Системы водоснабжения

Для обеспечения городов и промышленных предпри­ятий водой строят системы водоснабжения – комплекс инженерных сооружений, а также мероприятий, обеспе­чивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу потребителям.

Система водоснабжения города или промышленного предприятия состоит из следующих основных элементов:

водоприемных сооружений;

водоподъемных сооружений, т. е. насосных станций, подающих воду к очистным сооружениям (насосные станции I подъема) или потребителям (насосные стан­ции II подъема);

очистных сооружений;

башен и резервуаров, накапливающих запасы воды или регулирующих напоры и расходы;

водоводов и сети трубопроводов, предназначенных для транспортирования воды от сооружения к сооруже­нию или к потребителям.

Источниками водоснабжения могут служить поверх­ностные водоемы (реки, озера, моря) и подземные воды (скважины, колодцы). Выбор места забора воды и ме­стоположения водоприемного сооружения и насосной станции I подъема определяется санитарными соображе­ниями – стремлением получить из источника наиболее чистую воду. Например, при заборе воды из рек это до­стигается расположением водоприемного сооружения выше по течению реки относительно объекта водоснаб­жения, т.е. выше мест возможного загрязнения воды во­доема. Для обеспечения промышленных предприятий водой предусматривают повторное и многократное ис­пользование ее по схеме оборотного водоснабжения, при которой отработанные (сточные) воды после соответст­вующей очистки вновь возвращаются на производство.

На рис. 3,1 показана схема водоснабжения города с поверхностным источником, из которого вода забирается водоприемным сооружением и подается насосами насосной станции I подъема на очистные сооружения. После очистки и обеззараживания вода собирается в резервуарах чистой воды. Затем насосами станции II подъема вода подается по водоводам в сеть трубопроводов, разводящую воду потребителям.

Рис. 3.1. Схема водоснабжения:

1 – водоприемные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – очистные сооружения; 4 – резервуар чистой воды; 5 – насосная станция; 6 - водоводы; 7 – водонапорная башня; 8 – магистральная водопроводная сеть.

Водозаборные сооружения должны обеспечивать бес­перебойное снабжение потребителей водой хорошего ка­чества в течение всего года. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения наиболее пригодны подземные воды, так как они обладают сравнительно высоким качеством и часто не нуждаются в очистке. Для промышленных целей преимущественно используют поверхностные ис­точники водоснабжения. При этом для водоснабжения некоторых производств, не нуждающихся в высоком ка­честве воды, ее подвергают только простейшей очистке либо вообще не очищают.

Тип и конструкция сооружения для приема подзем­ных вод зависят в основном от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта. К этим сооружениям относятся трубчатые и шахтные колодцы, горизонталь­ные водозаборы.

Трубчатые колодцы устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадны­ми стальными трубами. По мере заглубления колодца диаметр обсадных труб уменьшают, в результате чего колодец приобретает телескопическую форму

Шахтные колодцы можно выполнять из бето­на, железобетона, кирпича, камня и дерева. Чаще всего шахтные колодцы строят опускным способом.

Горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м). Такие водозаборы выполняют из гори­зонтальных железобетонных, бетонных или керамичес­ких труб с круглыми или щелевыми отверстиями. Для осмотра и очистки горизонтальных водозаборов через каждые 50...150 мм по их длине устраивают смотровые колодцы.

Конструкции сооружений для приема воды из по­верхностных источников зависят от целого ряда факто­ров (глубина источника, ледовый режим, характер рус­ла и берегов рек, наличие волнений на поверхности мо­рей, скорости течения и т. д.).

Насосные станции – один из важнейших элементов систем водоснабжения. С помощью насосов и связанных с ними всасывающих труб и напорных водоводов насос­ные станции обеспечивают транспортирование воды от сооружения к сооружению и потребителям.

По расположению в схеме водоснабжения и назначе­нию насосные станции разделяются на станции I и II подъема, повысительные и циркуляционные. Насос­ные станции I подъема подают воду из источ­ника водоснабжения на очистные сооружения, или, если не требуется очистки воды, непосредственно в распределительную сеть, водонапорные башни и дру­гие сооружения. Насосные станции II подъема служат для подачи воды от резервуаров чистой воды, расположенных после очистных сооружений, в распреде­лительную сеть и водонапорные башни. Повыситель­ные насосные станции предназначены для по­вышения напора водопроводной сети. Циркуляцион­ные насосные станции устраивают в промыш­ленных системах оборотного водоснабжения для подачи отработанной воды на очистные и охлаждающие устрой­ства и возврата этой воды на предприятие

Насосы и другое оборудование насосных станций размещаются в зданиях насосных станций. Подземные части этих зданий выполняют из бетона и железобетона, надземные части – павильоны – из кирпича. В послед­нее время для строительства насосных станций широко используются сборные железобетонные элементы. За­глубленные насосные станции допускается сооружать без надземного павильона.

Очистные сооружения предназначены для очистки воды от вредных примесей и доведения ее качества до показателей, определенных соответствующими ГОСТа­ми. Качество воды зависит от наличия в ней различных веществ неорганического и органического происхожде­ния (в том числе и микроорганизмов). Эти вещества мо­гут находиться в воде в растворенном и нерастворенном виде. Кроме того, качество воды характеризуется ее тем­пературой, цветностью, запахом, привкусом, жесткостью, содержанием отдельных химических элементов и соеди­нений, активной реакцией, бактериальными загрязнениями и другими показателями.

При очистке природной воды, используемой для хо­зяйственно-питьевых и производственных целей, широко применяют осветление, обесцвечивание и ее обеззаражи­вание (дезинфекцию). При осветлении и обесцвечива­нии из воды удаляют взвешенные вещества, а при обез­зараживании уничтожают бактерии. Воду обеззаражи­вают хлорированием, ультрафиолетовыми лучами и т. д.

Для некоторых производств требуется вода невысо­кой прозрачности. В этом случае от крупных взвешенных частиц избавляются процеживанием воды через решет­ки и сетки, устанавливаемые в водозаборных сооружени­ях. Более мелкие взвешенные вещества удаляются меха­ническим отстаиванием воды в отстойниках или отстой­никах с предварительным коагулированием.

Более эффективно происходит осветление воды при коагулировании и пропуске ее через взвешенный слой хлопьев, ранее отделенных от воды. Сооружение, в ко­тором происходит очистка воды этим способом, называ­ется осветлителем.

Для глубокого осветления обычно применяют фильт­рование воды через песчаные фильтры.

Для снижения жесткости (умягчения), обессоливания и дегазации воды служат химические и физико-химичес­кие методы обработки воды.

В качестве коагулянтов применяют серно-кислый алюминий, хлорное железо и др. Для умягчения и обессоливания воды используют различные реагенты (из­весть, соду, серную кислоту, едкий натр и т.д.).

Для обеспечения требуемого качества воды, подавае­мой потребителю, обычно применяют несколько способов ее очистки, а в некоторых случаях – несколько ступеней одного и того же способа очистки. Намечаемая совокупность способов очистки составляет технологическую схему очистки воды.

На рис. 3.2 показана схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках и на фильтрах. Природная вода насосами I подъема 1 подается в смеситель 2, куда одновременно поступают реагенты, приготовленные в реагентном цехе 3. После смешения с реагентами вода подается в камеру хлопьеобразования 4 (камеру реакции), где происходит физико-химический процесс агломерации взвешенных и коллоидных частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью. При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в осадок(на дно отстойников). Из отстойников воду подают на фильтры 6 для глубокого осветления путем пропуска ее через толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры выключают из работы, промывают и затем снова включают в работу. Осветленную воду собирают в резервуарах чистой воды 7. Поскольку воду предназначают для хозяйственно-питьевых целей, то перед подачей в резервуар чистой воды ее подвергают обеззараживанию, которое завершается в резервуарах чистой воды, где обеспечивается необходимый контакт воды с дезинфекторами (хлором и др.). Затем воду подают насосами II подъема 8 потребителям.

Рис. 3.2. Схема осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды с применением отстойников и фильтров.

Помимо описанной существуют и другие схемы глу­бокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды. Выбор той или иной схемы производится на осно­ве технико-экономического сравнения вариантов.

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа. Этим обеспечива­ют непрерывность работы очистных станций при авари­ях и отключении из работы отдельных сооружений при эксплуатации.

Водонапорные башни предназначены для регулиро­вания подачи и потребления воды в системе водоснабже­ния, обеспечения заданного напора в водопроводной се­ти, создания и хранения необходимого запаса воды для тушения пожара в первые минуты после его возникно­вения.

Водонапорная башня состоит из водонапорного бака, ствола (поддерживающей конструкции) и отепляющего шатра вокруг бака.

Для осмотра бака снаружи и внутри его устанавли­ваются лестницы.

Водонапорные башни могут быть железобетонными, кирпичными, металлическими и деревянными. Конструк­ции железобетонных башен выполняются двух типов: на вертикальных опорных колоннах и со стволом в виде сплошного железобетонного цилиндрического стакана. Баки в железобетонных водонапорных башнях устраива­ют также железобетонными с вогнутым сферическим или конически-сферическим днищем.

В кирпичных водонапорных башнях ствол выполня­ют из кирпича в виде цилиндра или многогранника, а баки с выпуклым сферическим или плоским днищем – из стали.

Применение металлических водонапорных башен обеспечивает высокую степень индустриальности строи­тельства.

Водопроводные сети. Вода от источников к объектам водоснабжения транспортируется по водоводам. Их вы­полняют из двух или более ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу. Для подачи воды непосредственно к местам ее потребления (жилым здани­ям, цехам промышленных предприятий) служит водопроводная сеть.

По конфигурации в плане различают водопроводные сети разветвленные или тупиковые, а также кольцевые или замкнутые. Разветвленные водопроводные сети применяют для небольших объектов водоснабжения, до­пускающих перерывы в снабжении водой, а также при сосредоточенном потреблении воды в отдаленных друг от друга точках сети. Кольцевые водопроводные сети прокладывают при необходимости бесперебойного водо­снабжения, что гарантируется в данном случае возмож­ностью двустороннего питания водой любого потреби­теля.

В городских и производственных водопроводах, как правило, применяют кольцевые сети. В противопожар­ных водопроводах устройство кольцевой сети обяза­тельно.

В водопроводной сети различают магистральные (главные) и распределительные (второстепенные) ли­нии. Располагаются водопроводные линии по проездам или обочинам дорог по возможности вне асфальтовых или бетонных покрытий, как правило, параллельно гра­ницам застройки и поверхности земли.

Для устройства наружного водопровода применяют трубы чугунные, стальные, асбестоцементные, железобе­тонные, пластмассовые и др.

Чугунные раструбные трубы изготовляют диаметром 50...1200 мм и длиной 2…7 м. Внешнюю и внутреннюю поверхность труб покрывают на заводе нефтяным биту­мом, что предохраняет их от коррозии.

Чугунные трубы обладают очень важным достоинст­вом – долговечностью, которая обусловлена значитель­ной толщиной их стенок. К недостаткам следует отнести большой расход металла (в 1,5 раза больше, чем для стальных труб), малую сопротивляемость ударным на­грузкам и ограниченность рабочего давления (не более 1 МПа).

Стальные трубы применяют для устройства водово­дов и водопроводных сетей, в которых внутреннее давле­ние превышает 1,2 МПа, при укладке труб в макропори­стых грунтах и в сейсмических районах, а также для устройства переходов под железными и автомобильными дорогами, на эстакадах, т.е. в условиях, где необхо­дима хорошая сопротивляемость динамическим нагруз­кам и изгибающим усилиям. По сравнению с чугунными стальные трубы обладают значительно большей прочно­стью, эластичностью, меньшей массой и более простым соединением, которое, как правило, осуществляется сваркой.

Недостатком стальных труб является то, что они в большей степени подвержены коррозии и поэтому тре­буют специальной защиты. Срок их службы меньше, чем чугунных труб.

Стальные трубы выпускаются диаметром 15...1600 мм. Толщина их стенок изменяется в широких пре­делах, что обеспечивает возможность применения труб для работы на разном давлении и в различных условиях.

Металлические (чугунные и стальные) трубы, уло­женные в земле, подвергаются коррозии. Для изоляции труб применяют нефтяной битум. Добавка к нему из­мельченных наполнителей (каолина, цемента, асбеста) повышает прочность изолирующего покрытия. Для уси­ления изоляции применяют обертку трубопровода гидроизолом или бризолом. Применяют также и пластмассо­вые изолирующие покрытия.

Для предохранения внутренних поверхностей труб от коррозии можно применять различные виды покрытий и специальную обработку воды, после которой она те­ряет коррозионные свойства.

Асбестоцементные трубы изготавливают на заводах из смеси 75...80% портландцемента и 20...25% асбесто­вого волокна. Они имеют диаметр 100...500 мм. При не­обходимости заводы могут изготовлять трубы и больших диаметров (600...1000 мм). Используют их при давлении до 1,2 МПа.

Асбестоцементные трубы обладают следующими до­стоинствами: гладкостью стенок, малой теплопроводно­стью, стойкостью в отношении коррозии, небольшой мас­сой и невысокой стоимостью. К их недостаткам относят­ся малая сопротивляемость ударам и динамическим нагрузкам, а также сложность и высокая стоимость стыковых соединений.

Железобетонные трубы изготовляют методами виб­ропрессования и центрифугирования с предварительным напряжением арматуры. Достоинствами этих труб явля­ются малый расход металла, долговечность и гладкость внутренних поверхностей; недостаток – их большая масса. Железобетонные напорные трубы могут приме­ряться для устройства водопровода, если транспортиру­емая и грунтовая вода не агрессивна по отношению к бетону.

Для нормальной эксплуатации на водопроводных се­тях устанавливают следующую арматуру: запорно-регулирующую (задвижки, дисковые поворотные затворы), предохранительную (предохранительные клапаны) и во­дозаборную (водозаборные колонки, краны, пожарные гидранты).

В местах установки фасонных частей и арматуры с фланцевыми соединениями устраивают смотровые ко­лодцы или камеры. Колодец состоит из рабочей камеры и горловины над ней, которая служит для спуска в ра­бочую камеру. На горловину колодцев устанавливают чугунные или стальные люки с крышками. Для спуска в колодец в нем устанавливают чугунные или стальные скобы или металлические лестницы.

Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в тру­бах и режима ее подачи. Глубина заложения труб, счи­тая до их нижней образующей, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта. Ориен­тировочно ее можно принимать: для северных районов – 3...3.5м; в средней полосе – 2,5...3м; в южных райо­нах – 1...1,5м.

Минимальную глубину заложения труб определяют из условия защиты их от воздействия внешних нагрузок и предохранения воды от нагревания в летнее время. Ориентировочно ее можно принять равной 0,5 м до вер­ха труб.