Яковлев - Канализация (1975)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предусмотренные государственным планом развития народного хозяйства грандиозные масштабы жилищного и промышленного строительства обусловливают необходимость дальнейшего увеличения объема и повышения темпов строительства канализационных систем. Осуществление строительства и эксплуатации систем канализации должны возглавить высококвалифицированные кадры.

Вопросам, связанным с охраной окружающей среды и, в частности, с удалением, транспортированием, очисткой, обезвреживанием и обеззараживанием сточных вод, в нашей стране уделяется самое серьезное внимание. Специалисты, которые будут работать над решением всех этих вопросов, должны обладать глубокими знаниями в области ряда смежных наук. Так, при изучении движения сточных вод по трубопроводам необходимо знание законов гидравлики; применение биологических и химических методов очистки сточных вод требует знакомства с микробиологией и химией. При проектировании и строительстве сооружений для транспортирования и очистки сточных вод нужна хорошая подготовка для обоснованного выбора эффективных строительных материалов и конструкций, для организации производства и планирования строительных работ, механизации и автоматизации канализационных сооружений, технико-экономических расчетов возможных вариантов и т. д.

Формирование инженеров такого широкого профиля обусловливает включение в учебный план специальности «Водоснабжение и канализация» необходимых дисциплин: гидравлика, насосы и насосные станции, специальная химия и микробиология, электротехника, автоматизация, теплотехника, детали машин, гидрология, инженерная геология и гидрогеология, гидротехнические сооружения и др. Изучение перечисленных дисциплин должно предшествовать прохождению соответствующих разделов курса «Канализация».

Настоящий учебник подразделяется на две основные части: канализационная сеть и сооружения для очистки сточных вод. Учебник охватывает все вопросы, входящие в курс «Канализация».

Способы сбора и удаления сточных вод внутри зданий и сооружений, а также конструкции насосов и режим их работы изложены в специальных учебниках.

Последовательность изложения материала соответствует программе курса, утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР.

При написании учебника использованы новейшие литературные материалы, а также опыт строительных и эксплуатационных организаций (треста Мосочиствод), научно-исследовательских и проектных институтов и лабораторий — Мосводоканалниипроекта, Гипрокоммунводоканала, Союзводоканалниипроекта, ЦНИИЭП инженерного оборудования, Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, ВНИИ ВОДГЕО, МИСИ им. В. В. Куйбышева, ЛИСИ.

Отдельные главы учебника написаны: предисловие и введение докторами техн. наук профессорами А. И. Жуковым и С. В. Яковлевым, главы I—XI — канд. техн. наук, доц. С. К. Колобановым; главы XII, XIV—XVII (кроме § 96), XXI—XXIV, XXVI—XXVIII — д-ром техн. наук, проф. Я. А. Карелиным; главы XIII и XVIII—XX и § 96 — д-ром техн наук, проф. С. В. Яковлевым; глава XXV—профессорами А. И. Жуковым и Я. А. Карелиным.

Авторы выражают глубокую признательность коллективу кафедры «Канализации» МИСИ за большую помощь, оказанную в переработке данной рукописи.

Все замечания и указания на недостатки, обнаруженные при чтении учебника, авторы просят направлять по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая набережная, 8, МИСИ имени В. В. Куйбышева, кафедра «Канализации».

ВВЕДЕНИЕ

Под канализацией принято понимать комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих своевременный сбор сточных вод, образующихся на территории населенных пунктов и промышленных предприятий, быстрое удаление (транспортирование) этих вод за пределы населенных пунктов, а также их очистку, обезвреживание и обеззараживание.

Основными загрязнениями сточных вод являются физиологические выделения людей и животных, отходы и отбросы, получающиеся при мытье продуктов питания, кухонной посуды, стирке белья, мытье помещений и поливке улиц, а также технологические потери, отходы и отбросы на промышленных предприятиях.

Бытовые и многие производственные сточные воды содержат значительные количества органических веществ, способных быстро загнивать и служить питательной средой, обусловливающей возможность массового развития различных микроорганизмов, в том числе патогенных бактерий; некоторые производственные сточные воды содержат токсические примеси, оказывающие пагубное действие на людей, животных и рыб.

Все это представляет серьезную угрозу для населения и требует немедленного удаления сточных вод за пределы жилой зоны и их очистки. Задачи по удалению и ликвидации бытовых отбросов на различных этапах развития общества решались по-разному.

Наиболее простым и удовлетворяющим санитарным требованиям является удаление (отведение) сточных вод по трубопроводам за пределы населенных мест (сплавная система). Такой способ применяется с давних времен. При раскопках в Египте обнаружены каналы для сточных вод, построенные за 2500 лет до нашей эры. Аналогичные сооружения существовали еще раньше в Индии. В VI в. до н. э. в Риме был построен знаменитый канал «клоака максима», частично используемый в современной канализации Рима. Эти сооружения требовали значительных затрат труда и материалов и обязательного подведения воды, т. е. устройства водопроводов, поэтому их сооружали лишь для дворцов, храмов, общественных купален и т. п.

При малой плотности населения B5—50 чел/га) и отсутствии водопровода отбросы удаляли путем устройства выгребов или вывозили их ассенизационным транспортом (вывозная система), частично отбросы использовали на приусадебных участках.

При слаборазвитой промышленности сточные воды выпускались непосредственно в водоемы, на берегах которых обычно и строились предприятия, что облегчало снабжение чистой водой и сброс сточных вод.

Загрязнение водоемов этими водами воспринималось как неизбежное зло, поскольку методы очистки сточных вод не были разработаны. В эпоху феодализма и последующий период развития капитализма возросшая плотность населения и развитие промышленности привели к ухудшению санитарного состояния городов, которые буквально утопали в нечистотах. Это сильно осложнило получение в городах чистой воды.

Вопросы использования очищенных сточных вод для орошения сельскохозяйственных земель и повторного использования этих вод на технологические нужды промышленных предприятий, а также использования содержащихся в сточных водах ценных примесей в курсе «Канализация» не рассматриваются. 

Широко распространившиеся инфекционные заболевания и участившиеся эпидемии, опустошавшие Европу, вызвали необходимость строительства водопровода, а затем и канализации. Статистические данные показали, что после устройства водоснабжения и канализации заболеваемость и смертность населения значительно уменьшились. Особенно сильно снизилось число кишечных заболеваний.

Одной из важнейших положительных сторон устройства канализации (при одновременной организации надлежащего водоснабжения) является значительное улучшение санитарных условий жизни населения, а также более эффективное использование городских земельных участков, так как при устройстве централизованного водоснабжения и канализации плотность населения и этажность застройки практически не ограничиваются.

Устройство канализации в населенных местах является крайне важным фактором градостроительства, позволяющим по-новому решать вопросы планировки и застройки городов.

После длительного периода застоя в средневековье интенсивное строительство канализации началось в Европе лишь в XIX в. Наибольший объем оно получило в Англии, которая одной из первых встала на путь промышленного развития и где быстрее всего происходил рост городов. Канализационные системы, хотя и малосовершенные, имелись в Англии в 1833 г. более чем в 50 городах. Значительно позже началось строительство канализации в Германии (Гамбург — с 1843 г., Штеттин — с 1862 г., Франкфурт-на-Майне — с 1867 г., Данциг — с 1870 г., Берлин —с 1873 г. и т. д.). К 1870 г. в Германии насчитывалось более 50 крупных городов, имевших канализацию. Медленно развивалось канализование городов Франции, хотя канализозание самого Парижа было начато еще во второй половине XIV столетия. Более быстрым темпом шло строительство канализации городов США — к 1902 г. было канализовано около 1000 городов.

Строительство в городах Европы и Америки канализации, обеспечивающей лишь отведение загрязненных сточных вод и выпуск их без очистки в водоемы, очень скоро привело к резкому загрязнению последних.

Последствия этого первой ощутила Англия как в связи со значительным развитием городов, так и вследствие маловодности рек, не обеспечивающих необходимого разбавления сточных вод и самоочищения водоемов. Поэтому еще в 1861 г. в Англии был издан закон об очистке и освобождении сточных вод перед выпуском в реки от фекальных масс и гниющих веществ. Это было первым шагом к постановке в законодательном порядке вопроса об очистке сточных вод. Затем, на основании работ специальных комиссий в 1870 и 1876 гг., были установлены нормы очистки сточных вод при выпуске их в реки в зависимости от степени разбавления.

Первые известные подземные каналы для отвода сточных вод в России были устроены еще в XIV в. (Новгород, Кремль в Москве). Однако в последующем Россия отставала в темпах и объеме канализационного строительства от других стран. В середине XVIII в. в Петербурге началось широкое применение каналов, в том числе крупных C,8X3,6 м), для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и бытовые воды.

В 1832 г. протяженность водостоков Петербурга составляла уже 95 км и превышала протяженность сетей Парижа. В Москве к 1825 г. были построены крупные Самотечный и Неглинный каналы, служившие для отвода атмосферных и сточных вод от зданий. В 1829 г. было начато строительство канализации в г. Старая Русса. Затем канализация была построена и в ряде других городов: Феодосии A840 г.), Одессе и Тифлисе A874 г.), Царском Селе A880 г.), Гатчине A882 г.), Ростове-на-Дону и Киеве A893 г.), Москве, Саратове и Севастополе A910 г.), Харькове A914 г.), Нижнем Новгороде A916 г.). Уже в то время некоторые города имели достаточно совершенные очистные сооружения в виде полей орошения (Москва, Одесса, Киев).

После Великой Октябрьской социалистической революции вместе с ростом городов началось более быстрое строительство канализации. Были построены очистные станции во многих городах и поселках: Сочи, Харькове, Кисловодске, Магнитогорске, Кунцево и др., а также ряд новых станций аэрации в Москве, в том числе крупнейшие станции Курьяновская и Ново-Курьяновская пропускной способностью около 2 млн. м3/сутки и Люберецкая пропускной способностью около 1,5 млн м3/сутки. В настоящее время пропускная способность очистных станций Москвы превышает 4 млн. м3/сутки и продолжает увеличиваться.

Большое распространение получили индустриальные методы производства работ по постройке канализационных сооружений, в частности щитовая проходка при прокладке коллекторов, сборные конструкции коллекторов и сооружений. Для значительной части канализационных сооружений разработаны и применяются типовые проекты, что намного сокращает сроки и затраты труда на проектирование и обеспечивает применение наиболее совершенных методов производства работ и строительных конструкций. Возведено много сооружений для очистки отработанных производственных сточных вод от предприятий различных отраслей промышленности.

В условиях социалистического строя стало осуществимым то, что было невозможным при капитализме. Если в царской России в условиях частной собственности разрешение вопросов, связанных с канализованием городов, постоянно наталкивалось на непреодолимые препятствия, то в СССР широко применяется комплексное решение проблем благоустройства целых районов. Таковы генеральные схемы водоснабжения и канализации крупных промышленных районов: Донбасса, Криворожья, Кемерово и др. Районные схемы водоснабжения и канализации, разрабатываемые в обязательном порядке при составлении проектов планировки и реконструкции городов, дают возможность планового проведения мероприятий по защите от загрязнения почвы, воды и воздуха, оздоровления целых рек и речных бассейнов.

Водоемы нашей страны являются общенародным достоянием. Партия и правительство принимают решительные и эффективные меры по сохранению их чистоты.

Верховным Советом СССР принят закон об основах водного законодательства СССР и союзных республик. Этот важный законодательный акт призван способствовать более эффективному, научно обоснованному использованию вод для нужд населения и народного хозяйства и охране их от загрязнения, засорения и истощения. Важнейшими государственными актами, посвященными охране вод от загрязнения, явились постановления Совета Министров СССР «Об усилении государственного контроля за использованием подземных вод и мероприятиях по их охране» и «О мерах по упорядочению использования и усилению охраны водных ресурсов СССР».

Высокое качество воды в водоемах в настоящее время определяется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Положением об охране рыбных запасов и о регулировании рыболовства в водоемах СССР».

Принятый Верховным Советом СССР закон об охране окружающей среды и постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов» четко и конкретно определяют обязанности министерств, ведомств и хозяйственных учреждений по строительству необходимых сооружений и осуществлению охранных мероприятий.

Для предотвращения загрязнений водоемов сточными водами в последние годы в нашей стране ведется интенсивное строительство очистных сооружений для городов и промышленных предприятий; в стране в среднем в год строится не менее 1000 очистных сооружений.

Для обслуживания непрерывно возрастающего городского населения при повышающихся нормах водопотребления и водоотведения потребуется значительно увеличить пропускную способность городских канализаций. В связи с этим в течение ближайших лет необходимо увеличить протяженность канализационных сетей и выполнить большой объем работ по строительству очистных сооружений, обеспечивающих высокую степень очистки сточных вод. В соответствии с суммарным количеством бытовых и производственных сточных вод должна быть увеличена пропускная способность очистных сооружений. Особенно много предстоит очищать производственных сточных вод.

Большая работа в области санитарной техники, в частности в области совершенствования систем канализации и очистки сточных вод населенных пунктов и промышленных предприятий, проделана нашими учеными, инженерами, техниками и новаторами производства.

Огромная роль в развитии водопроводно-канализационного дела и его научных основ принадлежит нашим научно-исследовательским институтам и организациям (ВНИИ ВОДГЕО, Академии коммунального хозяйства им. К· Д. Памфилова, Научно-исследовательскому отделу треста Мосочиствод, Московскому научно-исследовательскому институту санитарии и гигиены им. Э. Ф. Эрисмана, МИСИ им. В. В. Куйбышева, ЛИСИ и др.), а также специализированным проектным организациям (Союзводоканалниипроекту, Гипрокоммунводоканалу, Мосводоканалниипроекту, Мосгражданпроекту и др.), ведущим научные и проектные работы по усовершенствованию существующих и разработке новых, более эффективных способов очистки сточных вод и работающим над другими проблемами водоснабжения и канализации.

Советская наука и техника достигли больших успехов в области транспортирования и очистки сточных вод. Особенно продуктивные исследования были проведены на сооружениях московской канализации. В результате работ проф. С. Н. Строганова, инж. И. Г. Поварнина, проф. К. Н. Королькова были созданы теоретические основы и метод расчета очистных сооружений и предложен новый тип установок — аэрофильтры; положено начало исследованию вопросов анаэробного распада органических веществ в осадке сточных вод. Запроектированная и построенная с учетом результатов исследований Кожуховская станция аэрации явилась школой для целого поколения советских инженеров, определивших дальнейшее направление исследований в области очистки сточных вод, а также опередивших своими работами иностранных специалистов.

В создании дисциплины «Канализация» большая заслуга принадлежит профессорам В. Е. Тимонову и В. Ф. Иванову, написавшим капитальные труды по канализации населенных пунктов.

Решениями партии и правительства поставлены грандиозные задачи по дальнейшему развитию промышленности и сельского хозяйства в нашей стране, а также по дальнейшему благоустройству городов и поселков. С ростом водопотребления на промышленные и бытовые нужды возрастет абсолютное количество сточных вод. В связи с этим своевременное удаление и очистка их, обеспечивающие оздоровление водоемов, приобретают важное значение. Все это обязывает специалистов, работающих в области благоустройства, еще шире развернуть работы по совершенствованию существующих и разработке новых высокоэффективных методов очистки сточных вод, а также индустриальных методов строительства канализационных сооружений.