Движение сточных вод в канализационных сетях
Режим движения сточной жидкости - самотечный. Он характеризуется тремя взаимосвязанными параметрами – гидравлическим уклоном (i), скоростью жидкости (v) и наполнением (h/d). Уклон должен быть таким, чтобы скорость воды была больше минимально критического значения, при котором возможно осаждение загрязнений и засорение трубопровода. Vmin = 0,7 м/с. Минимальные уклоны зависят от величины диаметра: 0,035 для Ø 50 мм, 0,02 для Ø 100 мм, 0,008 для Ø 150 мм.
Степень наполнения не должна быть меньше 0,3. При меньшем наполнении транспортирующая способность потока сточной жидкости резко снижается и возможно засорение труб. Если наполнение меньше 0,3 при минимальном диаметре, то трубы укладываются с минимальным уклоном.
Вентиляция городских и внутриквартальных сетей осуществляется через канализационные стояки, поэтому горизонтальные участки труб должны иметь достаточно свободного от стоков объема для движения смеси воздуха и газов с (h/d)max 0,6.
В канализационных стояках возможны два режима движения сточных вод: стержневой (при наполнении в отводном труопроводе не более 0,6) и поршневой (при наполнении в отводном трубопроводе более 0,6).
При стержневом движении вода омывает стояк по кольцу, стекая винтообразно по его внутренней поверхности. При этом воздух выталкивается вверх через вентиляционную (вытяжную) часть стояка.
Поршневой режим движения возникает при одновременном действии большого числа санитарно-технических приборов в часы максимального водопотребления. При этом жидкость заполняет все сечение стояка и с большой скоростью движется вниз. Перед движущимся поршнем создается избыточное давление, которое может выдавить воду из сифона в санитарно-технический прибор. За поршнем создается разряжение, которое приводит к высасыванию воды из сифонов в стояк (к срыву гидравлического затвора). В обоих случаях газы попадают в квартиру или другие помещения.
Вентиляционная часть стояка способствует проникновению воздуха из атмосферы, снижая вероятность срыва сифонов.
На возникновение поршневого движения влияет угол входа воды в стояк. С применением косых тройников и крестовин на присоединениях отводных трубопроводов к стоякам пропускная способность увеличивается в 1,5 раза и более.
В высотных зданиях сохранение одного диаметра по всей высоте стояка может привести к пропускной способности стояка меньше критической, что увеличивает вероятность возникновения поршневого движения. В таких случаях рядом с канализационным стояком параллельно устанавливают вентиляционный стояк с перемычками между этими стояками через этаж. Вентиляционный стояк принимают на один размер меньше канализационного стояка.
При смене направления движения воды с вертикального на горизонтальное скорость резко падает, что увеличивает вероятность засорения трубы у основания стояков. Поэтому поворотные соединения стояка со сборной трубой делают плавными с помощью двух и более фасонных частей: двумя, тремя отводами или отводами с косым тройником.
Вентиляция осуществляется через вытяжные стояки. Диаметр вытяжной части стояка равен диаметру канализационного стояка. Несколько вытяжных стояков могут объединяться на чердаке в один вытяжной стояк с целью сокращения числа отверстий в перекрытии чердака. Диаметр объединенного вытяжного стояка принимается в зависимости от числа санитарно-технических приборов. При числе сантехприборов: до 120 диаметр объединённого стояка принимается равным 100 мм; до 300 – 125 мм; до 1200 – 150 мм; свыше 1200 – 200 мм.
В некоторых случаях вентиляцию канализационных стояков можно не устраивать, например, в одноэтажных зданиях и в зданиях большей этажности. Невентилируемые стояки принимаются в зависимости от высоты и диаметра стояка [3, табл. 9]. В этом случае верх стояка выводят на отметку борта самого низкорасполагаемого санприбора на этаже и закрывают заглушкой.
Выпуск устраивается под потолком подвала, в земле или в канале ниже пола подвала. Снаружи лоток выпуска укладывают на 0,3 м выше глубины промерзания, но не менее, чем на 0,7 м от поверхности земли до верха трубы из условия механической прочности трубы. Минимальное расстояние от фундамента до колодца - 3м; максимальное расстояние от стояка или прочистки (или ревизии) до оси колодца принимают в зависимости от диаметра выпуска: при диаметре выпуска 50 мм – 8 м, 100 мм – 12 м, 150 мм -15 м.
11.5. Внутриквартальные водоотводящие сети
Внутриквартальные водоотводящие сети состоят из трубопроводов и колодцев. Начиная от наружной части выпусков трубопроводы выполняют из керамических, асбестоцементных, бетонных, железобетонных, пластмассовых и чугунных (в вечномерзлых и просадочных грунтах) труб.
Минимальный диаметр внутриквартальной сети - 150 мм.
Смотровые колодцы предусматриваются во всех случаях, что и в наружной канализации. На линейных участках сети для диаметра труб 150 мм расстояние между колодцами равно 35 м, для диаметра труб более 150 мм - 40-50 м.
Минимальный диаметр колодца, при глубине до 2,0 м и диаметре трубы до 200 мм – 700 мм, при большей глубине - 1000 мм. Диаметр горловины колодца – 700 мм.
Внутриквартальную сеть соединяют с уличной через контрольный колодец, который устанавливается на 1,5 - 2м за красной линией застройки внутрь квартала. Он служит для контроля качества сточных вод. Обычно в контрольных колодцах устраивают перепад, если шелыга трубы внутриквартальной сети подходит к уличной сети выше шелыги трубы уличной сети. Перепад до 0,3 м осуществляют в виде простого водослива (в виде прямолинейного лотка), перепад более 0,3 м – в виде стояка такого же диаметра.
11.6. Расчет водоотводящей сети
Расчет водоотводящей сети общественных зданий, производственных и бытовых помещений промышленных предприятий и жилых зданий нетиповой планировки начинается с отводных трубопроводов от приёмников сточных вод и стояков. Затем рассчитывают сборные трубопроводы, выпуски и внутриквартальную сеть или внутриплощадную сеть на промышленных предприятиях.
В жилых зданиях с типовыми санитарно-техническими кабинами расчет начинают со сборных трубопроводов и выпусков. Диаметры отводных труб и стояков принимают конструктивно, так как сантехкабины собираются на заводах и диаметры отводных трубопроводов и стояков уже определены.
Расчет горизонтальных трубопроводов сводится к определению диаметра и уклона прокладки трубопровода по расчетному расходу, наполнению и скорости движения стоков.
Расчетные расходы
Вода почти со всей водоразборной арматуры сразу же попадает в канализационную сеть, поэтому расходы сточных вод практически равны общему расходу холодной и горячей воды. Исключение составляют санприборы с наполнением воды, при опорожнении которых расход резко увеличивается (сливные бочки, ванны, умывальники, мойки и т.д.). Поэтому, при малых расходах сточных вод, следует учитывать залповый сброс воды от отдельных санприборов. Если расход достаточно велик (qs > 8 л/с), то залповый сброс от санприбора не учитывается и
qs = 5α, л/с.
Если расход небольшой (qs 8 л/с), то
qs = 5α + ,
где - расход сточных вод от сантехприбора с максимальным стоком из всех сантехприборов, которые обслуживает расчетный участок канализационной сети.
Для сборных труб и выпусков, учитывая снижение максимального расхода стоков за счёт аккумулирующей способности труб, ЦНИИЭП инженерного оборудования предлагает расчетный расход (л/с) определять по формулам:
а) при длине выпуска 3 м и более
= qs {1 - 0,15(100n)0,25/[(1000K)0,72V1,5] - 0,04l},
б) при длине выпуска меньше 3 м
= qs {1- 0,12l/[(1000K)1/2V]},
где n – коэффициент шероховатости:
а) для чугунных труб n =0,013;
б) для пластмассовых n =0,011;
в) для керамических n =0,0134;
г) для асбестоцементных n =0,012.
1000К – принимается в зависимости от наполнения:
Наполнение 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1000К 1,276 0,8 0,6 0,49 0,43 0,394 0,38 0,31
l – длина выпуска или сборного трубопровода, м.
В соответствии с СП 40-107-2003 [15] в пределах здания отводные и сборные трубопроводы рассчитываются на следующий расход:
qs = ,
где - максимальный часовой расход стоков на расчётном участке в м3/ч;
- расход стоков от прибора с максимальной вместимостью (для жилых зданий = 1,1 л/с – расход стоков от ванны вместимостью 150-170 л);
Кs принимается в зависимости от числа санприборов N и длины на расчётном участке трубопровода.
Работа всей сети без засорений возможна при соблюдении следующего условия:
V· К1,
где К1 = 0,5 для пластмассовых и стеклянных труб;
К1 = 0,6 для труб из других материалов.
Как для сети внутри здания, так и для внутриквартальной сети это условие должно соблюдаться. Для малых расходов и минимальных диаметров это условие зачастую не соблюдается. В подобных случаях участок считается безрасчетным и принимается минимальный уклон. Для таких участков должны быть обеспечены дополнительные мероприятия для их промывки и прочистки. Например, устанавливают еще одну ревизию или прочистку.
Диаметр сборного трубопровода или выпуска можно определить по методике ЦНИИЭП инженерного оборудования в зависимости от h/d:
при h/d < 0,6 d = ;
при h/d > 0,6 d = 1,13 .
Для внутренней канализации режим движения стоков в трубопроводах принимается как переходный в области турбулентного режима безнапорного течения. Для этого режима течения жидкости уклон трубы можно найти по двум формулам:
1. Формула Дарси-Вейсбаха
I = ,
где λ - коэффициент сопротивления;
V – средняя скорость движения, м/с
R – гидравлический радиус, м
g – ускорение свободного падения;
b = 1,67 в переходной области турбулентного режима.
2. Формула ЦНИИЭП инженерного оборудования
I = K(100N)2,8V2/D1,3
где К - коэффициент пропорциональности:
К = 8,1·10-4 для h/d = 0,3;
К = 4,3·10-4 для h/d = 0,6.
В соответствие со СНиП [3] рекомендуетcя производить расчет по номограмме [3, приложение 9]. Зная qs, d, N, можно определить все остальные характеристики: V, h/d, i.