Городская канализация - устройство и принцип работы
Мы просыпаемся утром, открываем кран с горячей водой, спускаем воду в туалете, даже не задумываясь, что за каждым движением стоит сложнейшая инфраструктура, работающая 24/7 ради нашего комфорта.
Городская канализация — не просто трубы под землей, это сложная, многоуровневая инфраструктура. Она обеспечивает санитарно-эпидемиологическую безопасность горожанам, поддерживает работу промышленности, способствует сохранению экологии и экономит ресурсы.
Разбираемся, как работает хозяйственно-бытовая канализация: от Вашей квартиры до глубокой очистки и повторного использования сточных вод.
Устройство и принцип работы городской канализации
Канализация представляет собой сложную систему по очистке, транспортировке и утилизации стоков, и включает четыре основных звена:
- Внутренняя сеть — трубы и стояки внутри зданий, собирающие стоки от раковин, унитазов, ванн и т.д.
- Наружная сеть — подземные трубопроводы (коллекторы) разных диаметров, по которым вода самотеком или под давлением движется к очистным сооружениям.
- Насосные станции — устанавливаются там, где рельеф не позволяет воде течь самотеком; они перекачивают стоки дальше.
- Очистные сооружения — комплекс резервуаров и фильтров, где вода проходит механическую, биологическую очистку и обеззараживание перед сбросом в водоем.
Различают общесплавную и раздельную системы. В первом случае все виды сточных вод отводятся по единой сети трубопроводов, во втором — используются отдельные сети для хозяйственно-бытовых и поверхностных стоков. Раздельная схема получила наибольшее распространение в мегаполисах, таких как Москва, поскольку позволяет более эффективно очищать разные по составу сточные воды. Однако, в исторической застройке старых городов (Махачкала) все еще используется общесплавная система.
Принцип работы городской канализации
Сбор стоков
На выходе из зданий устанавливаются смотровые колодцы, позволяющие оперативно устранять засоры. Далее стоки поступают в уличные коллекторы, затем — в районные и, наконец, в главный городской коллектор, диаметр которого может достигать 5 метров. По мере приближения к магистрали диаметр труб поэтапно увеличивается.
Транспортировка
В большинстве случаев движение сточных вод осуществляется самотеком — трубы прокладываются с необходимым уклоном в сторону пониженной части рельефа. Глубина заложения сетей зависит от климатических условий и должна быть достаточной для предохранения труб от промерзания и повреждений наземным транспортом. В тех местах, где самотечное продвижение затруднено из-за большой глубины или особенностей городской застройки, устанавливают канализационные насосные станции (КНС). Они оснащаются мощными насосами, а для защиты оборудования от крупного мусора сточные воды предварительно проходят через сороудерживающие решетки. Протяженность городских канализационных сетей в мегаполисах исчисляется тысячами километров.
Городские очистные сооружения
Ранее водоемы воспринимались как бесконечный резервуар, способный «переварить» любые отходы. Сброс неочищенных стоков создавал прямую угрозу жизни, становился источником эпидемий, гибели морских и речных обитателей. С середины XIX века началось строительство очистных сооружений. Изначально это была примитивная механическая очистка (отстаивание стоков и установка решеток), которая снижала нагрузку на водоемы, но совершенно не решала биологическую проблему. Впоследствии начали использовать биологическую очистку, когда органику расщепляли микроорганизмы, а затем и обязательное обеззараживание хлором.
Сегодня очистные сооружения городской канализации — это высокотехнологичные комплексы, в которых стоки проходят многоступенчатую обработку (механическую и биологическую очистку, и обеззараживание).
| Этап | Назначение | Тип обработки |
|---|---|---|
| Механическая очистка | Удаление крупных загрязнений | Решетки, песколовки, отстойники |
| Биологическая очистка | Разложение органических веществ | Аэротенки, биофильтры |
| Физико-химическая обработка | Удаление растворенных соединений | Коагуляция, сорбция, флотация |
| Доочистка | Осветление и обеззараживание | Фильтры, мембраны, УФ-обработка |
| Обработка осадка | Уменьшение объёма отходов | Илоуплотнители, пресс-фильтры, обезвоживание |
При использовании раздельной канализационной системы бытовые стоки поступают на очистку, а дождевые — могут сбрасываться в водоемы после предварительной очистки или без нее, что создает меньшую нагрузку на очистные сооружения. Такая система снижает риск сброса неочищенных стоков в водоемы во время паводков.
В городах с общесплавной системой весь смешанный сток поступает на очистные сооружения. Такое решение позволяет экономить на строительстве, кроме того, дождевая вода промывает трубы, препятствуя образованию осадка. Однако, во время сильных ливней система переполняется, и часть неочищенных вод может попадать в водоемы.
Виды канализации
В зависимости от происхождения сточных вод городская канализация подразделяется на несколько типов:
- Хозяйственно-бытовая канализация отводит воду из жилых домов, офисов и административных зданий — все, что сливается из унитазов, раковин, ванн, душевых. Преимущественно загрязняющие вещества – нерастворимые примеси, ПАВы, жиры, органика, патогены.
- Производственная канализация обслуживает промышленные предприятия и отводит стоки, образующиеся в технологических процессах — растворы солей, кислот и щелочей, эмульсии с маслами, промывочные воды с тяжелыми металлами, вода, используемая для охлаждения.
- Ливневая канализация собирает атмосферные осадки и воды от полива улиц.
Процесс очистки канализационных стоков
Процесс очистки канализационных стоков проходит последовательно в несколько этапов. Используется несколько видов обработки:
Механическая очистка
На этом этапе из воды извлекают мусор и нерастворимые примеси. Для этого используют:
- Решетки с разным размером ячеек. Они задерживают крупный мусор: волосы, ветки, пластик и другие предметы, которые случайно попали в канализацию.
- Песколовки. В таких установках оседают песок, битое стекло, мелкие камни. Для того, чтобы мусор быстрее оседал на дно, напор воды замедляют.
- Первичные отстойники. Тяжелые взвешенные частицы оседают на дно, а жиры и масла всплывают на поверхность и снимаются специальными скребками.
Механическая очистка удаляет до 60-70% нерастворимых загрязнений.
Биологическая очистка
На этом этапе удаляется основная масса органических загрязнений. В дело вступает активный ил, который «поедает» органику. Биологическая очистка представляет собой многоступенчатый процесс:
- Аэротенки. Представляют собой проточные сооружения, на дне которых расположены тысячи крохотных отверстий, через которые с помощью компрессоров нагнетается сжатый воздух. Благодаря такой аэрации происходит перемешивание активного ила со сточной водой. Кроме того, воздух поддерживает жизнь самих микроорганизмов. Процесс повторяет естественное самоочищение в природных водоемах, но протекает значительно быстрее.
- Вторичные отстойники. Смесь очищенной воды и активного ила поступает во вторичные отстойники, где ил отделяется и возвращается в технологический цикл.
После биологической очистки содержание органических веществ в воде снижается на 90-95%.
Обеззараживание
Последний этап очистки канализационных стоков — удаление бактерий и патогенов. Для этого используют ультрафиолетовое обеззараживание или хлорирование.
После контроля качества воду возвращают в водоем (например, в столице воду сбрасывают в Москва-реку) или используют повторно в технических целях. В среднем все этапы очистки занимают около 28 часов.
Что происходит с канализационными отходами
В процессе очистки на всех этапах образуется осадок — мусор с решеток, песок, избыточный активный ил.
Мусор с решеток не перерабатывается, потому что он слишком грязный и смешанный. Его прессуют и вывозят на полигоны для захоронения либо сжигают на мусоросжигательных заводах. Поэтому важно не бросать в унитаз ничего, кроме туалетной бумаги.
Песок из песколовок обезвоживают, промывают и удаляют органические примеси. После очистки его можно использовать как строительный материал.
Отработанный активный ил — это самый объемный и опасный отход. Его нельзя просто выбросить, потому что он содержит патогены, яйца гельминтов и тяжелые металлы. Поэтому он проходит многоступенчатую переработку:
- Сгущение в специальных резервуарах, чтобы удалить лишнюю воду.
- Сбраживание в метантенках. В процессе выделяется смесь метана и углекислого газа, которая используется для собственных нужд станции.
- Обезвоживание в центрифугах и в фильтр-прессах.
Получается плотная, темная масса, напоминающая мокрый грунт или торф. Обезвоженный осадок, в зависимости от его состава и региона, используется в сельском хозяйстве или строительстве, либо смешивается с цементом для последующего захоронения на полигоне.
Таким образом, современная городская канализация представляет собой полноценный перерабатывающий комплекс.
Что нельзя смывать в канализацию
Бытовая канализация должна использоваться по своему прямому назначению — для смыва воды, естественных бытовых стоков и туалетной бумаги.
Одна из главных причин серьезных засоров и аварий — попадание в канализацию посторонних предметов:
- Средства гигиены (влажные салфетки, ватные палочки и диски, памперсы, предметы женской гигиены).
- Пищевые отходы и кухонный мусор (остатки еды, чайная заварка, кофейная гуща, масла, овощные очистки).
- Строительные и бытовые отходы (наполнители для кошачьих туалетов, шерсть животных, волосы, окурки, ветошь).
- Опасные отходы: лекарства, осколки ртутных градусников, батарейки, легковоспламеняющиеся жидкости.
Соблюдение этих правил — залог бесперебойной работы всей системы канализации.