Гравитационная канализация — это канал, использующий энергию, возникающую из-за разницы высот, для удаления нежелательной воды. Термин «канализация» подразумевает удаление сточных вод или поверхностного стока, а не воды, предназначенной для использования; [1] а термин «гравитация» исключает движение воды, вызванное напорными магистралями или вакуумными канализационными системами . Большинство канализационных систем являются гравитационными, поскольку гравитация обеспечивает надежное движение воды без затрат энергии везде, где уклоны благоприятны. Гравитационные канализационные системы могут отводить воду в отстойники , где требуется откачка, чтобы либо направить сточные воды в отдаленное место, либо поднять сточные воды на более высокую высоту для входа в другую гравитационную канализацию, а подъемные станции часто требуются для подъема сточных вод на очистные сооружения . Гравитационные канализационные системы могут быть либо бытовыми , либо комбинированными , либо ливневыми , либо сточными .
Системы гравитационной канализации обычно напоминают региональную схему стока с большими магистральными канализационными трубами в каждой долине, получающими поток из более мелких боковых канализационных труб, простирающихся вверх по склонам холмов. Канализационные системы в пределах сравнительно ровной местности требуют тщательного планирования и строительства, чтобы минимизировать потери энергии при свободном падении, резких изгибах или турбулентных соединениях. Каждый участок канализации должен регулярно испытывать минимальную скорость, необходимую для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии и предотвращения закупорки отложения твердых частиц в областях с низкой скоростью. Однако канализации в холмистых районах могут потребоваться функции рассеивания энергии, чтобы избежать повреждения канализации от высоких скоростей жидкости и размывающего воздействия песчаных твердых частиц в турбулентном потоке . Закрытые канализации закапываются ниже линии промерзания, чтобы избежать замерзания, и достаточно глубоко, чтобы принимать гравитационный поток из предполагаемых источников сточных вод. [2] Длинные гравитационные канализации могут потребовать значительной глубины выемки или туннелирования для поддержания приемлемых уклонов вблизи выхода канализации.
Наличие надежных насосов позволяет поднимать накопления воды в гравитационные коллекторы из сборных отстойников в котлованах, таких как шахты или фундаменты зданий, но стоимость откачки поверхностного стока препятствует использованию подъемных станций в ливневых стоках или комбинированных коллекторах. Капитализированные затраты на эксплуатацию и обслуживание подъемных станций и аварийных источников питания обычно оправдывают значительные первоначальные затраты на раскопки или прокладку туннелей для строительства гравитационного коллектора. [3] Очистка сточных вод наиболее эффективна в централизованных местах; и часто требуется откачка для подъема сточных вод с более низких высот к головным сооружениям очистных сооружений . Сооружения, называемые регуляторами, допускают перелив в гравитационные выпускные коллекторы, когда пиковый расход в комбинированных коллекторах превышает производительность насоса. [4] Санитарные коллекторы предпочтительны для экономически эффективной откачки сточных вод, когда требуется очистка. Гравитационные коллекторы предпочтительны там, где уклоны благоприятны, но подъемные станции часто перемещают сточные воды на очистные сооружения.
Вакуумные канализации имеют постоянное отрицательное давление; благодаря усовершенствованию технологий они стали более сопоставимы с гравитационными канализациями по расходам на эксплуатацию и обслуживание, а также их установка обходится дешевле. [5]
Самые ранние канализационные системы представляли собой канавы для удаления стоячей воды из грязных мест, где сухая почва была предпочтительнее для человеческой деятельности. Ранние канализационные системы выполняли функцию, схожую с функцией современных ливневых стоков (иногда называемых ливневыми канализационными системами). Комбинированные канализационные системы произошли от практики использования потока в ранних дренажных канавах для удаления других отходов, включая фекалии животных . [1] Канализационные системы стали отвратительными, поскольку концентрация отходов увеличилась в общинах с высокой плотностью населения. Для покрытия отвратительных жидкостей были установлены водопропускные трубы . Процветающие общины использовали каменную кладку и кирпичную кладку для покрытия ранних канализационных систем. Терракотовые трубы использовались для канализации с малым объемом. [6] Часть канализационной системы, сбрасываемая в естественный водный объект, называется выходом . [7]
Промышленная революция увеличила плотность населения в производственных районах и произвела трубы, полезные для систем дренажа-отходов-вентиляции из зданий в канализацию. Гравитационные канализации собирались из чугунных труб , керамических труб , сборных бетонных труб, асбестоцементных труб и пластиковых труб . [8] Хотя некоторые старые кирпичные канализации остаются в эксплуатации, новые канализации диаметром более 1 метра (39 дюймов) обычно используют железобетон . Гофрированная металлическая труба может использоваться для ливневых стоков или сточных вод с аналогичным низким риском коррозионных условий. [9] Некруглые поперечные сечения могут иметь преимущества для канализации большого диаметра. [10]