помощью направляющей перегородки. Для сбора ила в каждой секции устраивается приямок. Для перекачки ила в каждом приямке предусмотрена установка погружного илового насоса. Работа гидросмыва и иловых насосов автоматизирована. Для круглогодичной и бесперебойной работы очистные сооружения перекрываются железобетонными плитами перекрытия, оборудуються площадками для обслуживания и люками-лазами.
Компактность установки в значительной степени сокращает (до 5–6 раз) размеры площадки под очистные сооружения. Отстойник, оборудованный тонкослойным модулем, может работать при необходимости в полном автоматическом режиме. Полки модулей были изготовлены из пластики или нержавеющей стали. Угол наклона полок к горизонту принимали от 45 0 до 55 0 .
Как показали проведенные нами гидравлические испытания, при исходной концентрации взвешенных частиц (590–1490 мг/дм 3 ), наибольшая эффективность удаления взвеси достигается при малых скоростях задерживаемых частиц. Для дождевых вод более высокая эффективность по задержанию дисперсных примесей достигается при малых скоростях, для которых эффективность очистки по взвешенным веществам составила 75–77 %.
Флотаторы . Для отделения из дождевых вод диспергированных и коллоидных частиц в технологической схеме предусмотрены флотаторы. Процесс очистки дождевых и талых стоков, содержащих нефтепродукты, осуществляется методом напорной флотации. Она заключается в образовании устойчивых комплексов «частицы-пузырьки» и всплывании этих комплексов на поверхность обрабатываемой воды и в удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности. Прилипание частицы, находящейся в воде, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается очень плохое смачивание или не смачивание частицы жидкостью 4.
Напорные флотационные установки могут работать по принципу прямой флотации и с 25–50 % рециркуляцией воды. В процессе обработки воды в напорной флотационной установке образуется флотоконденсат и происходит осветление воды. В результате испытаний определены основные параметры напорной флотационной установки для очистки дождевых вод: количество воздуха — 4 % от объема очищаемой воды, время пребывания воды в напорных баках — 3–4 минуты, избыточное давление в напорных баках — 0,25–0,30 мПа, продолжительность флотации — 30–35 минут.
Фильтры. В предлагаемой технологии фильтры предусматриваются для очистки сточных вод от взвешенных веществ. В качестве загрузки фильтра использовали песок или керамзит с крупностью фракции — 0,8–3,0мм. Высоту слоя фильтрующей загрузки принимали — 1,3–1,5 м. Скорость фильтрования дождевых вод зернистом фильтре принимали 10–12 м/час.
Выводы:
1) Вышеуказанная технология обеспечивает степень очистки дождевых (талых, поливомоечных) вод от взвешенных веществ до 85–92 %, от нефтепродуктов до 77–85 %.
2) Дождевые воды после очистки по выше предложенной технологии можно сбрасывать в водоемы или использовать для полива зеленных насаждений, газонов, скверов и на др. нужды.
3) Практическое значение работы заключается в проектировании энерго-эффективной и ресурсосберегающей технологии, отвечающая требованиям очистки ливневого стока и обеспечивающей надежность работы очистных сооружений и возможность их механизации и автоматизации.
Литература:
1. Воронов Ю. В., Яковлев С. В. Водоотведение и очистка сточных вод. — М.: АСВ, 2007. — 704 с.
2. Алепеев М. Ч., Курганов А. М. Организация отведения поверхностного стока с урбанизированных территорий.- Москва — Санкт-Петербург, Изд: АСВ, СПбГАСУ. — 2000.
3. Молоков М. В., Шифрин В. Н. Очистка поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок. — М.: Стройиздат, 1977.
4. Касабекова Г. Т., Тойбаев К. Д. Выбор эффективных типов отстойников для осаждения дисперсных примесей. — Алматы: Вестник КазНТУ им. К. Сатпаева, 2015.
