Типы водоснабжения. Категории и группы классификации систем водоснабжения По способам подачи воды водопроводы бывают

Системы водоснабжения можно разделить на два вида. Индивидуальное водоснабжение и централизованное водоснабжение.

Индивидуальное, оно же автономное, водоснабжение предназначено для обеспечения водой небольшого количества потребителей или может быть сделана исключительно для частного потребления. К индивидуальному водоснабжению можно отнести водоснабжение с применением мембранного бака, который называется гидроаккамулятор и водоснабжение с использованием накопительного бака.

Централизованное водоснабжение предназначена для большого количества потребителей. При центральном водоснабжении все потребители подключены к общему источнику водоснабжения. Применяется система централизованного водоснабжения в городах и поселках городского типа. Редко применяется в деревнях и коттеджных поселках. При отсутствии централизованного водоснабжения приходится делать свой частный источник снабжения водой.

Рассмотрим подробнее централизованное и индивидуальное водоснабжение.

Индивидуальное (автономное) водоснабжение

Система водоснабжения с использованием гидроаккумулятора, мембранного бака

Эта система водоснабжения применяется при индивидуальном строительстве коттеджей, частных домов и дач. Принцип ее работы следующий.

В заранее сделанную скважину или колодец устанавливается погружной насос, к насосу подключается трубопроводная система. Трубопроводная система прокладывается и заводится в дом. В доме трубопровод подключается к очистным фильтрам, далее к гидроаккамулятору и автоматическому реле, поддерживающему необходимое давление. Этот симбиоз называется система управления водоснабжением. От системы управления трубопровод распределяет воду между точками потребления (разборные точки).

Благодаря гидроаккамулятору в этой системе постоянно поддерживается высокое давление. Возможность врезки гидроаккамулятора в любое место водопроводной системы и установка гидроаккамулятора большого объема позволяет поддерживать высокое давление в системе длительное время, даже при отключенном электричестве. Так что такое этот гидроаккамулятор?

Гидроаккамулятор в системе индивидуального водоснабжения

Гидроаккамулятор это металлическая емкость, в которую погружной насос, через фильтры очистки, закачивает воду. В гидроаккамуляторе находится резиновая груша. Между грушей и корпусом емкости закачан под давлением воздух. Вода, поступая в емкость, сжимает закачанный воздух, который в свою очередь расширяет резиновую грушу. При достижении установленного давления в системе, автоматическое реле, в системе управления, отключает насос, качающий воду. Готово! Система находится под давлением, из кранов течет добротная струя воды.

По мере расходования воды, снижается уровни воды в гидроаккамуляторе. Снижение уровня воды приводит к расширению закаченного воздуха. Воздух, расширяясь, сжимает резиновую грушу. Расширяясь, резиновая груша увеличивает давление в системе.

Но это не может происходить вечно. При достижении нижнего уровня, заранее настроенного давления, автоматическое реле включает погружной насос и в гидроаккамулятор опять закачивается вода и все повторяется заново. Рабочее давление такой системы 2,5-4 атмосферы. Так как система водоснабжения с применением гидроаккамулятора является самой популярной и удобной для частных домов, коттеджей и дач.

Альтернативой гидроаккамуляторному водоснабжению служит более простая система автономного водоснабжения с применением накопительного бака.

Водоснабжение с использованием накопительного бака

Эта система также используется для водоснабжения дома . Особенно актуальна система водоснабжения с накопительным баком в местах с перебоями или отсутствием электроснабжения. Принцип ее работы следующий.

В доме на самом высоком уровне, обычно чердаке, устанавливается накопительный бак с поплавковым клапаном от перелива. Погружной насос устанавливается в скважину или колодец . От него трубопровод прокладывается и заводится в дом. В доме трубопровод подключается к низу наливного бака. Насос нагнетает воду в бак. При достижении максимального уровня отключает насос. При минимальном уровне клапан насос включает. Все просто, но достаточно дорого.

Теперь о централизованном водоснабжении.

Централизованное водоснабжение

Для большого количества потребителей система водоснабжения должна иметь скважину. Сама система централизованного водоснабжения устроена с применением водонапорной башни. В качестве скважин лучшими для хозяйственно питьевых нужд, являются .

Система водоснабжения с применением водонапорной башни

Принцип работы водонапорной башни следующий

• Есть три основных элемента. Кессон, насосная станция, основная емкость водонапорной башни.
• Кессон это емкость (металлическая или бетонно-кольцевая) на глубине 2-2,5 метра над скважиной. В кессоне монтируется узел вывода трубопровода из скважины. Бетонно-кольцевой кессон не герметичен и поэтому может затапливаться грунтовыми водами.
• От кессона через насосную станцию вода поступает в накопительный бак. В баке установлен автоматический поплавковый клапан. Паплавковый клапан включает насос при достижении минимального заданного уровня и выключает насос при максимальном заданном уровне воды в накопительном баке.
• Давление в централизованной системе водоснабжения обеспечивается за счет очень большого объема накопительного бака. Благодаря своему объему накопительный бак может автономно работать долгое время даже при отсутствии электроснабжения.

Системы водоснабжения городов представляют собой комплекс инженерных сооружений для забора, подъема, очистки воды, ее сохранения и доставки к потребителю. В его состав входят следующие сооружения:

водозаборные сооружения и насосные станции первого подъема, которые подают воду к местам ее очистки;

очистные сооружения;

сборные резервуары чистой воды;

насосные станции второго и следующих подъемов, подающие воду в город или на промышленные предприятия;

водоводы и водопроводные сети.

В практике водоснабжения городов встречаются разные системы, централизованно обеспечивающие потребителей водой. Все разнообразие систем водоснабжения можно классифицировать по таким признакам:

По виду используемых естественных источников , - водопроводы, забирающие воду из поверхностных или подземных источников, и водопроводы смешанного потребления;

по виду потребителей – коммунальные (городские, поселковые); противопожарные; производственные, которые, в свою очередь, подразделяются по отраслям промышленности (водопроводы химических предприятий, тепловых электростанций, металлургических комбинатов, и т.д.);

По территориальному охвату потребителей – локальные (для одного объекта) и групповые (или централизованные) водопроводы, которые обслуживают группу объектов;

по способам представления воды – водопроводы с самотеком (гравитационные) и с механическим представлением воды (с помощью насосов);

По кратности использования воды – с оборотом воды, с последовательным использованием на различных установках;

по характеру использования воды – прямоточное, оборотное, последовательное (с повторным использованием воды);

по видам потребителей – хозяйственно-питьевое, производственное, противопожарное, сельскохозяйственное;

по комплексности обслуживания потребителей – объединенные, неполно раздельные, раздельные системы.

Объединенная система обеспечивает все три вида потребителей, как правило, водой питьевого качества. Такие системы целесообразны в тех случаях, когда промышленность потребляет воду питьевого качества или сравнительно небольшое количество воды. Эти системы проще и имеют относительно меньшую строительную стоимость сети, которая составляет, как правило, около 60% стоимости всей системы водоснабжения.

Неполную раздельную систему используют в случае, когда промышленность потребляет значительное количество воды, требования к качеству которой невысокие. В этом случае строительство объединенной системы невыгодно, потому что неоправданные расходы на очистку воды для потребностей промышленности до питьевого качества приводят к значительному удорожанию строительства и эксплуатации водопроводной системы.

Раздельные системы предусматривают строительство отдельных систем для питьевых, промышленных и противопожарных потребностей. Такие системы встречаются очень редко.

Схемы водоснабжения городов отличаются набором сооружений, необходимых для обеспечения водой необходимого качества и количества. Общий вид схемы водоснабжения, которая включает полный набор водопроводных сооружений, показан на рисунке. Источником водоснабжения служат естественные и искусственные водоемы, реки, подземные артезианские и грунтовые воды, моря и океаны.

Системы водообеспечения промышленных предприятий классифицируются по способам использования воды: прямоточные, оборотные и с повторным использованием воды.

В прямоточных системах вода, как правило, входит в состав конечной продукции (например, в производстве минеральных кислот, жидких суспендированных комплексных удобрений и т.д.) или существенно изменяет свой состав (например, вода электролитов в электролизерах), в связи с чем ее повторное использование нецелесообразно. В этом случае ее сбрасывают после смешивания с другими сточными водами в местную гидрографическую сеть или передают на очистные сооружения.

В оборотных системах повторного использования водоснабжения, когда вода используется в основном для охлаждения, целесообразно нагретую воду охлаждать (например, в градирнях) и подавать для повторного использования на том же объекте. При этом из водоисточника подается только 3-5 % общего количества используемой воды для пополнения ее потерь во время обращения. Иногда оборотную воду нужно не только охлаждать, но и направлять на очистку.

В системах повторного использования вода, сбрасываемая одним из промышленных потребителей, может быть использована другим (например, вода после улавливания фтор-газов в производстве суперфосфата используется при получении фторид-гидрофторида аммония). Это дает возможность уменьшить количество воды, забираемой из водного источника.

Существует 4 схемы водоснабжения:

1– прямоточная система (сброс воды осуществляется в водоемы без очистки). Qп.п. – безвозвратные потери воды в производстве, Qисп. – потери воды на испарение.

Qп.п. – потери воды с промышленной продукцией,

Qисп – потери воды на испарение.

2 – система с осветлением сточных вод на очистных сооружениях.

Qос. – потери воды, удаляемой вместе с осадками очистных сооружений.

3– система водоснабжения с очисткой сточных вод перед их сбросом в водоем

Qшл. – потери воды, удаляемой со шламами очистных сооружений.

Наиболее широко используемая система.

4 – оборотная система водоснабжения. Расход воды в ней невелик, определяется расходом, необходимым для пополнения безвозвратного водопотребления в процессе производства и потребления, а также периодической заменой воды в оборотных циклах (продувкой). На ТЭС мощностью 1 млн.кВт при прямоточном водоснабжении ежегодно потребляется 1,5 км3 воды, при оборотной системе – только 0,12 км3, т.е. в 13 раз меньше.

Qунос – потери воды с каплеуносом,

Qсброс – потери воды при продувке системы,

Qдоб – вода, забираемая из водного объекта для пополнения потерь воды в системе.

В этой системе водоснабжения отработанная вода после очистки не сбрасывается в водоем, а многократно используется в системе производства, подвергаясь регенерации после каждого производственного цикла.

5 – система бессточного водоснабжения (замкнутая система), самая перспективная, но наиболее сложно достижимая.

Критерии эффективности использования воды

Эффективность использования воды может быть оценена следующими тремя показателями в совокупности.

Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной оборотной воды (%)

Эффективность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования

Безвозвратное потребление и потери воды (%)

,

где Qоб, и Qпосл. – количество воды, используемой в обороте и последовательно;

Qист. и Qсыр. – количество воды, забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем;

Q СВ – количество сточных вод, сбрасываемых в водоем.

Для экономической оценки систем водоснабжения необходимо рассматривать себестоимость используемой воды, затраты на водоснабжение и их долю в себестоимости продукции, экологический ущерб, наносимый окружающей среде за счет сбросов загрязненных стоков, а также экономический эффект от применения каждой из рассмотренных схем.

					системы водоснабжения

Рис. Себестоимость воды (С), капитальные вложения (К), экологический ущерб (У) и экономический эффект (Э) при использовании 1- 4 систем водоснабжения.

Общая схема водоснабжения может изменяться в зависимости от конкретных условий. Например, если вода не требует очистки, то из схемы выпадают очистные и связанные с ними сооружения. При размещении источника на более высоких отметках, чем объект-пользователь, вода сможет подаваться самотеком и не необходимости в сооружении насосных станций. В некоторых системах используется несколько источников водоснабжения, что приводит к увеличению количества основных сооружений.

Водозаборы, насосные станции и водоочистные сооружения.

Водозабор – это гидротехническое сооружение, которое осуществляет забор воды из источника снабжения (реки, озера, водохранилища) для нужд водопользования. Кроме этого существуют водозаборы, использующиеся для нужд гидроэнергетики, ирригации и т.д. Водозаборные сооружения должны обеспечивать нахождение в водоводе воды

в заданном количестве,

необходимого качества,

в соответствии с графиком водопользования.

Сооружения для забора воды из поверхностных источников классифицируют по типу источника (речные, водохранилищные, озерные, морские и т.д.). Из речных наиболее распространены береговые, русловые, плавучие, ковшовые. Они могут быть совмещены с насосными станциями первого подъема.

Береговые водозаборные сооружения, использующиеся на относительно крутых берегах рек, представляют собой железобетонный колодец большого диаметра, вынесенный передней стенкой в реку. Вода поступает в него через отверстия, снабженные решетками, а затем проходит через сетки, обеспечивающие механическую очистку воды.

Русловые водозаборные сооружения, которые применяются на пологих берегах, имеют оголовок, вынесенный в русло реки, вода поступает самотеком в береговой колодец, который часто совмещается с насосной станцией первого подъема.

Плавучие водозаборные сооружения – это понтон или баржа, на которых установлены насосы для забора воды непосредственно из реки. На берег вода подается по трубам с подвижными стыками, проложенных по соединительному мостку.

В ковшовых водозаборных сооружениях вода поступает из реки сначала в расположенный возле берега ковш (искусственная запруда). Сам ковш используется для осаждения наносов, а также для борьбы с ледовыми явлениями – шугой, глубинным льдом.

Водозабор подземных вод – это гидротехническое сооружение для забора подземных вод и подачи ее в водопроводные и другие водохозяйственные системы. Выбор участка для оборудования водозабора подземных вод обуславливается геолого-гидрогеологическими условиями района, расстоянием от места пользования водой и т.д. Конструктивно такие водозаборы подразделяются на скважины и шахтные колодцы. Скважины являются наиболее универсальным, технически более совершенным типом водозабора и используются для централизованного водоснабжения. Они имеют большую продуктивность и наиболее полно соответствуют санитарным требованиям. Глубина скважин может достигать 800м. Дебит может достигать 50 л/с и более. Стенки скважин в нестойких породах укрепляют обсадными трубами, которые входят одна в одну и в границах водоносного слоя заканчиваются фильтром из пористого бетона, гравия, керамики, металлических сеток. Для подъема воды используют погружные насосы. Часто водозаборные скважины оборудуют водонапорными башнями, которые регулируют давление и потери воды в водопроводной сети. Срок службы скважин составляет 10-15, иногда до 30 лет.

Водоприемные сооружения предназначены для забора воды из источника и грубой ее очистки в основном от плавающих предметов.

Насосные станции Насосные станции I, II и других подъемов служат для подъема воды. Станция 1 подъема обычно подает воду на очистные сооружения, станция П подъема – в водо-регулирующий резервуар. Их необходимость определяется рельефом местности и протяжностью транспортировки воды. Они оборудованы насосами, как правило, с электрическим приводом, регулирующей, предупредительной и контрольно-измерительной аппаратурой. Многие насосные станции имеют телеуправление и полностью автоматизированы.

Водоочистные сооружения обрабатывают природную воду с целью придания ей качеств, соответствующих требованиям пользователей. Если вода в источнике удовлетворяет требованиям потребителя, то необходимость в очистных сооружениях отпадает.

Воды поверхностных источников, как правило, не пригодны для питья из-за значительной мутности, цветности и более высокое, чем допустимо для питьевой воды, содержание бактерий. Поэтому до подачи воды в водопровод на очистных сооружениях ее осветляют (извлекают взвешенные и коллоидные примеси), устраняют цветность и обеззараживают (освобождают от болезнетворных бактерий), умягчают и т.д.

Очищенная вода подается к объекту водоснабжения по водоводам и разводится по его территории с помощью водопроводной сети .

Водопроводная сеть

Водопроводная сеть – это совокупность водопроводных линий (трубопроводов) для подачи воды к местам водопользования, является основным элементом системы водоснабжения.

Водопроводная сеть, прокладываемая за границами сооружений, называется внешней. К линии водопроводной сети присоединяются так называемые домовые ответвления (трубы), по которым вода подается в отдельные сооружения.

В домах оборудуются внутренние водопроводные сети .

Для оборудования водопроводной сети применяют водопроводные трубы. Выбор труб зависит от величины необходимого давления в водопроводной сети, характера грунтов, способа прокладки и от экономических факторов. При подземной прокладке наиболее распространены чугунные, асбоцементные и стальные трубы, применимы также железобетонные и пластмассовые. Глубина укладки труб зависит от уровня промерзания грунта, температуры воды и режима работы (в Украине около 1,5-2 м). Максимальная глубина укладки труб обусловлена необходимостью сохранения труб от разрушения в результате транспортных нагрузок.

Водопроводные сети оборудуют запорной арматурой – заслонками и вентилями для отключения отдельных участков сети, водоразборным оборудованием, пожарными гидрантами, иногда – уличными водоразборными колонками. Гидранты и заслонки, как правило, устанавливают в специальных сборных или кирпичных колодцах, перекрытых металлическими люками.

По техническим условиям давление воды в водопроводной сети населенных пунктов не должно превышать 6 атм. Для подачи воды в многоэтажные дома дополнительно оборудуют местные насосные станции.

Сеть может быть кольцевой (состоящей из отдельных соседних замкнутых контуров-колец, которые можно отключить в случае аварии) и разветвленной (тупиковой), в которой при аварии на каком-либо участке прекращается подача воды во все участки сети, находящейся за повреждением. Поэтому разветвленные сети могут оборудоваться только в тех случаях, когда допустимы перерывы в водопотреблении.

Ширина трассы водопроводной сети должна быть не менее 40 м по обе стороны от оси при прокладке водоводов по незастроенной территории и 10 м - по застроенной.

В местах вынужденного пересечения водопроводной и канализационной сетей в населенном пункте водопроводная проектируется выше канализационной. Расстояние между ними по вертикали - не менее 0,4 м.

При параллельной прокладке водопроводных труб на одном уровне с канализационными расстояние между трубопроводами должно быть не менее 1,5 м, если диаметр водопроводных труб не более 200 мм и не менее 3 м, если диаметр водопроводных труб более 200 мм.

При параллельной прокладке водопроводных труб ниже канализационных расстояние между стенками трубопроводов в фильтрующих грунтах должно быть более не менее 5 м. Нельзя допускать прокладку канализационных труб выше водопроводных в тех местах, где возможны проседания и аварии водопроводных сетей при высоком уровне грунтовых вод, прокладки сети по плаунам, в сейсмических районах и др.

Не допускается расположение выгребных помойных ям и другие подобных объектов на расстоянии меньшем 20 м от водопроводных сетей.

Для регулирования давления и расхода воды, создания ее запаса и выравнивания графика работы насосных станций строят водонапорные башни и резервуары.

Водонапорная башня состоит из бака для воды, как правило, цилиндрической формы и опорной конструкции (ствола). Регулирующая роль водонапорной башни состоит в том, что во время уменьшения водопользования излишек воды, подающейся насосной станцией, накапливается в ней и расходуется во время повышенного водопотребления. Высота водонапорной башни (расстояние от поверхности земли до низа бака), как правило, не превышает 25 м, иногда 30 м; емкость бака – от нескольких десятков кубометров до нескольких тысяч. Опорные конструкции изготовляют, в основном, из стали, железобетона, иногда из кирпича, баки – преимущественно из железобетона и стали.

Водонапорный резервуар , в отличие от водонапорной башни, не имеет опорной конструкции (ствола), но устанавливается на повышенных местах местности. Иногда водонапорные резервуары служат для сохранения пожарного и аварийного запаса воды. Сейчас наиболее распространены резервуары из железобетона.

Вместимость резервуаров должна обеспечить бесперебойное водоснабжение в часы «пик», а также запас воды на случай аварии. Стенки и дно подземных резервуаров должны быть водоупорными (железобетонные, кирпичные). Дно резервуара должно находиться выше уровня грунтовых вод При необходимости его снижают с помощью дренажа.

Системы централизованного водоснабжения населенных пунктов по степени надежности подачи воды подразделяются на три категории в зависимости от численности населения:

I - более 50 тыс. человек,

II -50-0,5 тыс. человек,

III - менее 0,5 тыс. человек.

Все существующие системы водоснабжения можно поделить на два вида: водоснабжение централизованное и автономное.

Автономные типы водоснабжения обеспечивают водой небольшое количество потребителей и предназначены только для частного использования. К автономному (индивидуальному) водоснабжению относится водопровод с использованием мембранного бака, который называют гидроаккумулятором, и водопровод с применением накопительного бака.

Видео обзор - насосное оборудование для автономного водоснабжения

Система централизованного водоснабжения используется для обеспечения водой большого круга потребителей. В этом случае все пользователи водопровода подключены к единому источнику водоснабжения . Зачастую используется централизованный тип в поселках городского типа и других густонаселенных пунктах. Однако центральная система водопровода может находиться и в некоторых деревнях, селах и коттеджных поселках, но такое явление довольно редкое. При отсутствии подключения к этому типу водопровода приходится самостоятельно устраивать автономную систему водоснабжения своего загородного дома. Принцип их работы заключается в следующем:

• Автономное (индивидуальное) водоснабжение
• Автономные типы водоснабжения довольно широко используются при строительстве дач, коттеджей и загородных домов.
• Предварительно сделанная скважина или вырытый колодец оборудуется погружным насосом, к которому в дальнейшем подключается система трубопровода.
• Трубопровод прокладывается и заводится в жилое помещение.
• Далее система трубопровода подключается к водоочистному фильтру, автоматическому реле и гидроаккумулятору.

Все это оборудование называется системой, отвечающей за водоснабжение. От данной системы трубопровод в дальнейшем распределяет очищенную воду по потребительским (разборным) точкам.

Благодаря врезке в гидроаккумулятор система обеспечивает постоянное давление воды на нужном уровне даже в то время, когда электроснабжение отключено.

Водоснабжение с установкой накопительного бака

В местах с постоянными перепадами напряжения в электросети принято использовать типы водоснабжения с применением накопительного бака. Принцип работы такой системы водоснабжения состоит в следующем:

• На высоком уровне в частном доме (зачастую на чердаке) устанавливают накопительный бак , который оборудован поплавковым клапаном.
• Трубопровод подключается к погружному насосу, который устанавливается в скважине или колодце и после заводится в жилье.
• В доме трубопровод подводят и подключают к нижней части бака.
• При помощи насоса вода нагнетается в накопительный бак и при достижении максимального заполнения насос автоматически прекращает свою работу.
• Когда вода достигает минимального уровня, срабатывает клапан и насос включается заново.
• Централизованное водоснабжение

Центральная система водообеспечения представляет собой систему, в которой вода поступает в общую распределительную сеть из нескольких источников (реже из одного). В данном случае обеспечение группы потребителей получением воды происходит из единой водопроводной сети. Очистные, водозаборные и водоподъемные сооружения выполняют подачу воды потребителям, которые находятся в зоне их действия. Их работа происходит по заранее согласованному графику.

Центральные системы водоснабжения имеют несколько видов, которые разнятся между собой в зависимости от типа объекта:

• промышленные;
• городские;
• поселковые.

Централизованные системы можно разделить на следующие типы водоснабжения: производственные, противопожарные и хозяйственно-питьевые. Централизованное водоснабжение может быть раздельным, объединенным и неполно-раздельным.

Контрольная работа

Основные элементы систем водоснабжения

1. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

СХЕМЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1 Основные понятия и определения

РЕЖИМ РАБОТЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

3.3 Проектирование схем и систем водоснабжения

Литература

1. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1 Основные понятия и определения

Для обеспечения надежного и качественного снабжения населенных мест водой создаются специальные системы водоснабжения.

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.

Система водоснабжения должна удовлетворять техническим, экономическим и санитарным требованиям, предъявленным к ней. Системы водоснабжения проектируют одновременно с системами канализации. При проектировании схем водоснабжения промышленного предприятия, должен составляться баланс использования воды, применяться схема оборотного водоснабжения с воздушным или водяным охлаждением.

При проектировании водоснабжения должны предусматриваться прогрессивные технические решения, механизация трудоемких работ, автоматизация технологических процессов и максимальная индустриализация строительно - монтажных работ за счет применения сбойных конструкций, стандартных и типовых изделий и деталей.

Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве объектов сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.

В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.

В некоторых случаях, например, на предприятиях пищевой промышленности, где значительная доля воды должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» создают единую систему водоснабжения.

А на предприятиях с высокой пожароопасностью вынуждены создавать отдельные системы противопожарного водоснабжения.

2 Классификация систем водоснабжения

Системы водоснабжения классифицируются по следующим признакам:

по виду водоисточника - с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные;

по способу подъема воды - нагнетательный, в которых вода к потребителям подается насосами; самотечные (гравитационные); комбинированные;

по назначению - хозяйственно-питьевые, технологические, противопожарные, объединенные;

по видам обслуживаемых объектов - городские, промышленные, сельские;

по территориальному охвату водопотребителей - местные (локальные), предусматривающие водоснабжение отдельных объектов (предприятия, фермы, группы зданий), централизованные, обепечивающие водой всех потребителей, расположенных в данном городе, поселке;

по характеру использования воды - прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию, прямоточные с повторным использованием воды, оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте;

по сроку службы - постоянные; временные.

По надежности подачи воды системы водоснабжения подразделяются на три категории:

I - допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода и на производственные нужды до предела, установленного аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы, но не более чем на 10 мин;

II - допускаемое снижение подачи воды то же, что и при I категории, длительность снижения подачи не должна превышать 10 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 часов;

III - допускаемое снижение подачи воды то же, что и при I категории, длительность снижения подачи не должна превышать 15 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 часа.

Категорию отдельных элементов систем водоснабжения необходимо устанавливать в зависимости от их функционального значения в общей системе водоснабжения. Элементы систем водоснабжения II категории, повреждения которых могут нарушить подачу воды на пожаротушение, должны относиться к I категории.

по размещению водопроводных сооружений, устройств и трубопроводов относительно потребностей:

наружные - все сооружения для забора, очистки воды, транспортирования и распределения ее водопроводной сетью;

внутренние - забирают воды из наружной сети, и подает ее на потребителям в здания.

Системы водопроводов, объединенные с противопожарным водопроводом, могут быть:

§низкого давления - напор, необходимый для тушения пожаров, создается при помощи передвижных насосов, присоединяемых к пожарным каналам (гидрантам) наружной водопроводной сети.

§высокого давления - напор, необходимый для тушения пожаров, создается стационарными насосами.

§системы постоянного высокого давления - напор в сети, необходимый для тушения пожара, поддерживается постоянно.

3 Основные элементы систем водоснабжения

Системы водоснабжения, как отмечено выше, представляют собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и обработку ее, транспортирование и подачу потребителям требуемых расходов, качества под необходимыми напорами.

В состав системы водоснабжения входят следующие основные сооружения:

водозаборные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из источников;

насосные станции, подающие воду по трубам на очистные сооружения и к месту водопотребления. Из источника водоснабжения вода, как правило, перекачивается на очистные сооружения насосной станцией I подъема, а после очистки подается водопотребителям насосной станцией II подъема;

очистные сооружения, предназначенные для очистки воды;

резервуары чистой воды, в которых осуществляется регулирование неравномерности режима работы насосных станций I и II подъемов, а также хранение аварийных и противопожарных объемов воды;

напорные водоводы и водопроводная сеть, служащие для транспортирования воды к местам ее потребления;

водонапорные башни или другие сооружения для хранения и аккумулирования воды, предназначенные для сглаживания неравномерности водопотребления и подачи воды насосами, а также для создания необходимых напоров в водопроводной сети.

В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех системах промышленного водоснабжения существуют сооружения для очистки сточных вод.

Основные нормативные требования, предъявляемые к системам водоснабжения, в том числе для железнодорожных станции и поселков при них, изложены в СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Состав системы водоснабжения из поверхностного источника (реки) показана на рис. 1.1, а из подземного источника на рис. 1.2.

2. СХЕМЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1 Основные понятия и определения

Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.

Выбор схемы водоснабжения зависит от многих факторов. Основными предпосылками к выбору схемы системы водоснабжения являются вид имеющегося источника, объемы водопотребления, размещение водопотребителей, санитарные требования и др.

Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.

Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет - сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.

По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства системы водоснабжения.

2 Классификация схем систем водоснабжения

В системах водоснабжения могут применять различные схемы водоснабжения.

По количеству водопользователей схемы водоснабжения могут быть: объединенными (централизованными) (Рис. 1.3, Рис. 1.4); схемы местного водоснабжения (Рис. 1.5).

В системах местного водоснабжения обслуживается обычно один объект, например населенный пункт, железнодорожная станция. В объединенных (централизованных) системах водоснабжения вода подается к нескольким потребителям. При этом вода может подаваться как по раздельным системам водоснабжения, так и по единой (объединенной) системе.

В населенных пунктах, а также в городах, как правило, устраивают единую систему водоснабжения для хозяйственно-питьевых и противопожарных целей.

Вода на технологические и противопожарные нужды предприятий в зависимости от требуемого качества и экономической целесообразности может быть получена как от объединенной системы водоснабжения, так и от раздельной. Отдельный противопожарный водопровод устраивают очень редко и, как правило, для наиболее пожароопасных объектов - предприятий нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, складов нефти и нефтепродуктов, хранилищ сжиженных газов, лесоперерабатывающих предприятий и др.

По условиям водоснабжения: стационарные схемы водоснабжения; схемы временного водоснабжения; схемы привозного водоснабжения.

По типу водопроводов: схема водоснабжения с продольными водопроводами (Рис. 1.3); схемы водоснабжения с групповыми водопроводами (Рис. 1.4).

Схемы производственного водоснабжения, кроме того, могут быть прямоточными, прямоточными с повторным использованием воды и оборотными (Рис. 1.6 - Рис. 1.8). Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.

В прямоточных системах вода после использования в технологическом цикле сбрасывается в водоем.

В системах повторного использования воды свежая вода, пройдя технологический цикл на одном производстве, участвует в технологическом процессе следующего производства. При использовании такой системы необходимо, чтобы качество воды после использования на первом предприятии удовлетворяло требованиям технологического процесса второго производства; при необходимости требуется ее очистка или охлаждение.

Оборотные системы, как правило, применяют на промышленных предприятиях и представляют собой систему, в которой вода, участвующая в технологическом процессе, не сбрасывается водоем, а после обработки возвращается в производственный цикл. Потери воды, имеющие место в производстве, восполняются из источника.

3. РЕЖИМ РАБОТЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1 Режим подачи воды и работы водопроводных сооружений

Взаимосвязь в работе отдельных сооружений системы водоснабжения можно проследить по совмещенным графикам водопотребления и подачи воды насосными станциями I и II подъемов (рис. 1.9).

Водозаборные сооружения, насосная станция I подъема и очистные сооружения обеспечивают подачу воды в объеме суточного водопотребления. Поэтому режим работы этих сооружений, в основном, принимают равномерным в течение суток. При этом режиме (пунктирная линия 2 на рис. 1.9) обеспечиваются наиболее эффективные и экономичные показатели работы указанных сооружений.

В водопроводную сеть вода подается из резервуаров чистой воды насосной станцией II подъема, режим работы которой, как правило, принимается ступенчатым (линия 3 на рис. 1.9) в течение суток. При этом режиме в часы максимального водопотребления насосная станция II подъема подает меньший объем воды по сравнению с требуемым. В часы минимального водопотребления подача насосной

станции II подъема превышает потребление воды. Совмещением графика водопотребления (линия I на рис. 1.9) с графиком подачи насосной станции II подъема определяют регулирующую вместимость водонапорной башни. Объем регулирующей емкости будет тем меньше, чем ближе график работы насосной станции II подъема к графику водопотребления.

В резервуары чистой воды вода поступает через очистные сооружения от насосной станции I подъема, работающей равномерно. Из резервуаров вода забирается насосами станции II подъема. Режимы работы насосных станций I и II подъемов определяют регулирующую вместимость резервуаров чистой воды.

Режим работы трубопроводов от водозаборных сооружений на очистные сооружения и резервуары чистой воды определяется равномерным режимом работы насосной станции I подъема, а режим работы трубопроводов, подающих воду от резервуаров чистой воды до водонапорной башни, - насосной станции II подъема.

Режим работы водопроводной сети определяется графиком водопотребления, а водопроводную сеть рассчитывают на максимальный секундный расход максимального часового водопотребления.

2 Требования в отношении напоров

К системам водоснабжения предъявляются также определенные требования в отношении напоров, которые должны быть обеспечены в точках отборов. Потребители забирают воду из сети через водоразборные приборы, расположенные на некоторой высоте над поверхностью земли. Поэтому в водопроводной сети необходимо обеспечить такой напор, который будет достаточным для подъема воды до наивысшей водоразборной точки, излива воды из прибора и преодоления всех сопротивлений на пути движения воды от магистрали до точки излива. Этот напор называется свободным напором и измеряется в метрах от поверхности земли (над землей). Для объектов водоснабжения при одноэтажной застройке минимальный напор в сети при хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание должен "приниматься в соответствии со СНиП 2.04.02-84 не менее 10 м, при большей этажности на каждый последующий этаж следует добавлять 4 м. В часы минимального водопотребления напор допускается принимать равным 3 м на каждый этаж, кроме первого.

Для производственных зданий величина свободного напора принимается в зависимости от технологии производства.

Свободный напор в сети противопожарного водопровода низкого давления в период пожаротушения должен быть не менее 10 м.

Для предупреждения аварий на водопроводной сети и уменьшения утечек воды из нее нельзя допускать, чтобы свободный напор был более 60 м; в противном случае необходимо предусматривать установку регуляторов давления или устраивать зонное водоснабжение.

На рис. 1.10 показана связь между напорами в различных точках схемы водоснабжения с башней в начале сети на момент максимального водопотребления. Она определяется положением пьезометрических линий, которые отражают падение напора в сети при движении воды от насосной станции II подъема до «диктующей» точки. Обычно «диктующей» точкой является наиболее удаленная от башни точка отбора воды, имеющая наибольшую геодезическую отметку земли. В такой точке будут самые низкие пьезометрические напоры и самые малые свободные напоры.

Связь между напорами в точке расположения водонапорной башни и в диктующей точке определяется уравнением

ZBб + НВб = Zа + Нсв + ?hс,

где ZBб - отметка поверхности земли в месте расположения водонапорной башни;

НВб - высота водонапорной башни;

Zа - отметка поверхности земли в «диктующей» точке а;

Нсв - величина требуемого свободного напора в «диктующей» точке а;

Hс - потери напора на участках сети от водонапорной башни до «диктующей» точки а.

Из приведенного уравнения можно определить высоту водонапорной башни НВб

НВб = Нсв + ?hс - (ZBб - Zа)

Высота НВб будет тем меньше, чем больше значение ZBB. Поэтому располагать водонапорные башни следует на наиболее возвышенных отметках.

Требуемый манометрический напор насосов НН.Ман станции II подъема определяется по максимальному уровню воды в баке водонапорной башни

НН.Ман = (Zoн - ZBб) + (НВб + Нб) + hв,

где Zoн - отметка оси насоса;

Нб - расчетная высота бака водонапорной башни;

hв - потеря напора в напорных водоводах.

В реальных условиях очень часто бывает так, что возвышенные отметки снабжаемой водой территории находятся в противоположной от насосной станции стороне. В этом случае система водоснабжения с водонапорной башней, установленной на этих отметках, называется системой с контррезервуаром. Режим работы такой системы имеет существенное отличие от выше рассмотренной.

3 Проектирование схем и систем водоснабжения

Выбор схемы и системы водоснабжения следует производить на основании сопоставления возможных вариантов ее осуществления с учетом особенностей объекта или группы объектов, требуемых расходов воды на различных этапах их развития, источников водоснабжения, требований к напорам, качеству воды и обеспеченности ее подачи.

Сопоставлением вариантов должны быть обоснованы:

источники водоснабжения и использование их для тех или иных потребителей;

степень централизации системы и целесообразность выделения локальных систем водоснабжения;

объединение или разделение сооружений, водоводов и сетей различного назначения;

зонирование системы водоснабжения, использование регулирующих емкостей, применение станций регулирования и насосных станций подкачки;

применение объединенных или локальных систем оборотного водоснабжения;

использование отработанных вод одних предприятий (цехов, установок, технологических линий) для производственных нужд других предприятий (цехов, установок, технологических линий), а также для поливки территории и зеленых насаждении;

использование очищенных производственных и бытовых сточных вод, а также аккумулированного поверхностного стока для производственного водоснабжения, орошения и обводнения водоемов;

целесообразность организации замкнутых циклов или создания замкнутых систем водопользования;

очередность строительства и ввода в действие элементов системы по пусковым комплексам.

Централизованная система водоснабжения населенных пунктов в зависимости от местных условий и принятой схемы водоснабжения должна обеспечивать:

хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях, нужды коммунально-бытовых предприятий;

хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях;

производственные нужды промышленных и сельскохозяйственных предприятий, где требуется вода питьевого качества или для которых экономически нецелесообразно сооружение отдельного водопровода;

тушение пожаров;

собственные нужды станций водоподготовки, промывку сетей водопроводов и канализации и т.п.

При обосновании допускается устройство самостоятельного водопровода для:

поливки и мойки территорий (улиц, площадей, зеленых насаждений), работы фонтанов и т.п.;

поливки посадок в теплицах, парниках и на открытых участках, а также приусадебных участков.

Централизованные системы водоснабжения по степени обеспеченности подачи воды подразделяются на три категории:

I - допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы (оборудования, арматуры, сооружений, трубопроводов и др.), но не более чем на 10 мин;

II - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 ч;

III - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 ч.

Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы населенных пунктов при числе жителей в них более 50 тыс. чел. следует относить к I категории; от 5 до 50 тыс. чел. - ко II категории; менее 5 тыс. чел. - к III категории.

При необходимости повышения обеспеченности подачи воды на производственные нужды промышленных и сельскохозяйственных предприятий (производств, цехов, установок) следует предусматривать локальные системы водоснабжения.

Проекты локальных систем, обеспечивающих технологические требования объектов, должны рассматриваться и утверждаться совместно с проектами этих объектов.

Элементы систем водоснабжения II категории, повреждения которых могут нарушить подачу воды на пожаротушение, должны относиться к I категории.

При разработке схемы и системы водоснабжения следует давать техническую, экономическую и санитарную оценки существующих сооружений, водоводов и сетей и обосновывать степень их дальнейшего использования с учетом затрат по реконструкции и интенсификации их работы.

Системы водоснабжения, обеспечивающие противопожарные нужды, следует проектировать в соответствии с указаниями разд. 2 СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Системы оборотного водоснабжения надлежит проектировать в соответствии с указаниями разд. 11 СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

При выборе оптимального варианта систем производственного водоснабжения при необходимости следует рассматривать возможность и целесообразность изменений технологических процессов, при которых возрастание издержек основного производства оказывается меньше снижения приведенной стоимости систем водоснабжения и канализации.

Водозаборные сооружения, водоводы, станций водоподготовки должны, как правило, рассчитываться на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления.

Расчеты совместной работы водоводов, водопроводных сетей, насосных станций и регулирующих емкостей надлежит производить в объеме, необходимом для обоснования системы подачи и распределения воды на расчетный срок, установления очередности ее осуществления, подбора насосного оборудования и определения требуемых объемов регулирующих емкостей и их расположения для каждой очереди строительства.

Для систем водоснабжения населенных пунктов расчеты совместной работы водоводов, водопроводных сетей, насосных станций и регулирующих емкостей следует, как правило, выполнять для следующих характерных режимов подачи воды:

в сутки максимального водопотребления - максимального, среднего и минимального часовых расходов, а также максимального часового расхода и расчетного расхода воды на пожаротушение;

в сутки среднего водопотребления - среднего часового расхода;

в сутки минимального водопотребления - минимального часового расхода;

Проведение расчетов для других режимов водопотребления, а также отказ от проведения расчетов для одного или нескольких из указанных режимов допускается при обосновании достаточности проведенных расчетов для выявления условий совместной работы водоводов, насосных станций, регулирующих емкостей и распределительных сетей при всех характерных режимах водопотребления.

Для систем производственного водоснабжения характерные условия их работы устанавливаются в соответствии с особенностями технологии производства и обеспечения противопожарной безопасности.

Примечание. При расчете сооружений, водоводов и сетей на период пожаротушения аварийное выключение проводов и линий кольцевых сетей, а также секций и блоков сооружений не учитывается.

При разработке схемы водоснабжения должен быть установлен перечень параметров, контроль которых необходим для последующей систематической проверки силами эксплуатационного персонала соответствия проекту фактических расходов воды и коэффициентов неравномерности водопотребления, а также фактических характеристик оборудования, сооружений и устройств. Для осуществления контроля в соответствующих разделах проекта должна быть предусмотрена установка необходимых для этого приборов и аппаратуры.

При разработке схем и систем сельскохозяйственного водоснабжения надлежит:

централизованные системы водоснабжения проектировать лишь для перспективных населенных пунктов и объектов сельскохозяйственного производства;

для сохраняемых на расчетный период сельских населенных пунктов предусматривать реконструкцию существующих водозаборных сооружений (водозаборных скважин, шахтных колодцев, каптажа родников и т.п.) с оборудованием их механизированными водоподъемниками и устройство внутренних водопроводов в отдельных культурно-бытовых и производственных зданиях;

при устройстве групповых водопроводов предусматривать меры по сохранению качества воды при ее транспортировании на большие расстояния, особенно в начальный период работы этих систем, когда скорости движения воды в водоводах значительно ниже расчетных;

рассматривать целесообразность устройства для поливки приусадебных участков отдельных сезонных водопроводов с использованием местных источников и оросительных систем, непригодных в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения;

при проектировании систем водоснабжения для районов распространения засоленных вод при отсутствии местных источников пресной воды рассматривать целесообразность использования для питьевых нужд опресненной воды и для непитьевых нужд минерализованной воды. При этом для поселков с одноэтажной застройкой внутренние водопроводы рекомендуется проектировать только для подачи минерализованной воды, предусматривая подачу опресненной воды на питьевые нужды через водоразборные колонки.

4. РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ В СХЕМЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1 Классификация водозаборов

Водозаборные сооружения (водозаборы, ВЗС) классифицируются по следующим признакам:

по виду источника водоснабжения и месту расположения - поверхностные (речные, озерные, водохранилищные, из каналов), подземные (трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, каптажи, инфильтрационные водозаборы);

по назначению - хозяйственно-питьевые, производственные (технологические), сельскохозяйственные;

по производительности - малой (меньше 1 м3/с), средней (от 1 до 6 м3/с), большой (больше 6 м3/с);

по компоновке основных элементов - совмещенные, раздельные, комбинированные;

по расположению водоприеминика - береговые, русловые, ковшевые, приплотинные и другие;

по способу приема воды - глубинные, донные, поверхностные, инфильтрационные, комбинированные;

по степени стационарности - стационарные, нестационарные (передвижные, плавучие);

по сроку эксплуатации - постоянные и временные.

Водозаборные сооружения, кроме того, классифицируют по требуемой категории надежности подачи воды.

В соответствии со СНиП все водозаборные сооружения подразделяются на 3 категории: I, II, III. При этом категория водозаборного сооружения должна совпадать с категорией системы водоснабжения, в которой функционирует водозаборное сооружение.категория - ВЗС, обеспечивающие бесперебойный отбор расчетного расхода воды. К ним относятся все типы береговых незатопляемых сооружений, водоприемные окна которых всегда доступны для обслуживания, а очистка их сороудерживающих решеток механизирована.категория - ВЗС, обеспечивающие отбор расчетного расхода воды с возможностью перерывов подачи воды до 5 часов или снижения ее подачи до 1 месяца. К ним относятся все типы русловых затопленных водоприемников, расположенных в водоеме в удалении от берега и практически недоступных в период половодья, ледохода и т.п.категория - ВЗС, отбор воды через которые может прекращаться до 3 суток. К ним следует относить плавучие и подвижные водоприемники.

2 Определение места расположения водозаборных сооружений

Бесперебойная работа водозабора в значительной степени зависит от места его расположения и конструктивных элементов, входящих в состав водозаборного узла.

Водозаборные сооружения, предназначенные для хозяйственнно-питьевого водоснабжения, должны располагаться выше населенных пунктов по течению реки, мест сброса сточных вод, стоянок судов и барж, складов. При этом водозабор должен быть максимально приближен к потребителю. Для технологических нужд промышленных предприятий, не предъявляющих высоких требований к качеству воды по бактериальным показателям, допускается устройство водозаборных сооружений на территории промышленного объекта.

На выбор водозабора большое влияние оказывают условия забора воды. Основные типы водозаборов и область их применения приведены в СНиП 2.04.02-84. Для речных водозаборов прием воды целесообразно осуществлять у вогнутого берега. В этих местах быстрее образуется ледостав, а шуга в меньшей степени забивает решетки водоприемных окон оголовка водозабора. Водозаборные сооружения нецелесообразно размещать в местах возможного образования ледяных заторов, вблизи порогов, ниже притоков, несущих большое количество взвеси и других загрязнений, в местах нереста рыб и в местах с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями.На озерах и водохранилищах водоприемники водозаборов размещают за пределами прибойных зон, в местах, укрытых от волнения.

Разнообразие местных природных условий в сочетании с различным количеством забираемой воды вызывает необходимость создания большого количества типов и конструкций водоприемных сооружений. При всем многообразии видов водозаборов должны быть соблюдены условия бесперебойной подачи на очистку необходимого количества воды и удачного расположения в части того, чтобы водозабор обеспечивал плавное обтекание его потоком и не стеснял русло водоисточника.

5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

1 Перспективные задачи в области водоснабжения и водоотведения

В настоящее время многочисленные потребители предъявляют к воде требования, различные как в количественном, так и в качественном отношении. Рост водопотребления привел во всем мире к количественному и качественному дефициту воды. Поэтому в современных условиях требуется комплексный подход к решению задач водоснабжения, учитывающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование, предусматривающий разработку мероприятий по охране источников от загрязнения и истощения, совершенствование систем водоснабжения, использование научно обоснованных норм водопотребления, разработку маловодных и безводных технологических процессов, совершенствование водного законодательства и др.

Перспективными задачами в области водоснабжения и водоотведения на железнодорожном транспорте являются:

полная ликвидация так называемого привозного водоснабжения, при котором в безводных районах на отдельные станции и в поселки вода доставляется в цистернах;

уменьшение расходов чистой воды на производственные нужды за счет более широкого применения оборотного водоснабжения;

совершенствование методов очистки природных вод и загрязненных стоков до такой степени, при которой питьевая вода удовлетворяла бы требованиям новых гигиенических нормативов (СанПиН 2.14.-559-96), а сточная вода - требованиям ГОСТ;

совершенствование управления системами водоснабжения и водоот-ведения путем применения компьютеризации.

Важнейшей задачей повышения эффективности работы систем подачи и распределения воды является защита трубопроводов от внутренней коррозии. Одним из путей решения этой проблемы является применение труб с внутренними покрытиями.

Наиболее радикальным решением проблемы экономии воды, а также уменьшения ее загрязнения является использование воды в процессе промышленного производства в системах оборотного водоснабжения.

Охлаждающие системы оборотного водоснабжения являются самыми водоемкими в области промышленного водоснабжения. Применение современных и вновь разрабатываемых охладителей позволит повысить эффективность охлаждения и, следовательно, снизить расход воды.

Одним из путей сокращения оборотной и свежей воды из природных источников на производственные нужды служит воздушное охлаждение вместо водяного. Оно позволяет уменьшить количество загрязненных сточных вод, сбрасываемых в водоемы.

В системах оборотного водоснабжения достаточно простыми в эксплуатационном отношении методами кондиционирования технической воды для защиты металлов от коррозии, предотвращения накипеобразования и борьбы с развитием биологических обрастаний являются peaгентные методы. Использование наряду с традиционными реагентами новых позволит значительно повысить эффективность работы этих систем.

При рациональном размещении сооружений оборотного водоснабжения на промышленной площадке, их блокировании и совершенствовании значительно снижаются капитальные и эксплуатационные затраты и повышается их надежность.

Дальнейшее развитие систем водоснабжения промышленных предприятий в районах с высокой плотностью застройки и развитой промышленностью ведется в настоящее время в основном за счет создания более, рациональных систем водопользования, включая замкнутые системы, а также за счет использования альтернативных источников водоснабжения, основная роль среди которых отводится использованию доочищенных сточных вод. За последние годы накоплен определенный опыт применения очищенных сточных вод в техническом и сельскохозяйственном водоснабжении.

В РФ и за рубежом проводятся комплексные исследования по проблемам, связанным с созданием замкнутых систем водного хозяйства. Их применение перспективно при водоснабжении и канализации промышленных предприятий, узлов и промышленных районов. Если раньше эти вопросы рассматривались только для промышленных зон с острым дефицитом воды, то в настоящее время создание систем с минимальным сбросом воды и отходов является непременным условием при проектировании любых предприятий независимо от места их расположения.

Дальнейшее развитие водопроводных систем и сооружений связано также с совершенствованием и созданием новых видов механического и электрического оборудования, средств автоматизации. Использование в практике проектирования и строительства укрупненных элементов заводского изготовления, внедрение методов блочного монтажа узлов технологического оборудования являются одной из мер интенсификации развития систем водоснабжения. Достижения научно-технического прогресса позволяют решать названные и другие проблемы водоснабжения наиболее рациональными и экономичными методами и способами.

Оборотные и замкнутые водохозяйственные системы.

Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили в последние десятилетия дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов практически во всех регионах России.

Одним от основных путей удовлетворения потребностей общества в воде является инженерное воспроизводство водных ресурсов, т.е. их восстановление и приумножение не только в количественном, но и в качественном отношении.

Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения. В их основу положено удивительное свойство воды, позволяющее ей не изменять своей физической сущности после участия в производственных процессах.

Промышленность России характеризуется высоким уровнем развития систем оборотного водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды, расходуемой на производственные нужды, составляет в среднем 78%. Лучшие показатели использования оборотных систем имеют предприятия газовой (97%), нефтеперерабатывающей (95%) отраслей, черной металлургии (94%), химической и нефтехимической (91%) промышленности, машиностроения (85%).

Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35,5 и 64,5%.

Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.

2 Проблемы водозаборов

Проблемы водозаборов из поверхностных источников.

Гидравлическое моделирование и аналитические расчёты водоприемной части водозаборов типов:

безковшовых (выносных водоприемников), ковшевых глубоковырезанных (береговых), самопромывающихся, комбинированных

Теоретические и экспериментальные исследования гидравлики руслового потока и водозаборных ковшей.

Рассмотрение работы гидротехнических сооружений при водозаборах:

гидравлическая направленность проблемы в условиях водоёма;

гидравлическая направленность проблемы в условиях водотока;

исследование гидравлики ковшей;

исследование гидравлики руслового потока в створе расположения
водозабора; разработка мероприятий по защите водозаборов с помощью струенаправляющих сооружений - бонов, донных порогов, шпор и т.д.

Исследование руслового процесса, движения наносов и расположения
водозаборов в плане: с учётом требований гидротехники;

при устойчивом и неустойчивом руслах.

Исследование термики речных потоков и зимнего режима водозаборных сооружений:

в летний, осеннее-зимний и зимний периоды;

зимнего режима русловых процессов;

шуголедового режима;

гидравлики зимнего режима и работы гидросооружений в зимний период;

при низких уровнях воды, экстремальных в отношении забора воды;

предложений по расположению водозаборов с учётом зимнего режима шуголедовых явлений.

Рыбозащита:

Разработка принципов гидравлико-ихтиологической защиты;

математическое моделирование захода рыбной молоди в зону захвата;

мероприятия по рыбоотведению от водоприемников и из ковша.

Разработка эксплуатационных мероприятий для водоприемной части водозаборов:

принудительных систем шуго-, рыбоотведения и наносоудаления;

исследование, производство, эксплуатация объёмных фильтрующих кассет и их совершенствование;

разработка исходных требований по технологии шуго- и рыбоотведения в водоприёмных ковшах, оборудованных принудительными гидравлическими системами.

водоснабжение водопроводный напор

Литература

1. Строительные нормы и правила. Часть II, гл. 31, СНиП П-31-74. М., Стройиздат, 1975.

2. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников. Под ред. К. А. Михайлова. М., Стройиздат, 2006.

3. Тугай А. М. Расчет и конетруирсвание водозаборных узлов. Киев, «Буддаельяии», 2008.

4. Абрамов А.А. Водоснабжение. М., Стройиздат, 2004.

5. Справочник по специальным работам. Трубы, арматура и оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А. С. Москвитина. М., Стройиздат, 2000.

6. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб., Стройиздат, 2003.

7. Сироткин В. П. Водоприемные, сооружения. М., «Высшая школа», 2005.

8. Годес Э. Г. Опыт строительства водозаборных сооружений. Л., Стройиздат, 2000.

9. Е.П. Воронина, Ю. M. Симонов, A. E. Татура. ВОДОСНАБЖЕНИЕ, Задание на курсовой проект, 2001.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Системы водоснабжения населенных пунктов классифицируются по объекту водоснабжения, назначению, способу транспортировки воды.

Классификация систем водоснабжения приведена на рис. 27.

Рис. 27. Классификация систем водоснабжения поселений.

Классификация систем по объекту водоснабжения отражает зону обслуживания системы: город, поселок, промышленный район или отдельное предприятие, сельское поселение.

Классификация систем водоснабжения по назначению характеризует целевое назначение систем:

- хозяйственно-питьевые системы предназначены для удовлетворения питьевых, хозяйственных и бытовых потребностей людей в воде;

- производственные системы обеспечивают подачу воды на промышленные предприятия для технологических нужд;

- противопожарные системы подают воду для наружного пожаротушения;

- сельскохозяйственные системы снабжают водой сельскохозяйственные комплексы;

- объединенные системы совмещают несколько функций и могут быть хозяйственно-питьевыми – противопожарными, такие системы наружного водопровода характерны для городов и других видов поселений, производственно-противопожарными и др.

Классификация систем по способу подачи воды характеризует способ перемещения воды по системе. В напорных системах движение воды осуществляется за счет работы насосов, в безнапорных – самотеком.

Системы наружного водоснабжения могут быть объединёнными (В1+В2+В3), то есть подающими воду питьевого качества и одновременно на пожаротушение, и на производственные нужды. Такие системы применяются в городах. Водопроводы предприятий обычно тоже обьединённые В3+В2.

Показатели городских водопроводов делятся на количественные и качественные.

Количественными показателями водопроводов, как гидравлических систем, являются расходы и напоры.

Показатели качества питьевой воды:

а) физические:

б) химические:

в) бактериологические:

Элементы схем водоснабжения

Элементы схемы наружного водоснабжения на рис. 28.

Элементы наружного водоснабжения:

1 ¾ источник водоснабжения;

2 ¾ водозабор;

3 ¾ водоводы;

4 ¾ очистные сооружения;

5 ¾ городская водопроводная сеть с сооружениями.

Источники водоснабжения

Важнейшей составляющей системы водоснабжения является источник водоснабжения. Необходимо отметить, что наличие водных ресурсов является одним из основных факторов, определяющих градостроительную перспективу поселения.

Природные источники водоснабжения делятся на два основных типа:

- подземные;

- поверхностные.

Доля поверхностных источников (рек, озёр, водохранилищ, каналов) составляет около 70%, а доля подземных (грунтовых и напорных артезианских вод)  около 30%.

Подземные источники водоснабжения, рис. 29, делятся на безнапорные и напорные (артезианские) . Наличие в данной местности подземных источников, пригодных для хозяйственно-питьевых целей, глубина залегания вод, мощности водоносных слоев устанавливаются гидрологическими изысканиями.

За исключением грунтовых подземных вод, находящихся в первом от поверхности земли водоносном слое, подземные воды могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей.

Безнапорные грунтовые воды используются в основном для индивидуального водоснабжения в сельской местности. При вскрытии колодцем или скважиной безнапорного водоносного слоя, уровень воды в них устанавливается на уровне, совпадающем с уровнем подземных вод.

Рис. 29. Схема залегания подземных вод. 1 – первый от поверхности земли водоносный слой (воды аэрации); 2 – безнапорные подземные воды; 3 - напорные подземные воды.

Напорные (артезианские) подземные воды характеризуются постоянством состава и температуры, в большинстве случаев они обладают высоким качеством и могут использоваться для хозяйственно-питьевого водоснабжения без очистки. К факторам, снижающим качество артезианских вод, можно отнести их возможную повышенную минерализацию. При вскрытии скважиной напорного водоносного слоя уровень воды в ней зависит от величины напора воды в водоносном слое. В том случае, если напор превышает глубину залегания напорного водоносного слоя, артезианские водыпоступают на поверхность земли и называются самоизливающимися .

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, озера, водохранилища и другие источники пресной воды, расположенные на поверхности земли. Поверхностные источники водоснабжения более подвержены загрязнению, чем подземные, поэтому в большинстве случаев требуют очистки и обеззараживания. Кроме того, поверхностные источники характеризуются изменением уровня воды в различные периоды года, льдообразованием в зимний период, и возможностью изменения гидрологических условий (образование наносов, размывание берегов и т. д.).

В некоторых случаях для хозяйственно-питьевых целей может использоваться морская вода и вода соленых озер. В этом случае требуется их опреснение путем выпаривания или использования специальных физико-химических методов обессоливания, что связано с существенными затратами вследствие высокой стоимости установок и большими эксплуатационными расходами.

Водозаборные сооружения

Сооружения для приема воды из поверхностных источников

Водозаборные сооружения предназначены для приема воды из источника.

Выбор типа водозаборного сооружения и его размещение зависят от гидрологических характеристик и характера источника. Место водозабора должно отвечать следующим требованиям:

Располагаться на кратчайшем расстоянии от потребителя (городской застройки и промпредприятий);

Выше по течению реки от города, промышленных предприятий и других потенциальных источников загрязнения воды;

Находиться на устойчивом участке реки, вне зон интенсивного движения судов, образования донных наносов и ледяных заторов;

Обеспечивать возможность устройства зон санитарной охраны водозабора.

В системах водоснабжения городов наибольшее распространение получили водозаборные сооружения берегового и руслового типов. Водозаборные сооружения берегового типа устраивают при крутом береге реки, ее значительной глубине в месте водозабора и устойчивых грунтах в основании берега. Они бывают двух видов: раздельные, рис. 30 и совмещенные, рис. 31

При раздельном водозаборном сооружении берегового типа на склоне берега располагается водоприемный железобетонный колодец, который по фронту имеет не менее двух секций, каждая из которых разделена на приемную 1 и всасывающую 2 камеры. Каждая всасывающая камера соединяется всасывающей трубой 3 с насосами 4. Вода из реки поступает в приемную камеру через окна, оборудованные с наружной стороны съемными решетками. Насосная станция 1 подъема конструктивно отделена от берегового колодца.

Рис. 30 Схема берегового водозабора раздельного вида. 1- приемная камера; 2 - всасывающая камера; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - насосы насосной станции 1 подъема

Рис. 31 Водозаборные сооружения берегового типа, совмещенные с насосными станциями. 1- водоприемная камера; 2 – насосный зал; 3 – водоприемная сетка; 4 – горизонтальный центробежный насос; 5 – вертикальный центробежный насос.

Совмещенные водозаборы, устраивают с общим основанием для водоприемного колодца и насосной станции.

Водозаборные сооружения руслового типа, рис. 32, устраивают при:

Неустойчивых грунтах в основании берега;

Малой глубине у берега в месте водозабора;

Незначительности донных наносов.

Рис. 32. Водозабор руслового типа. 1 – оголовок; 2 – самотечные трубы; 3 – береговой колодец; 4 – приемная камера; 5 – всасывающая камера; 6 - перегородка; 7 – съемная сетка; 8 – всасывающий патрубок; 9 – центробежный насос; 10 – насосная станция первого подъема; 11 – павильон; 12 – напорные водоводы.

Русловой водозабор состоит из оголовка 1, самотечных труб 2, берегового колодца 3 и насосной станции 4. Вода из реки поступает через оголовок и самотечные трубы в береговой колодец и далее в насосную станцию.

При неблагоприятных гидрологических условиях в месте водозабора устраивают ковши, из которых производится забор воды.

Зоны санитарной охраны поверхностных источников.

Для предотвращение загрязнения воды и ухудшения ее качества в месте водозабора организуются зоны санитарной охраны источника водоснабжения, состоящие из трех поясов, границы которых устанавливаются СНиП.

Первый пояс зоны охраны источника водоснабжения охватывает территорию, непосредственно примыкающую к водозабору, и является зоной строгого санитарного контроля.

Границы первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения устанавливаются на расстояниях от водозабора:

Для рек:

· вверх по течению - не менее 200 м;

· вниз по течению - не менее 100 м;

· по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от уреза воды;

· в направлении к противоположному берегу: при ширине водотока менее 100 м - вся акватория и противоположный берег шириной 50 м от уреза воды при летне-осенней межени и при ширине водотока более 100 м - полоса акватории шириной не менее 100 м;

· на водозаборах ковшового типа в границы первого пояса включается вся акватория ковша и территория вокруг него полосой не менее 100 м;

· для водоемов (водохранилище, озеро):

· по акватории во всех направлениях - не менее 100 м;

· по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от уреза воды.

Территория первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения должна быть спланирована, огорожена, озеленена и оборудована сторожевой сигнализацией. Границы акватории первого пояса зоны обозначаются предупредительными наземными знаками и буями.

На территории первого пояса зоны запрещаются:

Все виды строительства, за исключением реконструкции или расширения основных водопроводных сооружений;

Размещение жилых и общественных зданий, проживание людей, в том числе работающих на водопроводе;

Выпуск в поверхностные источники сточных вод, купание, водопой и выпас скота, стирка белья, рыбная ловля, применение для растений ядохимикатов и удобрений;

Все производственные здания, находящиеся на территории первого пояса должны быть канализованы с отведением сточных вод в систему бытовой или производственной канализации, отведение поверхностных вод организуется за пределы первого пояса.

В пределах второго пояса зоны охраны регулируется отведение территорий для поселений, лечебно-профилактических и оздоровительных учреждений, промышленных и сельскохозяйственных объектов и их благоустройство с устройством водоснабжения и канализации зданий, отводом загрязненных поверхностных сточных вод и проведением других мероприятий по защите источника водоснабжения от загрязнения.

Во втором поясе зоны поверхностного источника водоснабжения запрещается:

Загрязнение территорий нечистотами, мусором, промышленными отходами;

Размещение складов горюче-смазочных материалов, ядохимикатов и минеральных удобрений и других объектов, которые могут вызвать химические загрязнения источника водоснабжения;

Размещение кладбищ, скотомогильников, животноводческих и птицеводческих предприятий и других объектов, которые могут вызвать микробные загрязнения источников водоснабжения;

Применение удобрений и ядохимикатов.

В пределах второго пояса зоны поверхностного источника водоснабжения допускаются: птицеразведение, стирка белья, купание, туризм, водный спорт, устройство пляжей и рыбная ловля в установленных местах.

Границы второго пояса зоны реки устанавливаются:

· вверх по течению – исходя из времени протекания воды от границы пояса до водозабора 3 - 5 суток в зависимости от климатического района:

· вниз по течению - не менее 250 м;

· боковые границы - на расстоянии от уреза воды 500 - 1000 м, в зависимости от рельефа местности.

Границы третьего пояса зоны поверхностного источника водоснабжения должны быть вверх и вниз по течению водотока или во все стороны по акватории водоема такими же, как для второго пояса; боковые границы - по водоразделу, но не более 3-5 км от водотока или водоема.

В пределах третьего пояса проводятся те же мероприятия по регулированию отвода земель и благоустройству объектов, что и для второго пояса.

Сооружения для забора подземных вод.

Выбор типа водозаборного сооружения зависит от глубины залегания вод, мощности водоносного пласта, наличия напора воды в нем и ряда других факторов.

В практике водоснабжения нашли применение следующие основные типы водозаборных сооружений: шахтные и трубчатые колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы.

Шахтные колодцы применяют для забора воды из безнапорных водонесущих пластов неглубокого залегания. Для систем централизованного водоснабжения устраивают несколько одновременно действующих колодцев, расположенных перпендикулярно направлению потока грунтовых вод. Подача воды из колодцев осуществляется в сборный колодец сифонными трубами или при помощи погружных насосов. Из сборного колодца вода забирается насосной станцией второго подъема и, при отсутствии необходимости ее очистки и обеззараживания, подается в водопроводную сеть.

Трубчатые колодцы (скважины) устраивают для забора безнапорных и напорных вод из водоносных пластов глубокого залегания. Их отличительной особенностью является малый диаметр и значительная глубина.

Горизонтальные водозаборы используются при глубине залегания водоносного пласта до 8 метров. Они представляют собой дренажные трубы, расположенные в нижней части водоносного пласта, объединенные в сборный колодец.

Лучевой водозабор используется для забора подрусловых и подземных вод из водоносных пластов, расположенных на глубине до 20 метров. Данный водозабор относится к инфильтрационному типу. Вода собирается горизонтально расположенными дренажными трубами, радиально присоединенными к сборному колодцу.

Зоны санитарной охраны подземных водозаборов.

Границы первого пояса зоны подземного источника водоснабжения устанавливаются от одиночного водозабора (скважина, шахтный колодец) или от крайних водозаборных сооружений группового водозабора на расстояниях:

30 м при использовании защищенных подземных вод;

50 м при использовании недостаточно защищенных подземных вод.

В границы первого пояса зоны водозаборов следует включать прибрежную территорию между водозабором и поверхностным источником водоснабжения, если расстояние между ними менее 150 м.

Для подрусловых водозаборов и участка поверхностного источника, питающего инфильтрационный водозабор, границы первого пояса зоны предусматриваются как для поверхностных источников водоснабжения.

Смешанными являются лучевые подрусловые водозаборы, которые выполняют из горизонтальных скважин, пробуривая их в подрусловые аллювиальные отложения. Вместе с водозабором обычно совмещают насосную станцию I подъёма , которая перекачивает необработанную воду к станции водоподготовки.