Кіріспе
Құбырлар мен туннельдерден тұратын кәрізді су жинау жүйесі, сондай-ақ жер бетінен ағып келетін суды жинауға арналған. Біріктірілген кәріз – құбырлар, туннельдер, сорғы станциялары сияқты жүйелерден тұратын, гравитациялық кәріздің бір түрі. Ол кәрізді су мен қалалық ағынды суды бірге кәрізді су тазарту қондырғысына немесе кәрізді суды жою орнына тасымалдайды. Бұл жаңбыр кезінде кәрізді су сұйытылып, тазарту орнындағы ағынның жоғарылауын білдіреді. Лас емес жаңбыр суы кәрізді суды жай ғана сұйылтады, бірақ ағынды сулар үйдің шатырынан, көшелерден және сақтау алаңдарынан кез келген нәрсені ерітіп немесе тоқтата алады. Жаңбыр шатырлар мен жер бетімен ағып өтетін кезде топырақ бөлшектері, шөгінділер, ауыр металдар, органикалық қосылыстар, жануарлардың қалдықтары, май және май сияқты әртүрлі ластаушы заттарды жинап алады. Біріктірілген кәріздерге ландшафтты суарудан, құрылыс жұмыстарынан шығарылатын судан, сондай-ақ ғимараттар мен тротуарларды жуудан түсетін құрғақ ауа райындағы дренаж да түсуі мүмкін. Біріктірілген кәріздер кәрізді су тазарту қондырғысының сыйымдылығын немесе жүйенің максималды ағын мөлшерін асып кеткен кезде, біріктірілген кәрізді су мен жер бетінен ағып келетін су ағыны кезіндегі біріктірілген кәріз ағыны (CSO) оқиғаларында судың қатысты проблемаларын тудыруы мүмкін. Егер жер бетінен ағып келетін судың мөлшері өте жоғары болса (мысалы, күшті жаңбыр болса), кәріз жүйесінің жеке тармақтарына түсетін жүктеме кері ағынға түсіріп, нәтижесінде кәрізді су унитаздар сияқты кіріс көздерінен ағып шығып, тұрғын үйлерді уытты кәрізді су ағынымен су басуына және тазалау мен жөндеуге үлкен қаржылық шығындарға әкелуі мүмкін. Біріктірілген кәріз жүйелері осылайша қалыптыдан жоғары өтімділікке тап болғанда, төмендету жүйелері адам және өнеркәсіптік қалдықтарын өзендерге, ағыстарға немесе басқа да су объектілеріне ағызуға себеп болады. Мұндай оқиғалар көбінесе жағажайларды жабу, тұтынуға қауіпсіз емес лас моллюскалар және ауыз су көздерінің ластануы сияқты экологиялық және тұрмыстық салдарларды тудырады, олардың уақытша ішуге қауіпсіз болуына және жуу немесе ыдыс-аяқ жуу сияқты қолдану алдында қайнатуды қажет етеді.
A combined sewer is a type of gravity sewer with a system of pipes, tunnels, pump stations etc. to transport sewage and urban runoff together to a sewage treatment plant or disposal site. This means that during rain events, the sewage gets diluted, resulting in higher flowrates at the treatment site. Uncontaminated stormwater simply dilutes sewage, but runoff may dissolve or suspend virtually anything it contacts on roofs, streets, and storage yards. As rainfall travels over roofs and the ground, it may pick up various contaminants including soil particles and other sediment, heavy metals, organic compounds, animal waste, and oil and grease. Combined sewers may also receive dry weather drainage from landscape irrigation, construction dewatering, and washing buildings and sidewalks. Combined sewers can cause serious water pollution problems during combined sewer overflow (CSO) events when combined sewage and surface runoff flows exceed the capacity of the sewage treatment plant, or of the maximum flow rate of the system which transmits the combined sources. In instances where exceptionally high surface runoff occurs (such as large rainstorms), the load on individual tributary branches of the sewer system may cause a back up to a point where raw sewage flows out of input sources such as toilets, causing inhabited buildings to be flooded with a toxic sewage runoff mixture, incurring massive financial burdens for cleanup and repair. When combined sewer systems experience these higher than normal throughputs, relief systems cause discharges containing human and industrial waste to flow into rivers, streams, or other bodies of water. Such events frequently cause both negative environmental and lifestyle consequences, including beach closures, contaminated shellfish unsafe for consumption, and contamination of drinking water sources, rendering them temporarily unsafe for drinking and requiring boiling before uses such as bathing or washing dishes.
Даму
Алғашқы канализациялардың мақсаты – тұрғын аймақтардан суды алып, оны тазалаусыз-ақ жер бетіндегі су жолдарына құю болған. 19 ғасырға дейін қала көшелерінде адам қалдықтарын, мысалы, ыдыстарды төгу және ашық көшелерде мал сою – қалыпты жағдай еді. Аттар сияқты көлікке пайдаланылатын жануарлардың болуы және қала көшелері арқылы мал айдау салдарынан көшелерде көп мөлшерде нәжіс жиналатын. 19 ғасырда макадамды төсеу материалы ретінде қолданар алдында, төселген жүйелер көбінесе кеуекті болған, сондықтан жауын-шашын суға сіңіп, ағып кетпейтін, ал қалалық үйлердің шатырындағы жаңбыр суы жиналып, резервуарларда сақталар еді. Ашық кәріздер, яғни арықтар мен қалалық өзен арналары 20 ғасырға дейін бүкіл әлемде кең таралған. Дамыған елдердің көпшілігінде 19 ғасырдың соңы мен 20 ғасырдың басында бұрын ашық болған кәріздерді жабуға көп күш жұмсалды, оларды құйма темір, болат немесе бетон құбырлар, тас және бетон аркалармен жабық жүйелерге айналдырды, ал көшелер мен тротуарлар өткізбейтін материалдармен төселді. 19 және 20 ғасырдың басындағы кәріз суларын жинау жүйелерінің көпшілігі көшелер мен шатырлардан кәріз суларын және қалалық ағынды суларды жинайтын бір құбырлы жүйелерді пайдаланды (шатырдан жиналған жаңбыр суы ішкі және жууға пайдаланылғандықтан, оны ыдыстар мен цистерналарда сақтау қажеттілігі болмады). Мұндай жинау жүйесі "бірлескен кәріз жүйесі" деп аталады. Екі жүйені біріктірудің себебі – бір жүйе жасау арзанға түсетіні болды. Сол кездегі көптеген қалаларда ағынды суларды тазарту станциялары болмағандықтан, жеке "жерүсті су кәрізі" (Ұлыбритания терминологиясы) немесе "дауыл кәрізі" (АҚШ терминологиясы) жүйесін салудың денсаулыққа пайдасы болмады. Сонымен қатар, автомобиль пайда болғанға дейін ағынды сулар жануарлар қалдықтарымен күшті ластанған. Бұған қоса, 19 ғасырдың ортасына дейін мал сою орындарының жиі пайдаланылуы қалдықтардың көбеюіне себеп болды. 20 ғасырда жылқыларды автокөліктермен алмастыру, қала көшелерін және беттерін асфальттау, қалалық мал сою орындарын салу және сумен жабдықтау жүйесін құру қалалық ағынды судың сипатын және көлемін өзгертті, олар бастапқыда тазалауға қолайлырақ болды, сонымен қатар бұрын сіңірілген және үй шатырынан жиналған жаңбыр суын да қамтыды. Бірлескен кәріз жүйелері салынар кезде, олар әдетте үш түрлі ағынды суды қабылдауға есептелген. Көбінесе қардың еруі немесе конвективті жауын-шашыннан туындаған ең жоғары ағынды су кезінде, бірлескен кәріздегі аралас кәріз және беткі ағынды судың көлемін өңдеу мүмкін емес. Қалалар ағынды суларды тазарту станцияларын салғанда, олар әдетте құрғақ ауа райындағы ағынды суды ғана тазартуға есептелген. Ағынды суларды тазарту станцияларына зақым келтірмеу үшін, сулы ауа райында тазаланбаған ағынды судың беткі ағынды сумен араласуын болдырмау үшін, жинау жүйесіне жеңілдету құрылыстары орнатылды, егер ең жоғары деңгейдегі ағын бас жұмыстарға жетсе.
Комбинияланған кәріз ағыны (CSO)
Бұл "жауын суларын реттегіш" (американдық ағылшын тілінде) немесе "біріктірілген кәріз ағыны" (британдық ағылшын тілінде) деп аталатын жеңілдету құрылымдары, кәріз суларын тазарту станциясының ең жоғары есептік ағынынан артық ағындарды бұру үшін біріктірілген кәріз жүйелерінде салынады. Әрбір жаңбырдың әкелетін ластаушы заттардың мөлшері мен түрі әртүрлі болады. Мысалы, жаздың соңында, ұзақ уақыт жаңбыр жаумай қалған кездегі жаңбырлар ең көп ластаушы заттарды қамтиды. Май, май, үй жануарлары мен жабайы жануарлардың қалдықтарынан түсетін фекальді колиформ, пестицидтер сияқты ластаушы заттар кәріз жүйесіне шайылып түседі. Суық климат аймақтарында көлік құралдарынан, адамдардан және жануарлардан шығатын ластаушы заттар қыс бойы қатты беттерде және шөпте жиналады, содан кейін көктемгі су тасқыны кезінде кәріз жүйесіне құйылады.
Денсаулыққа әсері
Ауыр дауыл кезінде КҚС (кәсіпорынның кәріздік жүйесі) төгілуі судың қанағаттандырмайтын ластануына себеп болуы мүмкін. Төгілгендерде адам және өнеркәсіптік қалдықтар болады, бұл жағажайларды жабуға, моллюскаларды тұтынуға шектеулерге және ішу суы көздерінің ластануына әкелуі мүмкін. КҚС төгілуінен шығатын ластаушы заттарға бактериялар және басқа патогендер, уытты химиялық заттар және қоқыстар кіруі мүмкін. Бұл ластаушылар антимикробтық резистенттілікпен де байланысты, бұл халық денсаулығы үшін үлкен қауіп тудырады. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) 1994 жылы муниципалитеттерге КҚС-қа байланысты ластану проблемаларын азайту немесе жою үшін жақсартулар жасауды талап ететін саясатты қабылдады. Бұл саясат Ұлттық ластаушы заттарды шығаруды жою жүйесі (NPDES) арқылы іске асырылады. Саясат экожүйенің қауіпсіздігі үшін су сапасы параметрлерін анықтады; ол қоғамдық жергілікті жағдайларға сәйкес КҚС-ті бақылауға мүмкіндік беретін шараларды қарастырды; қоғамдық бюджеттен асып кетпеуін қамтамасыз етті; және су сапасы параметрлерін жергілікті жағдайларға байланысты икемдеуге мүмкіндік берді. КҚС бақылау саясаты 1997 жылдың 1 қаңтарына дейін барлық мемлекеттік кәріздік тазалау қондырғыларында кәріздік ағынды азайту үшін қолданыстағы процестерге шағын түзетулер енгізу арқылы "тоғыз ең төменгі бақылау" шараларын енгізуді талап етті. 2000 жылы Конгресс Таза су туралы заңға түзетулер енгізіп, муниципалитеттерді EPA саясатын орындауға міндеттеді.
Канализацияны бөлу
АҚШ-тың кейбір қалалары канализацияны бөлу жобаларын жүзеге асырды – қаланың толық немесе бір бөлігі үшін екінші құбыр жүйесін салу. Көптеген жобаларда қалалар біріктірілген жүйелерінің тек бір бөлігін ғана бөліп шығарды. Құнының жоғары болуы немесе физикалық мүмкіндіктердің шектелуі толыққанды бөлек жүйе құруға мүмкіндік бермейді. 2011 жылы Вашингтон қаласы 11 миллион доллар көлемінде төрт шағын аудандағы кәрізді бөліп шығарды. (Жобаның құны ішу суы құбыры жүйесін жақсартуды да қамтиды.)
CSO-ны сақтау
Тағы бір шешім – көптеген кәріз желілерінен ағынды сақтай алатын туннель сияқты CSO сақтау құрылысын салу. Туннель бірнеше шығару орындары арасында сыйымдылықты бөлісе алатындықтан, ол белгілі бір шығару орындары үшін қажетті жалпы сақтау көлемін азайтады. Сақтау туннельдері біріктірілген кәріз суларын сақтайды, бірақ оларды тазартпайды. Дауыл аяқталғаннан кейін, ағындар туннельден сорылып, сарқынды суларды тазарту станциясына жіберіледі. Туннель жүйесінің бірінші бөлігі, 11 шақырымға дейін, 2018 жылы пайдалануға берілді. Сақтау жүйесінің қалған бөлімдері 2023 жылы аяқталуы жоспарланған. (Қаланың жалпы «Таза өзендер» жобасы, құны 2,6 миллиард долларға бағаланған, басқа да компоненттерді қамтиды, мысалы, жаңбыр суларының ағынын азайту.) Оңтүстік Бостон CSO сақтау туннелі – осыған ұқсас жоба, ол 2011 жылы аяқталды. Индианаполис, Индиана штаты, 45 шақырым (28 миль) ұзын, 5 метр (18 фут) диаметрлі терең тау жынысы туннель жүйесін салуда, ол екі қолданыстағы сарқынды суларды тазарту станциясын байланыстырады және Ақ өзен, Игл-Крик, Фолл-Крик, Погг-Руны және Плезант-Руны бойында орналасқан әртүрлі CSO нысандарынан су жинауды қамтамасыз етеді. Citizens Energy Group компаниясы жұмыстың алғашқы кезеңдерін салуға бағытталған жұмыстарды басқарады, оның ішінде Белмонт сарқынды суларын тазарту станциясы мен Саутпорт сарқынды суларын тазарту станциясы арасындағы 76 метр (250 фут) тереңдіктегі терең тау-кен туннельін қосу. Қосымша туннельдер Индианаполистегі су арналарының астына салынады. Жобаның жоспарланған құны 1,9 миллиард долларды құрайды. Форт-Уэйн, Индиана штаты, 3RPORT (Үш өзенді қорғау және ағысты азайту туннелі) астында 7 шақырым (4,5 миль) ұзын, 4 метр (14 фут) диаметрлі, 180 миллион долларлық туннель салып жатыр, ол Сент-Мэри, Сент-Джозеф және Мауми өзендеріне құятын көптеген CSO-ларды шешуге арналған. 3RPORT шамамен 49 метр (160 фут) тереңдікте орналасқан және 2023 жылы пайдалануға беріледі деп күтілуде.
Ағынды суларды тазарту қуаттылығын кеңейту
Кейбір қалалар ағынды суларды тазартудың негізгі қуатын кеңейтіп, CSO көлемінің бір бөлігін немесе барлығын өңдеуге мүмкіндік берді. 2002 жылы сот ісі Огайо штатындағы Толедо қаласын тазарту қуатын екі есеге арттыруға және көптеген ағып кетуді болдырмау үшін жинақтағыш бассейн салуға мәжбүр етті. Қала сонымен қатар, кәріз жүйесіне жаңбыр суының ағынын азайту жолдарын зерттеуге келісті. (Қараңыз: Жаңбыр суы ағынын азайту.)
Қалпына келтіру бассейндері
Комбинаттанған ағынды суларды жинап, тазартатын үлкен бетонды резервуарлар да бір шешім болып табылады. Бұл жер асты құрылыстарының жинақтау және өңдеу сыйымдылығы комбинаттанған ағынды судың белгілі бір көлемінен бастап белгілі бір көлемге дейін жетеді. Әрбір нысан ерекше болғанымен, әдеттегі жұмыс процесі былай болады: Артық жүктелген кәріздерден келген сулар бөлімдерге бөлінген резервуарға сорылады. Бірінші ағын бөлімі дауылдың басындағы ең көп ластаушы заттарды ұстап алып, сақтайды. Бұл ластаушы заттарға мотор майы, шөгінді, жол тұзы және көшелер мен жасыл жеңілдерден жиналған химиялық заттар (пестицидтер мен тыңайтқыштар) жатады. Осы бөлімдегі сулар сақталады және дауыл басылғаннан кейін, ұстаушы кәрізде сыйымдылық болғанда, ағынды суларды тазарту станциясына жіберіледі. Екінші бөлім – өңдеу немесе ағып өту бөлімі. Сулар осы бөлімге кірген кезде натрий гипохлориті немесе ағартқышпен дезинфекцияланады. Содан кейін сулар бөлімнің соңына жетуіне 20-30 минут уақыт кетеді. Осы уақыт ішінде бактериялар өлтіріліп, ірі қатты заттар шөгеді. Бөлімнің соңында қалған санитарлық қоқыстар бетінен арылатылады және тазартылған сулар өзенге немесе көлге жіберіледі.
Жасыл инфрақұрылым
ЖҚҰ-ны азайтуға бағытталған, тек канализациялық жүйелерді қайта құрудан тұратын шаралар "сұр инфрақұрылым" деп аталады, ал су өткізгіш төсемдер және жаңбыр суын жинау сияқты техникалар "жасыл инфрақұрылым" деп аталады. Көптеген жағдайларда, муниципалитеттің канализациялық басқармасы мен экологиялық белсенді ұйымдар арасында сұр және жасыл инфрақұрылымдық жоспарлар бойынша келіспеушіліктер туындайды. 2004 жылғы АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) Конгреске ұсынған ЖҚҰ туралы есебі, ЖҚҰ-ның салдарынан туындайтын мәселелерді шешуге арналған қолданыстағы технологияларға шолу ұсынады. Бұл мәселе Америка Құрама Штаттары және Еуропа үшін өзекті. Нақты уақытты басқару (RTC) эвристикалық немесе модельге негізделген болуы мүмкін. Модельге негізделген басқару теориялық тұрғыдан тиімдірек, бірақ оны жүзеге асырудың қарапайымдығына байланысты эвристикалық басқару жиірек қолданылады. RTC-нің ЖҚҰ-ны азайту үшін қолайлы екенін дәлелдеу әлі де қиындық тудырады, бірақ жаңа өнімділік әдістері бұл мүмкіншілікті ұсынады.
Ұлыбритания
Ұлыбританияда дауылдық канализация мен жерүсті су канализациясы арасында заңдық айырмашылық бар. Су индустриясы заңының 106-бабына сәйкес, дауылдық су ағызу канализациясына қосылуға құқық жоқ. Бұл әдетте біріктірілген кәріздің төмен жағындағы су арнасына құятын құбырлар. Ол біріктірілген кәрізден артық ағынды қабылдайды. Жерүсті су канализациясы жаңбыр суын тасымалдайды; заң бойынша жаңбыр суын осы қоғамдық канализацияға қосуға құқық бар. Қоғамдық дауылдық канализация қоғамдық жерүсті су канализациясына құя алады, бірақ керісінше емес, егер су компаниясы канализацияның мәртебесін заң жүзінде өзгертпесе.
Тарих
19 ғасырдың соңы мен 20 ғасырдың басында қалалық кәріз жүйелері дамыған кезде біріктірілген кәріз жүйелері жиі қолданылды. Аллигаторлар АҚШ-тың оңтүстік-шығысындағы біріктірілген су-жаңбыр кәріздеріне кіріп кетеді. Кәріз жөндеу компаниясының жабық тізбекті теледидары бір аллигаторды біріктірілген су-жаңбыр кәрізінде бейнеға түсірді.