Переполнение канализации ( SSO ) — это состояние, при котором неочищенные сточные воды сбрасываются из канализации в окружающую среду до того, как достигнут очистных сооружений. Если это вызвано дождем, это также известно как переполнение в сырую погоду . Причины переполнения канализации включают: засорение канализационных линий, инфильтрацию/приток чрезмерного количества ливневых вод в канализационные линии во время сильных дождей , неисправность насосных станций или отключение электроэнергии , сломанные канализационные линии. Предотвращение таких случаев переполнения включает регулярное техническое обслуживание и своевременную модернизацию инфраструктуры.
SSO могут стать причиной желудочно-кишечных заболеваний ( заболеваний, передающихся через воду ), закрытия пляжей и ограничений на потребление рыбы и моллюсков .
Развитые страны, такие как США , Канада , большинство стран Западной Европы (например, Италия и Франция ), Австралия , Сингапур , Южная Корея и Япония борются с проблемами общественного здравоохранения, связанными с профилактикой SSO. Масштаб проблемы гораздо больше в большинстве развивающихся стран.
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) оценивает, что в Соединенных Штатах ежегодно происходит не менее 23 000–75 000 случаев SSO. [1] EPA подсчитало, что модернизация каждой муниципальной системы очистки и сбора сточных вод для снижения частоты случаев перелива до уровня не более одного раза в пять лет обойдется примерно в 88 миллиардов долларов по состоянию на 2004 год. [2] Эта стоимость будет добавлена к уже инвестированным приблизительно 10 миллиардам долларов. Хотя объем неочищенных сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду, составляет менее 0,01 процента от всех очищенных сточных вод в Соединенных Штатах, общий объем составляет несколько миллиардов галлонов в год и ежегодно является причиной тысяч случаев желудочно-кишечных заболеваний. [2] : Гл. 6
Развитые европейские страны и Япония имеют схожий или несколько больший процент мероприятий SSO по сравнению с США [ необходима ссылка ]
В развивающихся странах большинство сточных вод по-прежнему не очищаются при сбросе в окружающую среду. Китайская Народная Республика сбрасывала около 55 процентов всех сточных вод без какой-либо очистки по состоянию на 2001 год. [3] В относительно развитой стране Ближнего Востока , такой как Иран , большинство населения Тегерана сбрасывает в грунтовые воды города совершенно неочищенные сточные воды. [4] В Венесуэле , стране Южной Америки с уровнем очистки сточных вод ниже среднего , 97 процентов сточных вод страны сбрасываются в окружающую среду неочищенными. [5]
Во многих странах существуют обязательства по измерению и сообщению случаев возникновения SSO с использованием телеметрии в реальном времени для предупреждения населения, купающихся и операторов рыбной ловли. [ необходима цитата ]
Канализации, которые были построены на ранних стадиях урбанизации, обычно строились до внедрения очистки сточных вод . [6] Ранние канализации были простыми дренажными системами для удаления поверхностного стока с любыми отходами, которые они могли содержать. Эти дренажные системы стали комбинированными, когда к ним добавились сточные воды из кухонь, ванных комнат и туалетов; и сброс стал отвратительным. Ранние очистные сооружения были построены для очистки сточных вод в сухую погоду; но было невозможно очистить больший объем смешанных сточных вод и осадков из комбинированных канализаций в сырую погоду. Некоторые города построили санитарные канализации, чтобы предотвратить смешивание сточных вод с поверхностным стоком, чтобы сточные воды можно было эффективно очищать как в сырую, так и в сухую погоду. [7] (Около 860 общин в США продолжают использовать комбинированные канализации. [8] )
Децентрализованные сбои в сухую погоду в основном происходят из-за засоров в коллекторной канализации, которые могут возникнуть из-за засора мусором или проникновения корней деревьев в саму линию. Примерно половина SSO в Соединенных Штатах вызвана засорами. [2] : стр. 4–26 Жир является блокирующим агентом примерно в половине SSO в США, приписываемых засорам, а твердый мусор является блокирующим агентом еще в 25 процентах. Корни являются способствующим фактором примерно в одной четверти SSO в Соединенных Штатах, приписываемых засорам. Жировые отложения вызваны кулинарными жирами, сжиженными горячей водой для сброса в санитарную канализацию. Эти жиры застывают в виде твердых отложений в более холодной канализации. Твердый мусор включает грязную одежду, подгузники и гигиенические салфетки, которые смываются в унитаз, а не выбрасываются в мусорное ведро. [2] : стр. 4–28
Многие муниципалитеты США требуют от ресторанов и предприятий пищевой промышленности использовать жироуловители и регулировать утилизацию жиров, масел и смазочных материалов в канализационной системе. [9]
Одной из основных проблем отказа децентрализованной линии является сложность определения места перелива, поскольку типичная городская система содержит тысячи миль сборных труб, а центральная очистная станция не имеет возможности общаться со всеми линиями, если только не установлено дорогостоящее контрольное оборудование. Компании в Великобритании широко развернули объемные диэлектрические преобразователи, подвешенные в канализации, для обнаружения высоких уровней и сообщения о событиях по фиксированным беспроводным сетям передачи данных. В некоторых местах эта практика позволила сократить случаи загрязнения до 60 процентов. [ необходима цитата ]
Засорение в сухую погоду менее вероятно в комбинированных канализационных системах, поскольку комбинированные канализационные системы, рассчитанные на дополнительный объем поверхностного стока, намного больше, чем бытовые канализационные системы. Регуляторы ливневой воды комбинированных канализационных систем могут быть уязвимы для засорения мусором, но перелив от такой блокировки обычно попадает в отводной водосброс, чтобы избежать затопления частной или общественной собственности.
Примерно четверть SSO в Соединенных Штатах происходят во время сильных дождей , которые могут вызвать приток ливневой воды в санитарную канализацию через повреждения, неправильные соединения или затопление зданий и подъемных станций в низинных районах системы сбора. Объединенный поток сточных вод и ливневой воды превышает пропускную способность санитарной канализационной системы, и сточные воды сбрасываются в дома, предприятия и на улицы. [2] : стр. 4–26 Это обстоятельство наиболее распространено в старых городах, подземная инфраструктура которых довольно старая; Париж , Лондон , Стокгольм , [10] Нью-Йорк , Вашингтон, округ Колумбия , и Окленд, Калифорния [11] являются типичными примерами таких мест. Приток в санитарные линии может быть вызван разрывом корней деревьев подземных линий или механическим разрушением из-за возраста и избыточного давления от грузовиков и зданий.
Другой способ отказа системы может включать отключение электроэнергии , которое может вывести из строя насосы подъемной станции и вызвать перелив сточных вод из мокрого колодца подъемной станции. Механический или электрический сбой подъемной станции является причиной примерно десяти процентов SSO в США. Этот тип сброса нетипичен для объединенных канализаций, поскольку объединенный объем сточных вод и ливневой воды препятствует использованию подъемных станций. Разорванные канализационные линии являются причиной примерно десяти процентов SSO в США. [2] : стр. 4–27
Сбой питания, человеческая ошибка или механическая неисправность могут вызвать подобный сброс неочищенных или частично очищенных сточных вод из очистных сооружений; но это обычно рассматривается как неисправность очистных сооружений, а не перелив канализации. Очистные сооружения могут быть спроектированы так, чтобы захватывать перелив из неисправных установок и сбрасывать его на альтернативные очистные сооружения. Затопления частной или общественной собственности обычно избегают путем сброса перелива в водосток, предназначенный для сброса очищенных сточных вод. [2] : стр. ES–3
Воздействие на здоровье человека включает значительное количество желудочно-кишечных заболеваний каждый год, хотя смерть от одного случая перелива встречается редко. Дополнительные воздействия на человека включают закрытие пляжей , ограничения на плавание и запрет на употребление в пищу определенных водных животных (особенно определенных моллюсков ) после случаев перелива. Экологические последствия включают гибель рыбы , вред планктону и другой водной микрофлоре и микрофауне. Увеличение мутности и уменьшение растворенного кислорода в принимающих водах могут привести к усиленным эффектам, выходящим за рамки очевидного патогенного ущерба водным экосистемам . Возможно, что могут быть затронуты высшие формы жизни, такие как морские млекопитающие, поскольку известно, что некоторые тюлени и морские львы испытывают пики патогенного вреда. [12]
Концепция сдерживающих клапанов SSO была впервые применена в Великобритании, и они устанавливаются для смягчения последствий сухих разливов путем сопоставления данных об осадках с активностью разливов SSO. [ необходима ссылка ]
Со времен Средневековья правители знали о влиянии неочищенных сточных вод, неправильно сбрасываемых в окружающую среду. До того, как в Англии XVI века появились системы очистки , король Генрих VIII постановил, что канализационные желоба должны быть проточны, чтобы они не застаивались в Лондоне до того, как достигнут реки Темзы ( лондонской канализационной системы ). [ необходима цитата ]
В 19 веке в США и некоторых частях Европы впервые были разработаны и установлены очистные сооружения для сточных вод, и была определена концепция SSO. SSO не были признаны широко распространенной экологической проблемой до роста экологической осведомленности в 1960-х годах. Примерно в то же время правительственные агентства в США начали систематически определять места и частоту SSO. Местные органы власти выслушивали жалобы граждан, и протоколы закрытия пляжей были систематизированы для снижения рисков для здоровья населения.
После принятия Закона о чистой воде в 1972 году США потратили миллиарды долларов на модернизацию очистных сооружений с некоторыми сопутствующими ремонтами и усовершенствованиями связанных с ними систем сбора, где происходят переливы. Агентство по охране окружающей среды продолжает предоставлять финансирование для кредитов с низкими процентами общинам для решения проблем SSO через Государственный оборотный фонд чистой воды . [13]
В 1990-х годах Япония , Великобритания и ряд других европейских стран начали серьезное расследование некоторых проблем перелива воды в своих странах. [ необходима цитата ]