Технология и техника водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Технология и техника водоснабжения



1. Введение

Водоснабжение - деятельность по обеспечению потребителей водой, связанная с выбором источника водоснабжения, размещением, проектированием, строительством, реконструкцией и эксплуатацией систем водоснабжения, забором, подготовкой, хранением и подачей воды водопотребителям;

Источник водоснабжения - водный объект, который используется или предназначен для забора воды в систему водоснабжения с подготовкой воды или без неё;

Потребители воды разнообразны по своему составу, это касается в том числе и железнодорожный транспорт. Воду используют практически все службы железнодорожного хозяйства, а также многочисленные пристанционные населенные пункты. Водоснабжение на железнодорожном транспорте связано непосредственно с перевозочным процессом. Вода расходуется на заправку пассажирских вагонов, обмывку и промывку подвижного состава. На промывочно-пропарочных станциях подвергают обработке горячей или холодной водой с пропаркой и промывкой до 70% всех порожних цистерн, предназначенных для перевозки нефтепродуктов и ряда других наливных грузов. При этом расход воды на таких станциях колеблется в среднем от 200 до 900 м³/сут.

На пунктах подготовки грузовых вагонов вода расходуется на промывку вагонов после перевозки штучных и навалочных грузов (кирпича, цемента, зерна, минеральных удобрений и др.). На дезпромстанциях и дезпромпунктах водой промывают грузовые вагоны после перевозки в них скота, птиц, мяса и сырья животного происхождения.

В локомотивных депо вода расходуется на обмывку, заправку и обслуживание тепловозов и электровозов. Суточное водопотребление в таких депо колеблется от 30 до 300 м³/сут. В вагонных депо вода используется на обслуживание, обмывку и промывку вагонов, цистерн и их узлов. Водой заправляют пассажирские вагоны и рефрижераторные секции. Расход воды в вагонных депо достигает 300 м³/сут.

Основными потребителями воды в путевом хозяйстве являются шпалопропиточные и щебеночные заводы, рельсосварочные поезда, мастерские и звеносборочные базы. Среднесуточное водопотребление на одном таком предприятии колеблется от 100 до 250 м³/сут.

Для снабжения льдом изотермических вагонов на сети железных дорог действуют льдозаводы и льдопункты, на которых для приготовления 1 м³ льда расходуется около 1,5 м³ воды.

Во многих депо, на железнодорожных станциях и заводах имеются компрессорные установки, которые охлаждаются водопроводной водой. Продолжительность работы одного компрессора колеблется от 6 до,18 ч. в сутки с расходом воды на охлаждение 0,1-0,2 м³/ч.

Более 45% всей используемой воды на железнодорожном транспорте приходится на хозяйственно-питьевое водоснабжение пристанционных поселков.

В железнодорожных водопроводах обычно применяют объединенную систему водоснабжения с подачей из нее воды всем потребителям. При этом водопроводные сооружения должны пропускать одновременно расход воды для удовлетворения хозяйственно-питьевых производственных и противопожарных нужд. При объединенном водопроводе расход воды на пожаротушение должен быть обеспечен с учетом наибольшего потребления на другие нужды железнодорожной станции.



2. Системы и схемы водоснабжения при использовании поверхностных и подземных источников водоснабжения

Под системой водоснабжения населенного места понимают комплекс инженерных сооружений, расположенных в определенном технологическом порядке по ходу подачи (течению) воды и предназначенных для обеспечения потребителей необходимым количеством воды требуемого качества.

В общем случае система водоснабжения населенного места включает:

сооружения для забора воды из источника (водозаборы, водоприемники);

насосную станцию первого подъема для подачи воды в водопроводную сеть;

сооружения обработки воды (водоочистные сооружения);

резервуары для хранения запасов воды;

насосную станцию второго подъема для подачи воды в водопроводную сеть;

сооружения для регулирования и поддержания требуемых расходов и напоров в водопроводной сети (водонапорная башня насосно-пневматическая установка, нагорный резервуар);

водоводы, наружную и внутреннюю водопроводные сети для транспортировки и распределения воды потребителям.

Системы водоснабжения населенных пунктов базируются, как правило, на оборудованных водозаборных сооружениях (скважинах, каптированных родниках, кяризах, а иногда и колодцах) и могут быть классифицированы по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения населенных пунктов бывают коммунального, промышленного, сельскохозяйственного, железнодорожного, аэродромного водоснабжения и полевого водообеспечения.

По целевому назначению различают:

- хозяйственно-питьевые (хозяйственные) системы водоснабжения, подающие воду для хозяйственных, санитарно-гигиенических и питьевых нужд;

- производственные (технические) системы водоснабжения для обеспечения технологических процессов производств, работы агрегатов и оборудования;

- противопожарные системы водоснабжения для обеспечения тушения возникающих пожаров.

В зависимости от размеров населенных мест, а также количества потребляемой ими воды, системы водоснабжения могут быть объединенными или раздельными.

В населенных пунктах, где расходы воды невелики, по экономическим соображениям, как правило, устраиваются объединенные системы хозяйственного, технического и противопожарного водоснабжения.

Взаимное расположение и увязка водопроводных сооружений образуют схему системы водоснабжения или водопровода. Существенное влияние на выбор схемы системы водоснабжения оказывает вид источника воды.

По этому признаку системы водоснабжения населенных пунктов подразделяются на системы с поверхностным и подземным источником.

В системе водоснабжения, базирующейся на поверхностном источнике (Рис. 1), первым по ходу движения воды устройством является водозабор (водоприемник), который обеспечивает надежный забор из источника требуемого количества воды.

Далее вода насосами станции первого подъема подается на очистные сооружения. На очистных сооружениях осуществляется обработка воды с доведением ее до требуемого качества. Из очистных сооружений вода, как правило, самотеком поступает в резервуары чистой воды, которые обеспечивают ее хранение, а также позволяют регулировать режимы ее дальнейшего продвижения по сети и забор насосной станцией второго подъема. Часто в этих же резервуарах хранятся и противопожарные запасы воды. Насосная станция второго подъема забирает воду из резервуаров и подает ее по водопроводной сети к потребителям и в водонапорную башню (пневматическую установку).

Водонапорная башня (нагорный резервуар, пневматическая установка) служит для регулирования работы насосной станции второго подъема с учетом неравномерности разбора воды потребителями. Водонапорная башня устраивается в случае необходимости иметь значительные регулирующие запасы воды и при отсутствии больших возвышений на местности. При наличии на местности в пределах территории военного городка возвышенности с отметкой больше, чем требуемый напор в сети, целесообразно вместо водонапорной башни устраивать нагорный резервуар. Если требуется небольшой регулирующий запас воды (до 5...7 м³), то для регулирования работы насосной станции второго подъема используется пневматическая установка.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема системы водоснабжения с поверхностным источником воды

1 - источник воды; 2 - водоприемник; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция второго подъема; 7 - водонапорная башня

Транспортирование воды от насосной станции второго подъема до водопроводной сети объекта и водонапорной башни осуществляется по водопроводу. Водопровод по условиям надежности прокладывается не менее чем в две линии (водоводы). На водоводе большой протяженности могут устраиваться перемычки с камерами переключения, обеспечивающие до 70% расчетного количества воды на хозяйственно-питьевые нужды при отключении поврежденного участка на одном из водоводов. Расстояние между линиями водоводов не должно допускать размыва параллельной линии при аварии, а также повреждения обеих линий одним взрывом расчетного боеприпаса.

Основными недостатками системы водоснабжения с поверхностным источником воды являются:

- повышенная строительная и эксплуатационная стоимость ввиду большого количества инженерных сооружений;

- уязвимость при воздействии средств разрушения;

- необходимость проведения мероприятий по защите отдельных элементов;

- возможность заражения источника воды при разрушении химически опасных объектов.

Этих недостатков, как правило, лишена система водоснабжения населенного пункта, базирующаяся на подземном источнике (Рис. 2). Схема водоснабжения с подземным источником воды значительно проще и, если качество воды в источнике отвечает предъявляемым требованиям, может не включать очистных сооружений.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема системы водоснабжения с подземным источником воды

1 - водозаборная скважина; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - резервуары чистой воды; 4 - насосная станция второго подъема; 5 - водонапорная башня

В эту схему входят: подземный источник воды (скважина, шахтный колодец и т.п.), насосная станция первого подъема, резервуары для запасов воды, насосная станция второго подъема, водонапорная башня (нагорный резервуар, пневматическая установка), водоводы и водопроводная сеть.

Насосы первого и второго подъемов могут размещаться в разных или в одном помещении (совмещенная насосная станция). В отдельных случаях в небольших военных городках схема водопровода с подземным источником воды может быть еще более упрощена. Вода из источника может подаваться непосредственно в водонапорную башню (нагорный резервуар, пневматическую установку) и через разводящую водопроводную сеть - к потребителям. Если качество подземной воды не удовлетворяет требованиям потребителей, схема системы водоснабжения дополняется устройством очистных сооружений или установок для обработки воды.

По сравнению с водопроводом, базирующимся на поверхностном источнике воды, система водоснабжения с подземным источником обладает рядом достоинств, а именно:

- повышенной надежностью, ввиду рассредоточения и, соответственно, большей защищенности водозаборных сооружений (скважин, шахтных колодцев и т.п.);

- возможностью дублирования основного источника воды, так как водозаборные скважины или группы скважин могут быть устроены с эксплуатацией различных водоносных пластов;

- меньшей вероятностью заражения источника воды в условиях разрушения потенциально-опасных объектов;

- меньшей строительной и эксплуатационной стоимостью (при отсутствии сооружений для обработки воды);

- возможностью сокращения строительных площадей путем объединения в одном здании нескольких элементов, например, скважины и насосной станции второго подъема.

В схеме системы водоснабжения с подземным источником воды можно обойтись и без водонапорной башни, в этом случае подача воды в водопроводную сеть будет регулироваться путем включения в работу различного количества насосов насосной станции второго подъема.

В отдельных случаях могут устраиваться смешанные системы с поверхностными и подземными источниками воды. При этом работа системы с подземным источником, как правило, предусматривается только на военное время.

По способу подачи воды системы водоснабжения могут быть напорными и самотечными. Все выше рассмотренные системы являются напорными: вода в них подается насосами с необходимым напором.

Если источник воды находится выше объекта (потребителя) с превышением, достаточным для создания необходимого напора в водопроводной сети, применяется самотечная схема водоснабжения (рис.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Схема самотечного водопровода

1 - источник воды (родник); 2 - капотажное сооружение; 3 - нагорный (разгрузочный) резервуар; 4 - водопроводная сеть

Из источника воды (родника) вода подается в водопроводную сеть через нагорный резервуар, который выполняет одновременно функции резервуара чистой воды и регулирующей емкости. Здесь же, при необходимости, может проводиться хлорирование воды. Если напор в сети слишком большой, то его снижают при помощи разгрузочных колодцев.

Достоинствами схемы самотечного водопровода являются простота устройства и, в связи с этим, невысокая строительная стоимость, а также простота и дешевизна эксплуатации.

3. Основные элементы систем водоснабжения и их назначение

Водопроводные насосные станции представляют собой сооружения с комплексом насосных агрегатов, аппаратуры для управления насосными агрегатами и приборов контроля за их работой, трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой, устройств системы энергоснабжения. Они классифицируются:

- по месту в схеме водопровода - насосные станции первого и второго подъемов;

- по назначению - насосные станции хозяйственно-питьевого, технического (производственного, технологического) и противопожарного водоснабжения;

- по условиям подъема вода из источника и расположению оборудования относительно поверхности земли - наземные, заглубленные и глубокие (шахтного типа);

- по условиям защиты - незащищенные и защищенные.

Как отмечалось выше, насосные станции первого подъема устраиваются для подачи воды из водозаборов на очистные сооружения, а если вода не требует обработки - в резервуары чистой воды или непосредственно в водопроводную сеть.

Насосные станции второго подъема подают воду из резервуаров чистой воды потребителям. Их производительность и режим работы зависит от суточного расхода воды потребителями и графика водопотребления.

Водоочистные сооружения представляют собой комплекс расположенных в определенной технологической последовательности отстойников, осветлителей (фильтров) и других устройств (установок) на которых осуществляется улучшение качественных показателей природной воды. Состав и компоновка водоочистных сооружений, а также их конструктивное исполнение могут быть различными.

Обработка хозяйственно-питьевой воды, не содержащей отравляющих и радиоактивных веществ, производится с помощью устройств или сооружений (установок), в которых осуществляются технологические процессы ее осветления и обеззараживания. Комплекс этих процессов и их взаимодействие представляет собой технологическую схему обработки воды. По числу этапов осветления технологические схемы могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми. Сами же сооружения для обработки воды бывают самотечными (открытыми) или напорными.

Самотечные (открытые) технологические схемы (Рис. 4) работают при атмосферном давлении. В них вода насосами первого подъема подается в первое по ходу движения воды устройство, а дальше двигается самотеком вследствие разности уровней в них.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Самотечная технологическая схема

а - одноступенчатая; б - двухступенчатая

1 - осветлитель; 2 - установка обеззараживания воды; 3 - резервуар чистой воды; 4 - насос (насосная станция) второго подъема; 5 - смеситель; 6 - фильтр



Взаимное расположение сооружений в пределах расчетного напора не имеет значения. Напорные сооружения и установки требуют меньшей площади, высота сооружений в сравнении с самотечными значительно меньше.

Основными недостатками напорных технологических схем являются:

- трудность контроля и регулирования технологических процессов;

- необходимость применения металлических конструкций, рассчитанных на значительное внутреннее давление;

- загрязнение фильтров происходит быстрее вследствие задержки механических примесей только фильтрами, поэтому применение одноступенчатых технологических схем ограничено невысокой мутностью исходной воды.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Напорная технологическая схема

а - одноступенчатая: б - двухступенчатая

1 - резервуар; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - дехлоратор

Напорные технологические схемы применяются в войсковых водоочистных установках, системах водоснабжения защищенных объектов, на небольших водопроводах военных городков, аэродромах.

В напорной двухступенчатой технологической схеме применяются напорные элементы предварительного осветления воды (осветитель) с последующей ее фильтрацией в напорных фильтрах. Этой схеме свойственны достоинства напорной одноступенчатой, однако, она может применяться и при более высокой мутности воды источника.

Работа фильтра протекает при определенном напоре, полная величина которого складывается из напоров, необходимых для преодоления сопротивления в фильтрующем слое, дренажном устройстве и в отводящей фильтрованную воду (фильтрат) системе. Потери напора выражаются в метрах водяного столба и зависят от: скорости фильтрации; размеров зерен и пористости фильтрующей среды; толщины слоя фильтрующей среды; степени загрязнения фильтрующей среды взвесями; температуры воды и других факторов. Во время работы фильтра потери напора возрастают.

Полный напор на фильтре создается разностью уровней воды на фильтре и в резервуаре чистой воды. В зависимости от величины скорости фильтрации фильтры делятся на медленные и скорые.

Медленные фильтры (Рис. 6) относятся к самотечным и применяются без предварительного коагулирования исходной воды. В качестве фильтрующей среды в таких фильтрах применяется песок в два слоя: верхний высотой 1,2 м с диаметром зерен 0,3…1 мм и нижний высотой 0,5 м с диаметром зерен 1…2 мм. Песок поддерживается гравием или щебнем в 4 слоя с диаметром (сверху вниз) от 2 до 32 мм и общей высотой 0,45 м. Общая высота загрузки составляет 1,7 м. Могут устраиваться фильтры без слоя гравия, который в этом случае заменяется пористым бетоном.

Медленные фильтры в зависимости от мутности воды работают со скоростью фильтрации от 0,1 до 0,2 м/час. При фильтрации воды на поверхности фильтра отлагается слой осадка - фильтрующая пленка с малыми порами, состоящая из частиц взвесей, задерживаемых фильтром, и различных микроорганизмов. Малая скорость фильтрации способствует лучшему задержанию механических взвесей (мутность в фильтрате не превышает 0,1…1 мг/л). Весь процесс осветления воды протекает в незначительном верхнем слое песка. Для работы фильтра необходим слой воды над поверхностью песка, равный 1,5 м. Фильтры дают должный эффект только после созревания фильтрующей пленки, которое длится в течение 1-2 суток. Без очистки фильтры работают в течение 1-2 месяцев, после чего 1-2 см верхнего слоя песка заменяется. Фильтры такого типа применяются при мутности исходной воды не более 50 мг/л.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Медленный фильтр

1 - распределительные желоба; 2 - биологическая пленка; 3 - песок; 4 - гравий; 5 - дренаж

Конструктивно фильтр представляет собой прямоугольный бетонный или кирпичный резервуар. В фильтрах площадью до 10-15 м² дренаж для отведения фильтрата не устраивается, а вода отводится по лотку в днище. В фильтрах с большей площадью вода отводится через дренажное устройство из дырчатых труб, кирпичей и др. Медленные фильтры не требуют для своего обслуживания повседневно работающего персонала, технология их работы проста, они могут автоматизироваться с помощью простейших регуляторов скорости фильтрации, реагентное хозяйство не требуется.

Скорые самотечные фильтры (Рис. 7) работают с предварительным коагулированием и отстаиванием воды и служат для удаления взвесей, не задержанных в отстойниках (осветлителях).

Фильтрующей средой в таком фильтре служит кварцевый песок или дробленый антрацит с диаметром зерен от 0,5…1,2 до 0,9…1,8 мм и с коэффициентом неоднородности от 1,5…1,7 до 2,2. Толщина слоя песка (дробленого антрацита) принимается в зависимости от диаметра его зерен и может составлять от 0,7 до 2 м. Песок покоится на поддерживающем слое гравия или щебня с диаметром зерен от 2 до 32 мм, предназначенном предотвращать вымывание песка при фильтрации. Общая толщина поддерживающего слоя составляет 0,6-0,7 м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Скорый самотечный фильтр

1 - труба для подачи воды из отстойника (осветлителя); 2 - промывные желоба; 3 - трубчатый дренаж; 4 - песок; 5 - гравий;

При фильтрации взвеси частично задерживаются на поверхности фильтра, образуя фильтрующую пленку с малыми размерами пор, а главным образом в его толще. В начале фильтрования в течение 5-10 минут фильтрат может еще содержать больше взвесей, чем допускается нормами, поэтому отводится в канализацию. С течением времени толщина и плотность фильтрующей пленки увеличивается, поры фильтрующей среды заполняются, гидравлические сопротивления фильтра (потери напора) увеличиваются. Чем выше скорость фильтрации и мутность поступающей на фильтр воды, тем быстрее он загрязняется. При достижении предельного загрязнения и предельной величины потерь напора фильтр очищается (регенерируется) промывкой его потоком воды снизу вверх. Расчетный напор для работы фильтра принимается равным 3 м.

Период, включающий время на работу фильтра до промывки и на промывку, называется фильтроциклом; в зависимости от режима работы фильтра, качества вода и степени предварительного ее осветления фильтроцикл составляет от 6 до 24 часов и более. Наиболее эффективна работа фильтра при постоянной производительности и скорости фильтрации, что обеспечивается специальными регуляторами. Скорые фильтры работают со скоростью фильтрации 6-10 м/ч; при форсированном режиме она повышается до 7,5-12 м/ч.

Ниже поддерживающего слоя располагается дренажная система, служащая для равномерного отведения воды с фильтра и для равномерного распределения промывной воды по всей площади фильтра при его промывке. Более всего распространен трубчатый дренаж, представляющий собой систему труб с направленными вниз отверстиями. Для дренажа применяются металлические или пластмассовые трубы; последние более устойчивы против коррозии. Существуют и другие виды дренажа, в том числе и такие, при которых не требуется поддерживающий слой гравия. На фильтры вода поступает через промывные желоба, обеспечивающие равномерность распределения воды по всей площади фильтра и ее отведения при промывке.

При промывке фильтра промывная вода поступает в дренажную систему, проходит через поддерживающий и фильтрующий слои, переливается через края промывных желобов и отводится в сток. Расчетная интенсивность промывки должна обеспечивать расширение фильтрующего слоя в зависимости от диаметра зерен, равное 25-45% его толщины. Практическая величина интенсивности промывки лежит в пределах 12-18 л/с на м², длительность промывки составляет 5-6 минут. В фильтрах с дробленым антрацитом интенсивность и длительность промывки уменьшается примерно в два раза.

Фильтры промываются очищенной водой, она подается в дренажную систему промывными насосами от напорной линии насосов второго подъема или из напорных баков.

Скорые самотечные фильтры могут применяться во всех системах водоснабжения военных объектов при любой мутности воды в источнике и на станциях любой производительности.

Двухслойные скорые фильтры конструктивно отличаются от предыдущих фильтров характером и величиной фильтрующего слоя. Фильтр состоит из верхнего слоя дробленого антрацита с размером зерен 1,1 мм и нижнего слоя песка с размерами зерен 0,8 мм; высота каждого слоя 0,4-0,5 м. Общая высота фильтра меньше высоты предыдущего фильтра. Двухслойный фильтр работает со скоростью фильтрации около 10 м/ч, а при форсированном режиме - до 12 м/час. Интенсивность промывки принимается равной 13-15 л/с на м² при ее длительности 6-7 мин. Достоинством таких фильтров является более высокая их производительность; межпромывочный период более длительный и составляет 24 и даже 48 часов вследствие повышенной грязеемкости слоя антрацита. Общий расход воды на промывку ниже, чем в однослойных фильтрах благодаря более длительному межпромывочному периоду. Недостатком является несколько повышенная стоимость фильтрующего слоя вследствие более высокой стоимости дробленого антрацита.

Контактные осветители (Рис. 8) представляют собой фильтры с движением потока воды снизу вверх. Фильтрующей средой в таких фильтрах служит гравий с диаметром зерен (снизу вверх) 32-2 мм, общим слоем около 35 см, поверх которого лежит слой кварцевого песка толщиной 200 см с размером зерен 0,5-2 мм. Слой гравия покоится на распределительной трубчатой системе, по которой поступает осветленная вода; по этой же системе подается вода на промывку фильтра.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Контактный осветлитель

1 - подводящая (промывная труба); 2 - распределительная система труб; 3 - гравий; 4 - кварцевый песок; 5 - желоба

Желоба служат для отведения осветленной воды при ее очистке, а также грязной промывной воды при промывках фильтра. Перед поступлением в контактный осветлитель вода насосом первого подъема подается во входную камеру, где происходит выделение из воды воздуха и механических примесей. Из входной камеры вода поступает в осветлитель самотеком. На участке между входной камерой и осветлителем в воду вводится раствор коагулянта. При движении воды через фильтрующий слой происходит коагуляция при контакте коагулянта и других коллоидных растворов воды на поверхности зерен фильтрующей среды (контактная коагуляция). Процесс протекает быстрее, чем в камерах хлопьеобразования. Взвеси отлагаются в порах фильтрующего слоя и на поверхности его зерен, а вода осветляется. Расчетная скорость фильтрации принимается в пределах 5 м/ч, межпромывочный период составляет не менее 8 часов. Промывка длительностью 7-8 минут производится с интенсивностью 13-15 л/с на м². Для промывки может применяться как очищенная, так и неочищенная вода (во втором случае мутность воды не должна превышать 10 мг/л).

Потери напора при фильтрации и промывке контактных осветлителей определяются так же, как и при промывке фильтров. Контактные осветлители характеризуются небольшой общей высотой, при их применении не требуются отстойники, смесители, камера хлопьеобразования, протяженность подводящих коммуникаций незначительна. Однако применение контактных осветлителей ограничено величиной мутности обрабатываемой воды (не более 150 мг/л). Вследствие небольшой скорости фильтрации площадь контактных осветлителей больше, чем однослойных и двухслойных фильтров при той же производительности. Поэтому выбор типа и конструкции сооружений для обработки воды в каждом конкретном случае обосновывается технико-экономическим сравнением вариантов.

4. Схема оборотного и последовательного водоснабжения для промышленных объектов

Схемы производственного водоснабжения применяют для промышленных предприятий. Схема может быть прямоточной, с повторным использованием воды и оборотной. Выбор схемы производственного водоснабжения предприятий зависит от характера производства, мощности и местоположения водоисточника, требований к качеству воды и других показателей. На рисунке9 приведены возможные схемы производственного водоснабжения. Прямоточная система (Рис. 9, а) предусматривает забор воды для производственных целей из водоисточника насосной станцией и подачу ее в полном объеме по водопроводной сети. После использования в технологическом цикле вода сбрасывается в водоем после соответствующей очистки.



Рис. 9. Схемы производственного водоснабжения:

а - прямоточная; б - с повторным использованием воды; в - оборотная;

1 - река; 2 - водозаборные сооружения; 3 - очистные сооружения; 4 - насосная станция II подъема; 5 - водоводы; 6 - промышленное предприятие; 7 - сброс отработанной воды; 8 - станция очистки сточных вод; 9 - сброс воды в реку; 10 - водоохлаждающее устройство; 11 - сборная камера; 12 - насосная станция оборотной воды

Схема с повторным использованием воды (Рис. 9, 6) предусматривает последовательное использование воды несколькими потребителями, после чего происходит ее сброс в канализационную сеть для обработки в очистных сооружениях.

При оборотном водоснабжении (Рис. 9, в) вода, участвующая в технологическом процессе, не сбрасывается в водоем, а после обработки вновь возвращается в производственный цикл. Пополнение потерь воды восполняется из источника

5. Нормы и режим водопотребления

Для проектирования системы водоснабжения и правильного размещения на железнодорожной станции всех водопроводных сооружении и устройств необходимо иметь данные о числе и составе водопотребителей, количестве расходуемой каждым из них воды и режиме ее потребления. Для определения количества воды, которое должно быть подано водопроводными сооружениями, пользуются расчетными нормами водопотребления.

Норма водопотребления (согласно проекта ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗАКОНА «О ВОДОСНАБЖЕНИИ»)- установленное количество потребляемой воды в расчете на одного человека или на условный показатель, используемый для характеристики соответствующего производственного процесса.

Нормы водопотребления, то есть количество воды, расходуемое данным потребителем за определенный промежуток времени, для различных условий (климатических, погодных и т.д.) могут различаться.

Пример минимальных норм водопотребления для напряженных условий жизнедеятельности человека приведен в таблице 1.

Таблица 1. Нормы потребления (расхода) воды на различные нужды

Виды потребления воды	Условия
	Умеренная погода, t + 25 0С	Жаркая погода, t> 25 0 С
хозяйственно-питьевые, литров на 1 человека в сутки	единичная норма водопотребления	10 -19	15 - 29
	чай, запас воды во флягах	2,5 - 3	4
	приготовление пищи, мытье кухонного инвентаря	3,5 - 5	3,8 - 6
	мытье индивидуальной посуды	1	1 - 2
	умывание	3 - 5	6 - 7
	ежедневное обтирание	До 5	До 10
	другие нормы
	выпечка хлеба	1 л на 1 кг
	содержание животных	от 4 до 50 л на голову
	обработка забитых на мясо животных	от 50 до 150 л на голову

Удельная норма водопотребления - количество воды, необходимое для производства единицы продукции.

Для специфических железнодорожных водопользователей существуют ведомственные удельные нормы водопотребления.

Нормы расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих и служащих во время их пребывания на производстве составляют 45 л/чел в смену в горячих цехах и 25 л/чел в смену в холодных цехах. Часовой расход воды на одну душевую сетку на промышленных предприятиях принимается равным 500 л при продолжительности пользования душем 45 мин.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в пристанционных поселках и других населенных пунктах принимаются по СНиП 2.04.02-84 (Табл. 2). Для удовлетворения нужд местной промышленности, обслуживающей население продуктами, и неучтенных расходов для населенных пунктов рекомендуется принимать дополнительно в размере 10...20% общего расхода на хозяйственно-питьевые нужды.

Приведенные в таблице 2 нормы предусматривают водопотребление только в жилых и общественных зданиях. Для других потребителей, таких, как дома отдыха, санаторно-туристические комплексы, детские лагеря, школы-интернаты, которые часто подключают к железнодорожным водопроводам, расходы воды следует принимать согласно СНиП 2.04.01-85.

Расход воды на поливку и мойку улиц и площадей, а также на поливку зеленых насаждений, газонов и цветников учитывается дополнительно. Число поливок в зависимости от климатических условий принимается равным 1-2 в сутки.

Таблица 2. Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

Степень благоустройства районов жилой застройки	Удельное среднесуточное хозяйственно-питьевое водопотребление в населенных пунктах на одного жителя (за год), л/сут
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией: без ванн	125-160
с ваннами и местными водонагревателями	160-230
с центральным горячим водоснабжением	230-350
застройка с водопользованием из уличных водоразборных колонок	30-50

Таблица 3. Удельные нормы расхода воды, л/м², на одну мойку или одну поливку

Механизированная мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей Механизированная поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей Поливка вручную (из шлангов) усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов Поливка городских зеленых насаждений Поливка газонов и цветников	1,2-1,5 0,3-0,4 0,4-0,5 3-4 4-6

Расходы воды на пожаротушение в суммарное суточное водопотребление не включают, так как они являются эпизодическими. Однако система водоснабжения должна обеспечить возможность подачи требуемых количеств воды к месту пожара в любое время. Нормы расхода воды на наружное пожаротушение в населенном пункте приведены в СНиП 2.04.01-85. Продолжительность тушения пожара в большинстве случаев принимается равной 3 ч. Обычно запас воды на тушение пожара хранится в резервуарах чистой воды.

Для объединенного водопровода, обслуживающего железнодорожную станцию и населенный пункт, количество одновременных наружных пожаров принимают:

при площади территории железнодорожной станции до 150 га и численности жителей в населенном пункте до 10 тыс. чел. - один пожар (по наибольшему расходу на железнодорожной станции или в населенном пункте); то же, при числе жителей в населенном пункте от 10 до 25 тыс. чел. - два пожара (один на железнодорожной станции и один в населенном пункте);

при числе жителей в населенном пункте более 25 тыс. чел. расчетный расход на пожаротушение принимают как сумму потребного большего расхода (на железнодорожной станции или в населенном пункте) и 50% потребного меньшего расхода (на железнодорожной станции или в населенном пункте).

Режим работы отдельных сооружений системы водоснабжения определяется режимом расходования воды потребителями, который непрерывно меняется в течение всего периода эксплуатации. Потребители расходуют воду на протяжении года, суток и часов весьма неравномерно. Например, суточные расходы воды населением изменяются в течение года в свиязи с колебанием температуры и влажности воздуха, обычаями и привычками людей, чередованием праздничных, выходных и рабочих дней. Наблюдениями, проводимыми в течение ряда лет за изменением суточного водопотребления в разных условиях можно получить графики суточного водопотребления в течение года. Однако для проектирования системы водоснабжения сведений о среднесуточном водопотреблении недостаточно. Необходимо иметь расходы воды и в другие сутки, когда имеет место максимальное и минимальное водопотребление. Для определения расходов воды в населенном пункте в разное время года по данным среднесуточного за год расхода воды вводятся понятия коэффициентов суточной неравномерности водопотребления, которые учитывают уклад жизни людей, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели. Значения этих коэффициентов принимаются в следующих пределах:

К_{сут макс}=1,1.... 1,3; K_{сут мин}=0,7...0,9.

Большая неравномерность водопотребления в течение года обычно имеет место в населенных пунктах с небольшим числом жителей при слабом развитии промышленности и значительных сезонных колебаниях температуры.

В течение суток также заметны довольно значительные колебания часовых расходов, вызываемые сменой дня и ночи, распорядком работы, различными случайными явлениями. Часовые расходы воды потребителями колеблются на протяжении суток от Q_ч.max до Q_ч.min.

Размер и характер колебаний расходов на хозяйственно-питьевые нужды населения резко отличаются от размеров и характера колебаний расходов воды на производственные нужды. Поэтому общий максимальный расход воды в пункте водоснабжения не может быть получен путем простого суммирования максимальных часовых расходов отдельных водопотребителей. Для построения общего суточного графика водопотребления необходимо распределить расчетные расходы воды по часам суток каждым потребителем в отдельности, после чего эти часовые расходы суммируют и получают общий расход воды всеми потребителями за каждый час суток. На основании анализа общих часовых расходов воды находят максимальный и минимальный часовые расходы.

Режим расходования воды производственными предприятиями зависит от технологии производства, типа используемого оборудования, количества смен и других факторов и задается технологом производства.

Режим расходования воды на хозяйственно-питьевые нужды в населенных пунктах зависит от числа жителей, степени развития промышленности и ряда других факторов и характеризуется коэффициентами часовой неравномерности водопотребления, значения которых для населенных пунктов определяют по следующим формулам:

К_{сут макс}=б_max в_max ;К_сутmin=б_min в_min (1)

Коэффициент б учитывает степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Он принимается равным: б_max =l,2...1,4, б_min = 0.4...0.6.

Коэффициент в_max учитывает влияние численности населения объекта, и его выбирают в зависимости от числа жителей N.

Коэффициенты часовой неравномерности производственного водопотребления К_чmaxп и К_чminп устанавливаются технологическим проектом предприятия.

6. Определение расчетных расходов воды

Для бесперебойного и полного снабжения водой всех потребителей отдельные сооружения системы водоснабжения рассчитывают исходя из разных расходов воды, а именно:

разводящую водопроводную сеть, из которой вода поступает непосредственно потребителям, рассчитывают на подачу максимальных секундных расходов воды q_mах;

насосные станции, напорные водоводы, водозаборные и очистные сооружения рассчитывают на подачу среднечасовых расходов в сутки максимального водопотребления Q_{ч ср};

регулирующие емкости водонапорных сооружений определяют по расчетному расходу в сутки максимального водопотребления Q_сутmах;

себестоимость 1 м³ подаваемой воды определяют исходя из годового объема водопотребления Q_год

Различают фактические и расчетные расходы воды.

Фактическими принято называть расходы воды, замеренные приборами, которые устанавливают на насосных станциях и на вводах в отдельные здания.

Расчетными называют расходы воды, определенные теоретически по нормам водопотребления и числу водопотребителей.

Расчетные суточные расходы воды обычно определяют отдельно для каждой категории водопотребителей.

Средний суточный расход воды Q_cyт.сp.x,м³/сут. на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяют по формуле:

Q_cyт.сp.x=(2)

где: q_жi- удельное водопотребление, л/сут, принимаемое по СНиП 2.04.02-84;

N_жi.- расчетное число жителей в районах жилой застройки с различной степенью благоустройства;

1000 - переводной коэффициент (метр кубический в литры).

Максимальный суточный расход воды Q_cyт.max.x, м³/сут, на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте:

Q_cyт.max.x = К_{сут. макс}Q_cyт.сp.x (3)

где: К_{сут. макс} - максимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления.

Минимальный суточный расход воды Q_cyт.min.x м³/сут, на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте

Q_cyт.min.x = К_{сут. min}Q_cyт.сp.x (4)

где: К_сутmin - минимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления.

Максимальный суточный расход воды Q_{cyт.max.полив.}, м³/сут, на поливку улиц, площадей, зеленых насаждений, газонов и цветников определяют по формуле:

Q_{cyт.сp.полив}=, (5)

где: q _полив. - норма на поливку, л/м², принимается по СНиП 2.04.02-84;

F_полив.i- поливаемая площадь, м²;

n_полив. - количество поливок в сутки.

Средний суточный расход воды Q_{сут.ср.полив.}, м³/сут., на поливку улиц, площадей, зеленых насаждении, газонов и цветников:

Q_{cyт.сp.полив}=, (6)



где: Т - число дней полива в году.

Средний суточный расход воды Q_cyт.ср.п м³/сут, на производственные нужды предприятий составляет:

Q_cyт.ср.п=Уq_Пi П_i, (7)

где: q_ni- норма потребления воды на одну расчетную единицу, производственную операцию или агрегат, м³;

П_i - количество расчетных единиц в сутки на предприятии.

Максимальный суточный расход Q_cyт.maxп, м^з/сут, на производственные нужды предприятий:

Q_{сут.max п.}=K_{сут.mах п.}Q_{сут.ср.п}., (8)

где: K_{сут.mах п.}- максимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления для предприятия.

Минимальный суточный расход воды, м^з/сут, на производственные нужды предприятия:

Q_{сут.min п.}=K_{сут.min п.}Q_{сут.ср.п}, (9)

где: K_сут.minп - минимальный коэффициент суточной неравномерности водопотребления для предприятия.

Суточный расход воды Q_сут.х-рм^з/сут, на хозяйственно-питьевые нужды рабочих на предприятии определяют по формуле:

Q_сут.х-р=0,025(n'_x + n”_x+ n”'_x)+0,045(n'_г + n”_г+ n”'_г) (10)

где: 0,025 и 0,045 - норма водопотребления за одну смену на одного рабочего, соответственно в холодном и горячем цехах;

п_х, п_г- количество рабочих, соответственно в холодных и горячих цехах, за каждую смену.

Суточный расход воды Q_{сут.душ}м^З/сут, на душевые нужды предприятия определяют по формуле: -

Q_{сут.душ}.= (11)

где 0,5 - норма расхода вода на одну душевую сетку, м³/ч;

п- количество рабочих, пользующихся душем в конце каждой смены;

45 - продолжительность приема душа, мин.;

60 - множитель перевода часового расхода душевой сетки в минутный;

Максимальный часовой расход Q_ч.max, м³/ч в сутки минимального водопотребления:

Q_{ч max}= (12)

Минимальный часовой расход Q_чmin, м³/ч в сутки минимального водопотребления:

Q_{ч min}=(13)

где К_ч.max и К_ч.min - максимальный и минимальный коэффициенты часовой неравномерности.

Расчетные секундные расходы воды, q, л/с, определяют для каждого потребителя в отдельности в час максимального (минимального) водопотребления по формуле:

Q_с=, (14)

где Q_ч- часовой расход воды данным потребителем в час максимального (минимального) водопотребления, м³/ч;

t- время расходования воды в течение часа, мин.

7. Понятие о свободных напорах в водопроводной сети

Подача воды потребителям должна быть обеспечена не только в заданном количестве, но и с необходимым свободным напором, измеряемым высотой столба воды (Н_м) над поверхностью земли.

Минимальный свободный напор в сети водопровода при хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание для одноэтажной застройки принимается равным 10 м. Такой напор должен быть обеспечен у здания, расположенного у так называемой диктующей точки (наиболее удаленной от водонапорной башни или менее от нее удаленной, но высоко расположенной).Если у диктующей точки минимальный свободный напор обеспечен, то остальные потребители будут питаться при несколько большем напоре.

Для двух-, трехэтажной и т. д. застройки свободный напор увеличивается на 4 м на каждый этаж. Стало быть, для п- этажной застройки расчетный минимальный свободный напор у здания, расположенного у диктующей точки, равен:

Н = 4(п - 1)+10 [м].

При эксплуатационных технологических режимных расчетах в часы минимального водопотребления свободный напор на каждый этаж, кроме первого, принимается равным 3 м. Тогда:

Н = 3(п - 1)+10 [м].



От наружной сети водопровода можно подавать воду в здания высотой не более 13 этажей, поскольку давление воды в трубах этой сети выше 6 * 10⁵ Па (6 атм, 6 кгс/см², Н >60 м вод. ст.) не допускается.

Для одиночных высоких и высотных зданий (или их групп) проектируют местные насосные установки, повышающие давление.

Свободный напор у водоразборных колонок (уличных, заправочных), а также у одноэтажных производственных зданий (мастерские, депо, цех) должен быть не менее 10 м.

Противопожарные водопроводы бывают преимущественно низкого давления со свободным напором при пожаротушении (совпадающим с максимальным хозяйственно-питьевым водопотреблением) не менее 10 м (над уровнем поверхности земли).

В населенных пунктах с количеством жителей до 5 тыс. человек, где нет пожарного депо, проектируется противопожарный водопровод высокого давления. В этом случае на насосной станции кроме хозяйственных устанавливаются пожарные насосы, оборудованные автоматическими устройствами, обеспечивающими их пуск не позднее чем через 5 мин после сигнала о возникновении пожара. Создаваемый пожарным насосом свободный напор:

, (м), ,

где: Т - высота расчетного здания до конька крыши;

- сумма потерь напора в пожарном гидранте, стендере (пожарная колонка, к которой присоединяются шланги), рукавах (шлангах) и стволе (спрыске).



8. Схемы водопроводных сетей и правила их трассирования

Водопроводные сети предназначены для транспортирования воды к потребителям. По своему начертанию водопроводные сети бывают разветвленные или тупиковые (Рис. 10, а) и кольцевые (Рис. 10, б). Конфигурация сети зависит от планирования снабжаемого водой объекта, размещения на его территории отдельных водопотребителей, рельефа местности, места расположения используемых источников водоснабжения, наличия естественных и искусственных препятствий.

Рис. 10. Схемы начертания водопроводных сетей:

а - тупиковая; б - кольцевая; 1-водонапорная башня; 2.- магистральная сеть; 3. - водопотребители

Тупиковые сети допускают транспортирование воды к потребителю по единственному направлению. Поэтому такие сети не обеспечивают бесперебойности, так как авария на любом участке этой сети приводит к прекращению подачи воды всем потребителям, расположенным ниже места аварии по направлению движения воды. Кольцевые сети в отличие от тупиковых имеют более высокую надежность. Благодаря наличию параллельно работающих магистралей в этих сетях авария на любом участке не вызывает прекращения подачи воды всем потребителям, кроме питающихся непосредственно от поврежденного участка.

Водопроводную сеть следует проектировать кольцевой, тупиковые линии разрешается устраивать в хозяйственно-питьевых водопроводах при диаметре труб не более 100 мм, в противопожарных водопроводах при длине линии до 200 м и производственных водопроводах при допустимости перерыва в водоснабжении на время ликвидации аварии.

В зависимости от взаимного расположения насосной станции, водонапорной башни и разводящей сети различают схемы с водонапорной башней: в начале сети (Рис. 11, а), внутри сети (Рис. 11, б) и в конце сети (сеть с контррезервуаром, Рис. 11, в).

Рис. 11. Схемы питания водопроводных сетей с водонапорной башней:

а - в начале сети; б - внутри сети; в - в конце сети (с контррезервуаром); 1 - насосная станция; 2 - водонапорная башня; 3 - разводящая сеть

Водопроводная сеть состоит из магистральных и распределительных линий. Магистральными называют линии, которые предназначены в основном для распределения воды по всей территории населенного пункта. Распределительными называют линии, которые получают воду из магистральных линий и подают ее к потребителям через центральные пункты или домовые вводы.

В практике проектирования гидравлическому расчету подвергают, как правило, только сеть магистральных линий, а диаметры распределительных линий хозяйственно-противопожарного водопровода принимают не менее 100 мм и диктуются эти размеры расходом воды на пожаротушение. В крупных городах подача пожарного расхода требует увеличения диаметра труб распределительной сети до 150 мм, а иногда и до 200 мм.

При проектировании магистральной сети следует руководствоваться следующими принципами ее трассировки:

1.Основное направление магистральных линий должно соответствовать основным направлениям потоков воды по территории снабжаемого объекта.

2.По основному направлению должно быть предусмотрено несколько магистральных линий, включенных параллельно и обеспечивающих бесперебойность работы сети, продольные магистрали необходимо соединить перемычками, которые позволяют в случае аварии выключить не всю магистраль, а только отдельные ее участки. Опыт проектирования магистральных сетей показывает, что оптимальное расстояние между магистральными линиями составляет 300-600 м. Соответственно расстояние между перемычками принимается равным 400-800 м. Диаметры труб перемычек должны назначаться с учетом работы их при аварии на магистральной линии. Обычно диаметр труб перемычки назначается на один - два размера меньше, чем диаметр магистральной линии.

3.Магистральная сеть должна охватывать наиболее крупных потребителей воды и располагаться равномерно по всей территории снабжаемого водой объекта.