В наш час важко собі уявити, як би виглядали наші великі міста, якщо б стічні води цих міст не відводилися через каналізаційну систему. Та минуло всього менше ста років з того часу, коли від пристрою каналізаційних колекторів перейшли (в першу чергу у великих містах) до каналізаційного будівництва, що зіграло величезну роль у поліпшенні санітарного стану міст. Без розвитку каналізаційних систем облаштування туалетів всередині житлових будинків було б просто неможливо.
Уявіть собі на хвилину наші будинки заввишки в 20 поверхів і більше, на задніх дворах яких (тепер вже відсутніх) розташовувалися б вбиральні вигрібного або виносного типу.
Отже, у наш час облаштування каналізації є однією з найважливіших передумов містобудування. Але навіть тепер, коли у всіх наших великих містах вже протягом багатьох десятиліть існують каналізаційні системи, не слід вважати, що розвиток в цій області припинився і що залишається лише підтримувати ці споруди в справному стані.
Це далеко не так: по-перше, при реконструкції наших міських центрів і забудову нових житлових районів потрібне підключення будинків до існуючої каналізаційної мережі та її подальше розширення, а по-друге, внаслідок зростаючого витрати стічних вод споруди для їх очищення слід постійно удосконалювати і розширювати.
Тому будівництво каналізаційних споруд для очищення і відведення стічних вод є невід’ємною складовою частиною інженерних робіт з прокладання підземних комунікацій, таких же необхідних, як будівництво житлових будинків та багатьох інших наземних об’єктів. Водогосподарські органи повинні працювати в тісній співпраці з органами, які займаються питаннями міського благоустрою, щоб на основі перспективного плану визначити завдання майбутнього будівництва та підготувати їх виконання.
Доцільно простежити весь шлях, що проробляється стічними водами від місця їхнього утворення до скидання у водойми. У кожному будинку, на кожному виробничому підприємстві, в громадських установах у результаті споживання питної та технічної води утворюються побутові чи виробничі стічні води. Зазвичай внутрішні каналізаційні системи підключаються до вуличного каналізаційного колектору, за винятком особливих випадків, коли, незважаючи на наявність комунальної каналізації, проводиться очищення стічних вод в індивідуальних очисних установках присадибних ділянок з подальшим відведенням стічних вод у водойму.
Оскільки для відводу стічних вод завжди передбачається ухил, то підключення санітарно-технічного обладнання будинків до мережі комунальної каналізації легко здійсненно. Однак у великих містах нерідкі випадки, коли окремі приміщення, розташовані нижче рівня землі, тимчасово або постійно не мають вільного стоку. Це буває в тих випадках, коли випуск, що знаходиться в підвальному приміщенні будівлі, розташований нижче рівня, на якому знаходиться вуличний каналізаційний колектор. При незначному наповненні колектора вільний сток стічних вод від підвального приміщення виявляється ще можливим.
У разі ж інтенсивного наповнення колектора, що буває, наприклад, під час сильного дощу, в мережі виникає підпір, що призводить до затоплення підвального приміщення зворотним струмом води. При відсутності вільного стоку слід передбачати насосну установку, що забезпечує підйом води до рівня, на якому знаходиться вода у вуличному каналізаційному колекторі.
При виникненні в мережі тимчасового підпору досить встановити зворотний клапан, який у разі максимального наповнення вуличного колектора завжди захистить глибоко розташоване підвальне приміщення від затоплення. При наявності таких зворотних клапанів стічні води можуть стікати тільки в одному напрямку. Зрозуміло, повністю покладатися на такі клапани при тривалому підпорі не можна, так як можливе скупчення твердих частинок, які можуть порушити герметичність клапана.
Тому, відповідно до стандарту TGL 10698, для захисту глибоко розташованих приміщень від затоплення в разі утворення підпору в мережі на трубопроводі додатково встановлюється ще засувка, що обслуговується вручну. Ця засувка завжди знаходиться в закритому положенні і відкривається лише для випуску стічних вод у колектор. Таким чином, навіть у разі виходу з ладу зворотного клапана не відбувається затоплення підвального приміщення.
Розглянемо ще інший випадок, коли відведення стічних вод з підвального приміщення можна здійснити лише шляхом їх штучного підйому. Домогтися підйому стічних вод можна або за допомогою насосів, або шляхом застосування пневматичних пристроїв. Оскільки звичайні відцентрові насоси малої продуктивності, потрібні у даному випадку, часто засмічуються, слід застосовувати насоси спеціальної конструкції, що працюють в автоматичному режимі.
Для цієї мети використовують насоси, пристосовані для перекачування рідини з відходами (дренажні і фекальні насоси), або вживають заходів, що запобігають потраплянню засмічуючих матеріалів у насоси. В останньому випадку матеріали відкладаються на ситі встановленого перед насосом напірного резервуара і шляхом автоматичного перемикання насоса подаються разом з потоком стічної води в напірний трубопровід.
За таким же принципом діють і пневматичні пристрої для підйому води. У цьому випадку підйом стічних вод відбувається не за рахунок великої потужності насоса, а за рахунок тиску, виробленого на закритий збірний резервуар стисненим повітрям від компресора.
Виробничі підприємства, підключені до каналізаційної мережі, повинні в окремих випадках попередньо очищати стічні води до відведення їх у каналізацію. При цьому слід видаляти зі стічних вод речовини, які становлять небезпеку для працівників, які обслуговують каналізаційні системи, а також речовини, які можуть викликати пошкодження каналізаційної мережі і підключених до неї очисних споруд.
До таких речовин належить, наприклад, бензин, пари якого, заповнюючи каналізаційну систему, можуть призвести до вибуху. Тому на бензозаправних станціях, у гаражах, на установках для миття автомашин і т. п, необхідно передбачати бензовловлювачі, за допомогою яких із стічних вод видаляються всі вибухонебезпечні речовини. У принципі це тіж відстійники, з тією лише різницею що в даному випадку видаляються речовини, що легше води, спливають на поверхню, звідки їх періодично видаляють.
Аналогічним способом влаштовані і жировловлювачі, що встановлюються наприклад, на бойнях. Жир, що міститься в стічних водах, що відводяться від боєнь, відкладаючись на стінках трубопроводів, заважає протоку стічних вод в каналізаційній системі і ускладнює роботу очисних споруд. Є ще ряд речовин, спуск яких у каналізацію заборонений або обмежений.
Ми не будемо перераховувати тут всі ці речовини. Нагадаємо лише про те, що завданням каналізації є негайний відвід з міської території всіх рідких і нерозчинних забруднень, що знаходяться в стічних водах. Це завдання вважалася б невиконаним, якби каналізаційна система призначалася лише для відведення побутових стічних вод і виключала при цьому видалення виробничих стоків. Тому скидання окремих видів стічних вод обмежується лише в тому випадку, коли небезпека для каналізації такого стоку безперечна.
Стічні води будівель і ділянок потрапляють або в систему, що передбачає роздільний прийом виробничо-побутових і атмосферних стічних вод, або в колектор каналізації, приймає обидва види стічних вод. У великих містах каналізаційні споруди експлуатуються вже протягом багатьох десятків років, і тому говорити про вибір будь-якої системи відводу стічних вод в даний час не доводиться. Це справедливо також і в тих випадках, коли при реконструкції та розширення території забудови потрібно укладання нових систем трубопроводів.
Оскільки ці системи підключаються до існуючої каналізаційної мережі і не утворюють абсолютно нової системи, то вони повинні працювати за прийнятим вже принципом загальносплавної або роздільної системи. Між відведенням виробничо-побутових стічних вод невеликих населених пунктів і великих міст нема істотних відмінностей, навіть якщо взяти до уваги постійно збільшувані розміри трубопроводів, що пов’язано зі збільшенням витрат стічних вод.
У минулому для таких трубопроводів успішно застосовувалися керамічні труби. Ці труби і надалі будуть знаходити широке застосування, незважаючи на серйозну конкуренцію, яку їм все більше складають пластмасові труби.
Бетонні труби, особливо в тих випадках, коли для них не передбачається спеціальний захист від агресивного впливу речовин, що знаходяться в стічних водах, у меншій мірі придатні для відводу виробничо-побутових стічних вод. Тому їх переважно застосовують для відведення атмосферних опадів.
Проблема відведення атмосферних стічних вод у великих містах полягає в тому, щоб прийняти інтенсивні потоки води під час сильних злив і відвести їх з міської території. Той, кому коли небудь доводилося бути свідком затоплення вулиць, добре знає, які катастрофічні масштаби може прийняти руйнівний вплив води при сильних зливах. Усім відомі випадки розливу гірських потоків і невеликих річечок, що протікають у вузьких долинах, які під час паводків перетворюються на бурхливі річки.
Це пояснюється тим, що майже вся кількість випадаючих атмосферних опадів протягом короткого часу стікає зі схилів в струмки, оскільки лише частина води просочується в землю. Такими ж вузькими долинами є і вулиці густо забудованих міських центрів. Їх розміри визначені самою людиною. І в цьому випадку також всі атмосферні води в короткий час стікають з дахів, дворів і вулиць у колектор, який представляє собою як би струмок, розташований в гірській долині.
У тому випадку, якщо цей колектор виявиться не в змозі прийняти і відвести надходячу в нього воду, може статися катастрофічне затоплення вулиць, подібне затопленню гірських долин. Тому дощові колектори великих міст, а до них відносяться також колектори загальносплавної каналізації, які одночасно здійснюють відведення виробничо-побутових і дощових вод, у багатьох місцях представляють собою справжні катакомби висотою і шириною по декілька метрів. Нерідко при сильних зливах, що продовжуються, всього 10 хв, кількість опадів, що випали становить 20 мм і більше. У цьому випадку потік води, що стікає з ділянки площею 1 га, становить кілька кубометрів на секунду. Але це ще порівняно невеликі ділянки, відповідні за площею звичайним спортмайданчик. Якщо збільшити їх площу в 10 разів, то в цьому випадку кількість стічної води буде відповідати витраті води в річці Шпрее в Берліні.
Однак випадання дощу на великій площі зумовлює зменшення стоку дощових вод. Це пояснюється тим, що найбільш інтенсивне випадання зливових дощів відзначається лише над порівняно невеликими територіями. Так звані затяжні дощі, що випадають по всій території, при розрахунку дощових колекторів не враховуються, оскільки в цьому випадку секундна витрата води незначна і може без особливих проблем прийматися каналізаційним колектором. Нерівномірне скидання води, що має місце при зливових дощах, дає можливість, з іншого боку, розвантажити каналізаційну мережу шляхом підключення до неї регулюючих резервуарів або ливнеспусків, що дозволяє прокладати колектори менших діаметрів, тобто більш економічні. Втім, при розрахунку каналізаційної мережі враховуються також і акумулюючі здібності самих колекторів.
Регулюючі резервуари можна розташовувати під землею. Під час дощу вони заповнюються водою, а після його припинення поступово спорожняються. Такі резервуари виконують, отже, функції накопичувачів. Цю роль мимоволі приймають на себе також підвали будинків, затоплюваних при сильних зливах водою, яку потім з великими труднощами доводиться відкачувати. У деяких випадках як регулюючих резервуарів використовуються природні або спеціально влаштовані ставки. Завдання ливнеспуску полягає в тому, щоб у відповідному місці найкоротшим шляхом відвести частину стічних вод із загально сплавної каналізаційної системи в розташований поблизу водойму.
Тоді відпадає необхідність відведення цієї частини води через весь головний колектор на очисну станцію. Недоліком даної споруди є те, що частина неочищених виробничо-побутових стічних вод потрапляє при цьому у водойму. Однак це може відбуватися лише тоді, коли стічні води отримують відповідне розведення дощовою водою, та до того ж ливнеспуск функціонує лише в деякі короткі проміжки часу протягом року.
У багатьох містах рельєф місцевості не дозволяє здійснити безпосередній відведення всіх стічних вод до очисних споруд по самопливної системі трубопроводів, підключеною до головного колектору. Буває також, що територія, на якій розташоване місто, має зовсім незначний перепад висот, так що колектори, які повинні мати певний ухил, що забезпечує досить швидкий стік вод, в цьому випадку довелося б дуже сильно заглибити під землю в низових ділянках. Це призвело б до значного збільшення витрат на пристрій каналізаційної мережі, та до того ж довелося б будувати розташовувані глибоко під землею колектори великих розмірів.
У таких випадках доцільно встановлювати насосні станції, за допомогою яких можна здійснити підйом стічних вод в канал, розташований на кілька метрів вище, або подавати стічні води на очисні споруди (перекачуванням) за системою напірних трубопроводів. Насосні установки використовуються також при горбистому рельєфі місцевості.
Для того щоб колектор міг подолати на шляху перешкоду, наприклад у вигляді окремого пагорба, було б потрібно виконати великий обсяг земляних робіт. У цьому випадку найчастіше економніше застосувати насосну установку, що забезпечує подачу води на потрібну висоту. З наведених причин каналізаційні насосні станції мають широке застосування у великих містах, а тому доцільно коротко ознайомитися з ними.
Насосні станції для перекачування стічних вод створювалися за зразком стали вже традиційними насосних станцій питної води. При облашуванні сучасних систем централізованого водопостачання, які почали розвиватися близько середини минулого століття, в більшості великих міст стали застосовувати насоси для подачі великої кількості води через наземні напірні споруди, відомі під назвою водонапірних веж, або безпосередньо у розподільчу мережу, звідки вода надходила до споживача. Свого часу ці операції виконувалися поршневими насосами різної конструкції.
Поршневі насоси приводилися в дію паровими машинами. Як насоси, так і парові машини займали багато місця в будівлі насосної станції. При цьому пара вироблявся в котельні, що розташовується на території підприємства, що збільшувало витрати на будівництво й експлуатацію подібних насосних станцій. Перші каналізаційні насосні станції були влаштовані за таким же принципом, зараз перекачування питної та стічної води здійснюється головним чином відцентровими насосами з електроприводами.
Оскільки відцентрові насоси є швидкохідними агрегатами, їх потужність при значно менших габаритах може перевищувати потужність поршневих насосів. Електропривод спрощує експлуатацію насоса, так як для живлення електроприводу насоса можна використовувати струм міської мережі. Це дозволяє автоматизувати насосні станції.
Сучасна насосна станція корінним чином відрізняється від станцій, побудованих в минулому столітті. Перше, що відрізняє цю станцію, незначна територія, займана спорудою. Навіть у тому випадку, коли стічні води, що відводяться від житлового будинку, самопливом (іноді за допомогою насосних станцій) стікають по підземних колекторів до очисних споруд, в мегаполісах доводиться виконувати значні роботи з ремонту й технічному обслуговуванню розгалуженої мережі.
Завдання цих служб полягає в здійсненні постійного контролю за нормальним стоком води, так як будь-яке засмічення мережі може призвести до утворення в ній підпору, що загрожує затопленням. При цьому особливу небезпеку можливого засмічення мережі представляють різні відкладення, що з часом утворюються в колекторах. Ці матеріали, і перш за все пісок, потрапляють в колектори через вуличні дощоприймачі, вентиляційні отвори оглядових колодязів або ж будинкові випуски. Ще на стадії проектування каналізаційної мережі прагнуть домогтися можливо меншої кількості цих відкладень шляхом надання вуличному колектору оптимальних ухилів.