Основные элементы систем водоснабжения

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.

2.2 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

3.1 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.

3.2 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.

3.3 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.

Категорию сельскохозяйственных групповых водопроводов следует принимать по населенному пункту с наибольшим числом жителей.

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.

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.

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

4.1 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.

I 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.

II 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.

III категория - ВЗС, отбор воды через которые может прекращаться до 3 суток. К ним следует относить плавучие и подвижные водоприемники.

4.2 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

5.1 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.