Городские системы сбора сточных вод образуют скрытый костяк современных городов, перевозя сточные воды и ливневые воды от домов и предприятий до очистных сооружений. Когда эти системы блокируются, последствия могут быть внезапными и серьезными: необработанные сточные воды, заполнившие подвалы, улицы, затопленные загрязненной водой, и дорогостоящий аварийный ремонт, который нарушает сообщества. По данным Агентства по охране окружающей среды США, завалы и переливы могут ежегодно выпускать миллионы галлонов необработанных сточных вод в окружающую среду, угрожая общественному здоровью и местным экосистемам. Понимание наиболее распространенных причин завалов в этих системах имеет важное значение для муниципалитетов, направленных на сокращение сбоев, снижение затрат на техническое обслуживание и защиту своих инвестиций в инфраструктуру.

Жиры, масла и смазка (FOG) Накопление

Жиры, масла и смазка — в совокупности известные как FOG — являются одними из самых стойких и разрушительных блокировок в городских канализационных сетях. Когда горячая смазка или масло заливается в кухонные стоки, оно быстро охлаждается, когда проходит через трубы, затвердевая в восковую, липкую массу. Этот материал покрывает стенки труб и начинает захватывать другие обломки, такие как частицы пищи и осадок, создавая сужающуюся обструкцию, которая в конечном итоге ограничивает или полностью блокирует поток. Со временем эти накопления могут образовывать огромные застывшие массы, известные как жирберги, которые были обнаружены в канализационных системах по всему миру — некоторые весом в тонны и простираются на сотни футов.

Жилые кухни являются основным источником FOG, но рестораны, сети быстрого питания и коммерческие пищевые процессоры вносят непропорционально большой вклад из-за объема масла и смазки, с которой они обрабатывают. Муниципалитеты часто требуют, чтобы коммерческие кухни устанавливали смазочные ловушки или перехватчики, но обслуживание этих устройств непоследовательно. Когда смазочные ловушки не очищаются регулярно, они переполнены, отправляя концентрированный FOG в основные канализационные линии. Агентство США по охране окружающей среды предоставляет ресурсы на лучшие практики управления FOG, включая надлежащую утилизацию и переработку кулинарного масла, чтобы помочь сообществам уменьшить блокировки в источнике.

Утилизация твердых отходов и несъемных предметов

Современные системы санитарии предназначены для обработки только отходов жизнедеятельности человека, туалетной бумаги и воды. Тем не менее, многие люди регулярно смывают предметы, которые не разрушаются в воде, включая так называемые смываемые салфетки, гигиенические прокладки, презервативы, зубную нить, хлопковые тампоны и бумажные полотенца. Несмотря на маркетинговые заявления, большинство смываемых салфеток содержат синтетические волокна, которые не распадаются быстро, если вообще распадаются. Они связываются вместе с FOG и другими мусором, образуя жесткие, похожие на веревки блокировки, которые могут обернуть вокруг насосов и засорить боковые и основные линии канализации.

Муниципалитеты тратят десятки миллионов долларов ежегодно на расчистку блокировок, вызванных несмываемыми предметами. Департамент охраны окружающей среды Нью-Йорка проводит кампании по информированию жителей об опасностях смывных салфеток, призывая людей выбрасывать их в мусор. Даже предметы, продаваемые как биоразлагаемые, могут не разрушаться достаточно быстро, чтобы предотвратить блокировки в подземной сети труб. Проблема усугубляется стареющей инфраструктурой - более узкие трубы и более низкие скорости потока делают накопление твердых отходов более вероятным. Государственное образование и четкая маркировка являются ключом к снижению этой причины блокировок.

Вторжение корня дерева

Корни деревьев естественным образом притягиваются к влаге, питательным веществам и кислороду, находящимся внутри канализационных труб. Даже самая маленькая трещина или рыхлый сустав в трубе обеспечивает точку входа для тонких корневых волос. Попав внутрь, корни растут и расширяются, образуя плотные коврики, которые препятствуют потоку и улавливают твердые вещества. Со временем проникновение корней может привести к тому, что трубы будут трескаться дальше или полностью разрушаться. Особенно часто это происходит в более старых системах, изготовленных из глины, бетона или чугуна, которые более склонны к разделению суставов и растрескиванию, чем современные пластиковые трубы.

Тип дерева имеет значение: виды с агрессивными корневыми системами, такими как ивы, тополя и серебряные клены, особенно проблематичны вблизи канализационных линий. Многие города обеспечивают соблюдение буферных зон, которые запрещают посадку определенных деревьев на определенном расстоянии от инфраструктуры сточных вод. Профилактические меры включают установку корневых барьеров во время установки труб, использование химических пенопластов для контроля корней, которые периодически применяются для сдерживания роста, и планирование рутинных видео-инспекции для раннего обнаружения вторжения. Когда корни найдены, механическая резка или гидроструйное удаление могут удалить их, но основной дефект трубы должен быть восстановлен, чтобы предотвратить повторный вход.

Структурное ухудшение и повреждение трубопроводов

За десятилетия эксплуатации трубы сточных вод подвержены коррозии, истиранию, движению грунта и усталости материала. Бетонные трубы могут быть разъедены газом сероводорода, образующимся при разложении сточных вод - процесс, известный как биогенная коррозия сульфида, которая заставляет стенку трубы ослабевать и в конечном итоге разрушаться. Глиняные трубы могут трескаться из-за сдвигов почвы или тяжелых поверхностных нагрузок. Литые железные трубы могут развивать ржавчину и масштаб, которые сужают затвор и создают грубые поверхности, где собирается мусор. Суставы выходят из строя по мере старения герметизирующих материалов и ухудшаются, позволяя почве и грунтовым водам проникать и накапливать твердые вещества.

Структурные повреждения создают неровности в трубопроводной прокладке - трещины, зазоры, провисания и смещения - которые нарушают плавный поток сточных вод. Твердые вещества оседают в этих низких местах, что приводит к завалам, требующим раскопок или ремонта без траншей. Инструменты оценки состояния EPA помогают коммунальным службам уделять приоритетное внимание восстановлению труб, которые наиболее подвержены риску отказа. Многие города теперь полагаются на роботов контроля CCTV для обследования своих канализационных сетей и выявления дефектов, прежде чем они вызовут блокировки.

Другие факторы, способствующие

Осадок и накопление грязей

Песок, гравий, гранулы и другие тяжелые неорганические материалы попадают в сточные воды из уличных стоков, строительных площадок и промышленных сбросов. Эти частицы оседают в низкоскоростных участках труб, например, в плоских марках или выше по течению от насосных станций. Со временем накопление осадков снижает пропускную способность труб и может образовывать плотно упакованный слой, который гидроструйное образование не может легко удалить. Гритные камеры и ловушки осадков на очистных сооружениях помогают, но контроль источника через уличную прочистку и предотвращение эрозии более эффективен на сетевом уровне.

Незаконные подключения и ненадлежащий разряд

Некоторые объекты недвижимости незаконно подключают к санитарной канализационной системе стоки, отстойные насосы или водоотводы, вводя большие объемы ливневых или подземных вод, которые могут перегружать трубы и промывать твердые вещества вниз по течению. Промышленные объекты могут сбрасывать химические вещества, которые реагируют с канализацией или бетоном, ускоряя износ. Домашние хозяйства, которые заливают краску, растворители или химические вещества, также способствуют повреждению и блокировке труб. Применение кодов сантехники и программ проверки может снизить эти риски.

Инфильтрация и приток подземных вод

Разбитые трубы и дефектные люки позволяют грунтовым водам просачиваться в канализационную систему, особенно после сильного дождя. Этот приток увеличивает объемы и скорости потока, что может рыскать по осевшим твердым веществам и повторно приостанавливать мусор, вызывая временные завалы вниз по течению. Он также разбавляет сточные воды, снижая эффективность очистки. В то время как сама инфильтрация не может вызывать завалы напрямую, турбулентность и изменения потока, которые она создает, могут вытеснять накопленный материал, что приводит к засорению в точках, где поток снова замедляется.

Профилактические меры и передовая практика

  • Регулярный осмотр и очистка с использованием камер видеонаблюдения и гидроструйного оборудования, запланированные на основе возраста труб, материала и истории засоров.
  • Общественные образовательные кампании , которые учат жителей не смывать салфетки, не сливать смазку в сливки или не утилизировать лекарства и химикаты в туалетах.
  • Установка и обслуживание смазочных ловушек во всех коммерческих учреждениях общественного питания с соблюдением графиков уборки.
  • Управление корнями деревьев через корневые барьеры, селективную посадку деревьев и периодическую химическую обработку корней в уязвимых районах.
  • Пиплайновая реабилитация с использованием безтраншейных технологий, таких как вытвержденная на месте труба (CIPP) облицовка, разрыв трубы или накладка скольжения для ремонта структурных дефектов без раскопок.
  • Обновить стареющую инфраструктуру на современные материалы, такие как ПВХ или ПЭВП, которые более устойчивы к коррозии, вторжению корней и утечке суставов.
  • Внедрить системы управления активами , которые отслеживают условия труб, частоту блокировки и историю обслуживания, чтобы определить приоритеты ремонта и замены.

Федерация водной среды предлагает обширные рекомендации по программам контроля источников, которые помогают муниципалитетам уменьшить завалы в их происхождении.Объединение инженерных решений с охватом сообщества оказалось наиболее эффективным подходом для долгосрочной надежности системы.

Заключение

Неизбежны и препятствия в системах сбора городских сточных вод. Хотя причины этого разнообразны — от застывшей смазки для приготовления пищи и несмываемых салфеток до корней деревьев и структурного распада — каждый из них может быть устранен путем активного управления и целевых инвестиций. Города, которые инвестируют в регулярный контроль, государственное образование и стратегическую реабилитацию своих канализационных сетей, видят меньше переливов, более низкие затраты на аварийный ремонт и увеличение срока службы активов. С изменением климата, увеличивающим частоту сильных осадков и уделяющим дополнительное внимание стареющей инфраструктуре, понимание и смягчение завалов никогда не было более неотложным. Применяя лучшие практики и используя современные технологии оценки, муниципальные инженеры и планировщики могут поддерживать плавный поток сточных вод и защищать здоровье сообществ, которым они служат.