Водоотведение населенного пункта

Исходные данные:

1. Общие сведения о городе.
1. Расположен в Челябинской области
2. Грунты-супеси.
3. Грунтовые воды на глубине 6,0 м.
2. Степень благоустройства города

     Район 1-застройка зданиями, оборудованными  внутренним водопроводом, канализацией  без ванн

     Район 2-застройка зданиями, оборудованными  внутренним водопроводом, канализацией  и системами централизованного  горячего водоснабжения.

d1=440 чел/га

d2=560 чел/га

3. Здания общественного назначения:

  3.1. Больница.

  3.2. Институт.

  3.3. Общежитие

   Промышленное предприятие: Маслозавод

   Производительность: 1смена-т

                                     2смена-т

                                     Число рабочих: 1смена

                                      2смена-                           

 

     Расход воды на одну душевую  сетку 500 л за 45 мин.

     Количество душевых сеток принимаем  в зависимости от количества  работающих в максимальную смену.

 

1. Выбор системы и схемы канализации. Поквартальная трассировка сети

    Система канализации - это назначение  канализационной сети и очистных  сооружений, в зависимости от  состава, поступающих в эту  систему сточных вод.

1. общественная - все сточные воды идут на очистные сооружения;
2. полнораздельная система;
3. неполная раздельная система;
4. полураздельная система;
5. комбинированная система.

    Схема  канализации - это начертание  сети в плане города.

1. перпендикулярная (дождевая);
2. перпендикулярно-пересеченная;
3. параллельная;
4. зонная;
5. радикальная.

 

2. Выбор норм водоотведения и  коэффициентов неравномерности

    Норма водоотведения бытовых  сточных вод - это среднее количество  сточных вод в л/сут, приходящихся  на 1 жителя.

    Нормы  водоотведения выбираются по  СНиП в зависимости от географического  положения.

1. Для населения  города (по таб.2.1 [1])

Район1 - q_um= 130 л/с на 1человека

Район2 - q_um=240л/с на 1человека

2. Для коммунальных предприятий принимаем в соответствии с таб.5.1 [1].

Больница   q^tot=250 л/ сут на 1 койку, k_h=2,5

Школа        q^tot=20 л/учащегося, k_h=2,0

Общежитие q^tot=140л/жителя , k_h=1,5

    На  Маслозаводе удельный расход на единицу продукции

(по заданию)

q_p= 5 м³, k_h=1,7

 Норма водоотведения для бытовых стоков [1]

q_w = 25 л/см на чел., k_h=3,0

    Душевые  стоки  q_sh=500 л/ч на 1 сетку

    По  табл.2,5 [1] принимаем в максимальную  смену пользуются душем 500 человек.

n_sh=60+180+260=55 сеток

       5      7     15

3. Расчет площади стока, числа  жителей и среднесекундного расхода  с квартала

    Число  жителей определяется по формуле:

Nr=d*F, чел   (3.1)

где F-площадь  квартала в жилой застройке, га

      d-плотность населения, чел/га

    Средне  секундный расход с квартала:

q_mid=q_o*F,  л/с   (3.2)

где q_o- модуль стока

q_o= q_um* d/86400, л/с*га   (3.3)

      Расчет величин сведен в таблицу  приложения1.

      Проверка правильности подсчетов  среднесекундных расходов сводится  в таб. приложения 2.

      Проверка правильности подсчетов:

q_r=q_{h max}/3,6

q_{h max}=q_d/2,4

 

4.Определение расчетных расходов

   Расчетные  расходы

1.Среднесуточный q_d, м³/с

2.Максимально-часовой  q_{h max}, л/с

3.Максимально-секундный  q_r, л/с

4.Среднесекундный  q_mid , л/с

 

4.1 Расходы от населения города

 

  Таблица  1. Расход от населения.

Наименование расходов	Ед. изм	Район 1	Район 2	Всего от Населения Kgen.max=1,54
		17142  чел qum=195л/с на чел. Kgen.max=1,78	87113 чел qum=195л/с на чел. Kgen.max=1,5
qd=qum*Nr/1000 qmid=qum*Nr/(24*3600) qh max=qum*Nr*Kgen.max             24*1000 qr=qum*Nr*Kgen.max            24*3600	м3/сут л/с   л/с   л/с	3342,69 38,69   247,92   68,87	25262,77 292,39   1578,92   438,59	28605,46 331,08   1835,52   509,86

 

4.2 Расход от промышленного предприятия

     Расчетный расход складывается  из производственных, хозяйственно-бытовых  и душевых сточных вод. Максимально  часовой расход   (q_{h max}) и максимально секундный (q_r) определены по максимальной смене. Расчеты сведены в таблицу приложения 3.

 

4.3 Расчетные расходы от коммунальных  предприятий

    При  определении расчетных расходов  по населенному пункту расходы  от коммунальных предприятий  не учитываются, так как они  учтены при подсчете расходов  от населения.

    Расходы  от коммунальных предприятий  определяются для проверки пропускной  способности участка сети к  которой они подключаются.

    Расходы  на рассчитываемом участке определяются, как сумма расчетного расхода  и расхода от коммунального  предприятия. Накопление допускается  принимать на 0,1 H/d больше нормативов  для подобранного диаметра трубопровода.

                  q_d=q_u^tot*P/1000       ,м³/сут   (4.1)

                              q_{h max}= q_u^tot*P/(t*1000)*k_h       ,м³/ч             (4.2)

                               q_r= q_{h max}/3,6 ,  л/с                                        (4.3)                

 

Таблица 2. Расчетные расходы от коммунальных предприятий.

№ п/п	Наиме-нование предприятий	Кол-во чел.	qutot, л/с на чел.	t, ч	Kh	qd, м3/сут	qh max, м3/ч	qr, л/с
1	Больница	800	200	24	1,5	160	10	2,78
2	Школа	670	11,5	6	2	7,7	2,6	0,71
3	Баня	850	180	14	1	153	10,9	3,04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Суммарные  расходы сточных вод от населенного  пункта.

№ п/п	Наименование  расходов	Един. измер.	От населения Kgen.max=1,54	От комбината льняных тканей t=24 ч	Всего по насел. пункту
1 2   3   4	Среднесуточный qd Среднесуточный qmid= qd*1000/ t Максимально-часовой qh max= qd* Kgen.max / t Максимально-секундный  (расчетный) qr= qmid* Kgen.max	м3/сут л/с   м3/ч     л/с	28605,46 28605,46*1000 = 24*3600    =331,08 28605,46*1,54= 24 =1835,52   331,08*1,54= =509,86	1336,25 1336,25*1000= 24*3600 =15,47     =121,48     =36,29	29941,71     346,55     1957     546,15

 

5. Определение расчетных расходов  на расчетных участках

   Расчетный  расход на расчетном участке  определяется по формуле:

q_r=q_l+q_s+q_t+q_{c max}, л/с    (5.1)

где q_l –путевой расход, расход с квартала расположенного по пути участка.

       q_s -боковой расход, расход от присоединения боковых коллекторов.

       q_t -транзитный расход, расход поступающий с вышележащих участков.

       q_cmax -сосредоточенный расход, расход от крупных водопотребителей, промышленных предприятий.  

    Расчет  главного коллектора начинается  от диктующей точки, наиболее  удаленной от очистных сооружений  и расположенной на наиболее  низких отметках точки.

   Определение  расчетных расходов дано в  таблице приложения 4.

 

6. Гидравлический расчет сети

  

   Гидравлический  расчет самотечной канализационной  сети заключается в подборе  наименьших диаметров труб расчетных  участках для пропуска расчетных  расходов с учетом допустимых  скоростей, наполнений и уклонов.

 

 

6.1 Основные формулы гидравлического  расчета

1. Формула неразрывности струи:

q=ω*V   (6.1)

где q -расчетный  расход, м³/с

      ω -площадь живого сечения потока, м²

      V -скорость движения воды, м/с

2. Формула Шизи для определения скорости движения воды:

V=C    Ri   ,м/с      (6.2)

Где R-гидравлический радиус, м

       i-гидравлический уклон, принимаемый  при самотечном движении воды  равным уклону трубы

       C -коэффициент Шизи

3. Формула Павловского Н.Н. для определения коэффициента Шизи:

C=R^y/n   (6.3)

где y=2,5*n^1/2-0,13-0,75*R*(n^1/2-0,1)

при R<1, y=15n^1/2

n-коэффициент  шероховатости принимаемый для  самотечных коллекторов круглого  сечения 0,014; для напорных трубопроводов  круглого сечения 0,013

4. Формула Дарси для расчета гидравлических уклонов самотечных трубопроводов.

i=λV²/8Rg   (6.4)

где g-ускорение  свободного падения, м/с²

λ-коэффициент  сопротивления трения по длине (определяется по формуле Федорова, формула учитывает  различную степень турбулентности потока)

1/λ=-2lg(Δ/13,68R+a₂/R_e)   (6.5)

где Δ -эквивалентная  шероховатость,

a₂-коэффициент, учитывающий шероховатость,

R_e- число Рейнольдса.

R_e=ν4 R /γ   (6.6)

 

γ –кинематический  коэффициент вязкости.

  Гидравлический расчет самотечной  канализационной сети производится  в соответствии с требованиями  СНиП 2.04.03-85, в расчете самотечных  коллекторов используются таблицы  гидравлического расчета, таблицы  Лукиных, таблицы Федорова.

Для уличной  сети минимальный d=200, для внутриквартальной d=150. В случаи, когда расход на участке  представляет собой малую величину и требования по скорости не выполняются , участки считаются безрасчетными.

Для безрасчетных участков: наименьшие уклоны принимаются  для d=150 i=0,008, для d=200 i=0,007. На отдельных  участках d=150 i=0,007, для d=200 i=0,005.

 Наибольшая  скорость для металлических труб 8-4 м/с, для неметаллических 4м/с.

6.2 Определение начальной  глубины заложения сети

Начальная глубина заложения канализационной  сети определяется возможностью присоединения  канализуемых объектов с учетом глубины  промерзания грунта и воздействия  динамических и статических нагрузок. В соответствии со СниПом:

H_f=H_r+i*l+Δ+z_f-z_r, м   (6.7)

H_r-глубина заложения наиболее удаленного колодца дворовой сети, м

H_г=H_пр-0,3   (6.8)

 

     H_пр- глубина промерзания (опеделяется по климатографическому справочнику);

l-длина  дворовой сети от наиболее  удаленного колодца;

i-уклон  дворовой сети;

z_f-отметка земли у первого уличного колодца;

z_r-отметка земли у наиболее удаленного колодца дворовой сети;

Δ- разница между диаметрами труб дворовой и уличной сети.

Δ=d_f-d_r=200-150=50мм=0,05м

H_f=1,7-0,3=1,4 м

Главный коллектор

H_f=1,4+1,76+0,05+(314-313,9)=3,31 м

1 Коллектор

H_f=1,4+2,45+0,05+(314-314)=3,9 м

2 Коллектор

H_f=1,4+1,05+0,05+(307,2-307,6)=2,1 м

Результаты  гидравлического расчета сети сведены  в таблицу приложения 5.

1. Расчет главной насосной станции
1. Заполняется таблица притока сточных вод на насосную станцию.

Расчеты сводятся в таблицу приложения 6.

2. СНиП [1] рекомендует принимать количество  напорных водоводов не менее  двух, с устройством в случае  необходимости между ними переключений. Диаметр напорных водоводов определяется  по таблицам для расчета напорных  канализационных труб [6] с учетом  экономических скоростей.

Vэ=0,7-0,9 –для  труб d≤400 мм

Vэ=0,9-1,4 –для  труб d>400 мм

Длина напорных водоводов l=1400 м

q_max^α=1878,935 м3/ч

q_max^c=1878,935/3,6=521,926

 

Так как  два водовода, то q_вод¹=260,96 л/с но в случае аварии q_вод^ав=521,926 л/с

q_вод¹=260,96 л/с                           q_вод^ав=521,926 л/с                 

       D=600 мм                                    D=600 мм

       V= 0,93 м/с                                  V=1,95 м/с

        i=0,00198                                     i=0,0082

3. Определение требуемого напора насосов.

Нтр=Нгеод+∑h, м   (7.1)

где Нгеод-геодезическая  высота подъема сточных вод, равная разности отметок уровня воды в приемной камере очестных сооружений и дна  приемного резервуара.

Нгеод=300,1-292,27=7,83 м

∑h=hл+hм+hнс+hв,   (7.2)

-потери  напора

hл-линейные потери

hл=i*l, м   (7.3)

 

hм-местные потери

hм=(10-15)% hл,м   (7.4)

 

hнс-потери внутри насосной станции

hнс=2-2,5м

hв-потери в водомере

hв=3м

Нтр=7,83+0,00198*1400+0,15*0,00198*1400+2,5+3=16,52 м

4. По катологу  насосов подбираем насосы, согласно  ранее  определеным расчетным  параметрам  q_max^α и Нтр.

q_max^α =878,935/2=939,4675 м³/ч

Нтр=16,52 м

    Принимаем  2 насоса марки СД 800/32б, два  рабочих и два резервных.

5. Построение  совмещенного графика работы  насосов и водоводов.

Построение  характеристик водоводов.

Сопротивление одного водовода

S₁=∑h₁/ (q_вод¹)²=8,69/(0,26096)²=127,61   с²/м²   

Сопротивление системы двух водоводов

S₂=∑h/ (q_сис)²=8,69/(0,521926)²=31,90   с²/м²

     При произвольно выбранных значениях  q (м³/с) напора шкалы графика определяются потери напора в одном водоводе и всистеме.

Результаты  сводятся в таблицу 4. По результатам  строятся характеристики водоводов. Потери напора откладываются от Нгеод. По данным совмещенного графика работы насосов  и водоводов проводится анализ режима работы насосов.

 

 

 

	Q, м3/с	Н, м
I н в1 в	965	17,2
I н в 2 в	1120	11
II н в 1в	1200	22,5
II н в 2 в	1950	16

 

     Так как насосы не обеспечивают  необходимую подачу при аварии  на одном из водоводов, то  необходимо предусмотреть включение  резервных насосов и устройство  переключения между ними. Число  переключений определяется подбором.

Сопротивление системы при аварии на одном из водоводов определяется по формуле:

S_ав=∑h_ав/(q_сис)²   (7/5)

Принимаем  одну камеру переключения.

∑h_ав=i*l/2+i_ав*l/2+0,15i*l+2,5+3=0,00198*1400/2+0,0082*1400/2+0,15**0,00198*1400+2,5+3=13,05 м

S_ав=13,05/(0,521926)²=47,91

Строим графическую  характеристику системы при аварии и определяем Q_ав и Н_ав.

Расчеты по определению потерь напора при  аварийном режиме сводятся в таблицу 4.

Таблица 4.

Расчетный расход, q, м3/с		Для 1 водовода					Для системы		Для системы при аварии
		S1			∑h=S1*q2		S	∑h=S*q2	S	∑hав=Sав*q2
0					0			0		0
0,025					0,08			0,02		0,03
0,05					0,319			0,08		0,12
0,075		127,61			0,72		31,90	0,179	47,91	0,269
0,1					1,276			0,319		0,4791
0,125					1,994			0,498		0,749
0,15					2,871			0,718		1,078
0,175					3,908			0,977		1,488
0,2					5,104			1,276		1,917
0,225					6,480			1,615		2,425
0,25					7,976			1,994		2,994
0,275					9,651			2,4124		3,623

8. Расчет дождевой канализации

1. Трассировка дождевой сети.

Основные  рекомендации:

1. Уклоны трубопроводов принимаются близкими к уклону местности с учетом допустимых скоростей.

Vmin≤Vr≤Vmax

Vmin – по таблице 16 СниПа, в зависимости от диаметра.

Vmax =7 м/с – для неметаллических труб

Vmax=10 м/с – для металлических труб

2. Наполнение принимают равным 1.
3. Наименьшие диаметры дождевой сети принимаются:

Dmin=250мм - для уличной сети

Dmin=200 мм - для внутриквартальной сети

4. Уклон соединительной ветки i=0,02
5. Минимальная глубина заложения начального колодца дождевого коллектора определяется по формуле:

Нл=Ндожд+i*l+∆d+∆z, м   (8.5)

где Ндожд  – глубина дождеприемника, принимаемая  по типовому проекту.

Для средней  полосы принимаем Ндожд=1,44 м

1. уклон соединительной ветки, i=0,02

l- длина соединительной ветки прнимается равной половине ширины проезжей части, но может быть меньше или больше.

∆d – разница диаметров коллектора и соединительной ветки, м

∆d=D-d, м

∆z- превышение мостовой по оси над дном лотка.

∆z=z₁-z₂, м

       ∆z=0,12 м

1) Расчетный  расход дождевых сточных вод  определяется по формуле.

q_cal=β*q_r, м   (8.1)

где β-коэффициент, учитывающии заполнение свободной емкости сети в момент возникновения напорного режима и определяемый по таблице 11 [1].

β=0,65

q_r- расход дождевых сточных вод.

q_r=z_mid*A^1,2*F/t_r^1,2n-0,1   (8.2)

где z_mid- среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока.

z_mid=(a*z΄_част+б*z΄΄_част+в*z΄΄΄_част+…)/(а+б+в+…)   (8.3)

 

z_част-частные значения коэффициентов стока, принимаются по таблице 2 [8].

а,б,в…-площади  стока, %

А,n-параметры,

t_r-расчетная продолжительность дождя, равная прдолжительности протекания поверхностных вод по поверхности и трубам расчетного участка, мм

2) Определение  параметра А.

А=q₂₀*20ⁿ*(1+lgP/lgm_r),   (8.4)

где q₂₀-интенсивность дождя для данной местности продолжительностью 20 мин. при Р=1 год, определяемая по чертежу 1 [1].

      n-показатель степени, определяемый потаб. 4 [1].

      m_r-среднее количество дождей за 1 год, принимаемое по таб. 4 [1].

Р – период однократного превышения расчетной  интенсивности дождя, принимаемый  по п. 2.13 [1].

ν – показатель степени, принимаемый по табл. 4 [1].

 

q₂₀=80 л/с*га

n=0,71

mr=150

ν=1,54

P=1 год

A= 80*20^0,71 *(1+lg 1/lg150)^1,54=671

3) Определение  времени поверхностной концентрации  в соответствии с п. 2.16 [1].

tcon=8 мин

4) Определение  времени протекания дождевых  вод по потокам, оно равно  1-2 мин. Так как длина лотка  в данном расчете неизвестна  принимаем tcan=2 мин

5) Определение  места установки первого дождеприемника. Используем формулу:

l_con=q_л(t_con+t_can)^1,2-0,1*10⁴/z_mid*л^1,2*(В_кв+В_ул/2)   (8.5)

где q_л- пропускная способность лотка, определяемая по табл.10 [8].

В_кв- ширина квартала, м

В_ул- ширина улицы, м

В_кв= 200м

В_ул= 20м

А=671

z_mid=(0,273*60+0,224*5+0,145*5+0,125*5+0,09*10+0,64*10+0,038*5)/100=0,21

Находим уклон уличного лотка i_can=(306-304,6)/220=0,006

По табл.10 [8], с шириной мостовой 12 м, находим  пропускную способность лотка для  i=0,006

q_л=99,99  л/с

V=0,72  м/с

lcan=99,99*(8+2)^1,2*0,71-0,1*10⁴/0,21*671^1,2*(200+20/2)=52 м

6. Определяем время прбега воды по уличному колодцу по формуле:

t_can=0,021*l_can/V_can, мин   (8.6)

t_can=0,021*52/0,72=2  мин

7. Время пробега от самой дальней точки квартала до первого колодца дождевого коллектора по формуле:

Твыш=tcon+tcan= 8+2=10  мин

8. Гидравлический рассчет сводим в таблицу приложения 7.
9. Определяем площади бассейна стока по участкам

Fрас=Fсоб+Fвыш+Fбок   (8.7)

10. Определяем предельную скорость, по таб.13 [8].
11. Гидравличчческий расчет заключается в том, чтобы ориентируясь на уклон местности, подобрать такие диаметры труб и уклоны, при которых пропускная способность их при полном наполнении соответствует расчетным расходам. Допускается отклонение ±5-10%.
12. Определяем глубину заложения коллектора в колодце 1.