Режим течения сточных вод в наружной канализационной сети 06.10.2018 – Расположен в: СЕПТИКИ

Сточная жидкость, транспортируемая по канализационным сетям, является полидисперсной системой с большим количеством плотных и жидких нерастворимых примесей.

Масса нерастворимых примесей, транспортируемых по бытовым канализационным сетям, составляет около 0,065 кг на одного жителя в сутки по сухому веществу. При сплаве по канализационной сети измельченных бытовых отбросов она возрастает примерно до 0,1 кг на одного жителя в сутки. При .малых скоростях течения нерастворимые примеси могут выпадать в трубах в виде осадка, что приводит к уменьшению пропускной способности, засорению, а иногда и к полной закупорке труб, а устранение засорения и закупорки связано со значительными трудностями.

В нормально работающей канализационной сети нерастворимые примеси, содержащиеся в сточных водах, должны непрерывно транспортироваться потоком воды.
Чтобы избежать засорения канализационной сети осадками, необходимо знать: а) режим движения сточной жидкости; б) критические или, как их называют в практике расчета канализационных сетей, самоочи- щающие скорости течения; в) транспортирующую способность потока сточных вод.

Изучением явлений, связанных с транспортированием сточной жидкостью взвешенных веществ и с режимом движения сточной жидкости в канализационной сети, занимались профессора А. Я- Милович, Б. О. Ботук, Н. Ф. Федоров, С. В. Яковлев, инж. А. В. Грицук, кандидаты технических наук А. А. Карпинский, Н. А. Масленников, С. К- Колобанов и др., а также зарубежные ученые.

Многочисленные исследования показали, что в канализационной сети хорошо транспортируются органические нерастворимые вещества и плохо — нерастворимые минеральные примеси, главным образом песок, который при неблагоприятных гидравлических условиях выпадает в осадок.

Рис. 3 3. Фракционный состав отложений (а) и схема непрерывного передвижения их
в канализационной сети (б)
1 — бытовой, 2 — дождевой, 3 — общеснлавной

В осадках, выпавших в канализационной сети, содержится от 3 до 8% по объему органических веществ, в основном крупностью более 1 мм, и от 92 до 97% минеральных веществ крупностью в среднем около 1 мм, в том числе до 75% веществ крупностью менее 0,5 мм. Больше всего в осадке содержится песка; по данным различных исследований, количество его составляет от 70 до 90%• Плотность уплотненного осадка бытовых канализационных сетей составляет в среднем 1,6 т/м3, а неуплотненного (с учетом пористости) — 1,4 т/м3.

Фракционный состав осадка в разных системах канализации, по исследованиям проф. Н. Ф. Федорова, сильно не различается (рис. 3.3, а). На крупность фракций и состав осевшего в коллекторах осадка оказывает влияние скорость потока жидкости.

Опыт эксплуатации действующих канализационных сетей подтверждает, что все существующие коллекторы по транспортирующей способности можно разбить на три группы (соответствующие трем состояниям потока), в которых: 1) обеспечивается необходимая скорость и никогда не наблюдается выпадения осадков; прочистка таких коллекторов не требуется; 2) наблюдается волнообразное передвижение песка; прочистка таких коллекторов также не требуется (рис. 3.3,6); 3) гидравлические уклоны малы и транспортирующая способность потока недостаточна; осадки в таких коллекторах выпадают сплошным мощным и уплотненным слоем.

Вследствие образования в трубах нового ложа из осадков гидравлические сопротивления возрастают и достигают значений, равных сопротивлению при течении жидкости по земляному руслу. Эксплуатация таких коллекторов возможна только при их регулярной прочистке.
Потери энергии (напора) йтр при движении жидкостей по трубам и каналам могут быть выражены уравнением
hjp ~ bvmt (3.5)
где Ъ— коэффициент, учитывающий влияние размеров трубы, шероховатость ее стенок и вид жидкости; т— показатель степени, учитывающий влияние скорости движения жидкости; при ламинарном движении т= 1, при турбулентном т= 1,75… 2.
Характеристикой режима потока служит безразмерное число Рейнольдса Re, которое для круглых труб при полном заполнении может быть выражено формулой
(3.6)
Re = vd/v — у-4 R/v,
где v— средняя скорость движения жидкости; d— диаметр труб;
V— кинематический коэффициент вязкости жидкости.
Исследованиями движения чистой воды установлено, что при Re< <2320 режим движения будет ламинарным, а при Re>2320 — турбулентным.

Движение жидкости в канализационной сети происходит в турбулентном режиме. При этом режиме непосредственно у стенки трубы возникает очень тонкий слой воды 6Л с ламинарным движением.
При малых величинах Re слой бл больше высоты выступов шероховатой стенки Дэ (см. рис. 3.2,в).

С увеличением средней скорости потока уменьшается величина бл, выступы на стенах труб обнажаются и трубы становятся гидравлически шероховатыми, что ведет к увеличению коэффициента сопротивления движению. Таким образом, в зависимости от скорости течения трубы могут работать в гладкой и шероховатой зонах, а также в переходной области между ними.

Основными гидравлическими характеристиками потока жидкости являются: расход Q, средняя скорость потока и, площадь живого сечения потока ш, гидравлический радиус R, гидравлический уклон /, коэффициент шероховатости стенок трубы п.
Движение сточных вод на отдельных участках канализационной сети может быть равномерным и неравномерным.

Равномерным называется такое движение, при котором средняя скорость потока по длине русла не изменяется. Оно может быть только: 1) при постоянстве расхода (д=const), площади живого сечения потока (to —const), гидравлического уклона, равного уклону дна русла при безнапорном движении (/—t = const), или давления (p==const) в начальной точке при напорном потоке (рис. 3.4); 2) при однотипной шероховатости смоченной поверхности русла по его длине и в поперечном сечении; 3) при отсутствии местных сопротивлений.
Неравномерным движением называется такое, при котором в разных по площади живых сечениях русла средняя скорость потока неодинакова.
На рис. 3.5 показана неравномерность движения сточных вод в сети по замерам канд. техн. наук С. К. Колобанова.

Фактические скорости движения воды в сети резко изменялись вследствие местных сопротивлений, создавались подпоры, что способствовало выпадению осадков. Неравномерность движения жидкости в сети осложняется тем, что поступление сточных вод не остается постоянным, а изменяется по часам

Рис. 3.5 Гидравлический режим течения жидкости в канализационной сети

а— график средних скоростей при разных расходах: 1 — <7=34 л/с; 2 —<7 =23,4 л/с; 3 — <7=17,7 л/с; 4 — <7 = И д/с; 5—<7=5,5 л/с; 6 — расчетная скорость по формуле (3 14) при <7=34 л/с; 7 — то же, при <7=Э,5 л/с, б — продольный профиль канализационной трубы; 1 — уровеь воды, определенный по формуле равномерного движения при <7=25,4 л/с; 2 — уруовень свободной поверхности при <7=25,4 л/с;
3—верх трубы; 4 — лоток трубы.
суток и увеличивается от боковых присоединений сети. Все это позволяет считать, что движение жидкости в канализационной сети не только неравномерное, но и неустановившееся.
Неустановившийся режим движения сточных вод проявляется более резко в трубах малого диаметра. В коллекторах большого диаметра мелкие попутные присоединения, несущие малые расходы сточных вод, не оказывают влияния на режим потока.
Вследствие сложности расчета канализационной сети по формулам неравномерного движения, из-за неоднородности состава и неравномерности режима поступления сточных вод в сеть, гидравлический ее расчет производят по универсальным формулам равномерного движения в шероховатой, гладкой и переходной областях турбулентного режима.