Основные элементы систем водоснабжения.

Водоснабжение. Водопроводные сети

По данным ВОЗ, в настоящее время в мире 3/4 болезней прямо или косвенно связаны с потреблением воды плохого качества. Следовательно, одна из основных задач экологии является - потребление населением воды хорошего качества. Очистку воды до требуемого качества осуществляют на специальных водоочистных станциях. Проблема получения питьевой воды высокого качества во многом облегчается при заборе исходной воды из незагрязненных водоёмов. Поэтому сокращение сброса загрязнений в водоем наряду с обще экологической проблемой ставит проблему здоровья нации.

Следует признать, что в водоемы загрязняются не только сточными водами, но и при использовании удобрений и гербицидов в сельском хозяйстве, из загрязненной атмосферы промышленных регионов, при авариях на промышленных предприятиях, судах (особенно танкерах) и т.д.

На удовлетворение физиологических потребностей человека достаточно 2-3 л/сутки воды, а с учетом минимальных потребностей человека - до 10 л/сутки. Поэтому один из путей решения проблемы снабжения населения экологически чистой водой - продажа бутылированой воды через торговую сеть или устройство специальных пунктов распространения такой воды.

В Украине, с учетом потребностей промышленности, на одного жителя приходится 2 м³/сутки воды. Имеется тенденция к росту водопотребления. В тоже время Украина имеет относительно скудные запасы пресной воды. Кроме этого многие водоемы деградируют и теряют значение кик источники питьевой воды. Поэтому только в Донецкой области дефицит питьевой воды составляет 200 000 м³ в сутки.

Системы водоснабжения.

Водоснабжение -это комплекс взаимосвязанных инженерных сооружений предназначенных для забора, очистки, и транспортировки потребителям воды заданного качества в требуемых количествах и напором.

Основные элементы систем водоснабжения.

На рис.1 приведена типовая схема водоснабжения населенного пункта с промышленным предприятием.

Конфигурация системы водоснабжения в каждом отдельном случае зависит от очень многих факторов: производительности, типа источника водоснабжения,

требований к качеству воды, назначения водопровода, климатических условий, местных условий и так далее.

При заборе воды из подземного источника водоснабжения конфигурация водопровода имеет следующий вид:

Рис.1.1.Схема водоснабжения населенного пункта с

промышленным предприятием.

1.Поверхностный водоем (река, озеро, водохранилище, пруд и т.д.) используемый в качестве источника водоснабжения;

2.Водозаборное сооружение, предназначенное для забора воды из водоёма;

3.Насосная станция первого подъёма (НС-1), перекачивает воду из водоёма на сооружения очистки воды;

4.Водоводы транспортировки воды водоема от НС-1 на очистные сооружения;

5.Сооружения по подготовке воды питьевого качества;

6.Резервуары чистой воды (РЧВ). Предназначены для хранения регулируемого объема воды при различной производительности НС-1 и насосной станции второго подъёма (НС-2), противопожарного запаса и технологического объема воды на собственные нужды очистных сооружений;

7.Насосная станция второго подъёма. Предназначена для перекачки питьевой воды от очистных сооружений в распределительную сеть населенного пункта.

8.Водоводы транспортировки воды от НС-2 в распределительную сеть населенного пункта;

9.Граница селитебной зоны населенного пункта;

10.Кольцевая распределительная водопроводная сеть населенного пункта. Предназначена для равномерного распределения воды по площади населенного города.

11.Водонапорная башня. Предназначена для хранения регулируемого объема воды при различной подаче НС-2 и водопотреблении населенным пунктом;

12.Узловые колодцы кольцевой сети, где размещена запорная арматура.

13.Промышленное предприятие;

14.Трубопровод для подачи технической воды на промышленное предприятие;

15.Водозабор технической воды.

Рис. 1.2. Схема водопровода при заборе воды из подземного источника водоснабжения.

16.Водозаборные скважины; 17.Сборный коллектор.

Остальные обозначения те же, что на рис. 1.

Классификация систем водоснабжения.

.А По виду обслуживаемых объектов:

* городские;

* поселковые;

* промышленные;

* сельскохозяйственные;

* комбинированные.

Б. По источнику водоснабжения:

* из поверхностного источника;

* из подземного источника.

*

В. По назначению (качеству) воды:

* хозяйственно-питьевой;

* технический;

* противопожарный;

* объединенный;

* специальный.

Г. По вертикальному расположению:

* однозонные;

* зонные.

Д. Промышленные (по кратности использования воды):

* прямоточные;

* с повторным использованием воды;

* оборотные:

Е. По продолжительности работы:

* постоянно действующие;

* сезонно действующие;

* временно действующие.

Ж. По конфигурации:

* тупиковые;

* дублированные;

* кольцевые.

З. По способу подачи воды в сеть:

* с механической подачей ;

* самотечные.

И. По степени надежности:

1-я - категория обеспеченности подачи воды (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 не должна превышать 3 сут. Перерыв в подаче не должен превышать 10 мин.

2-я - продолжительность снижения подачи воды на 30% не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды не должен превышать 6 часов.

3-я - Продолжительность снижения подачи воды на 30% не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды не должен превышать 15 часов.

Источники водоснабжения.

* Источник водоснабжения во многом определяет всю схему водопровода. Он должен удовлетворять следующим требованиям:

* обеспечить необходимый расход воды даже с учетом перспективы;

* обеспечивать бесперебойность подачи воды;

* затраты на очистку воды должны быть сведены к минимуму;

* минимальные затраты на транспортировку воды потребителям;

* мощность источника должна быть такой, чтобы при заборе воды не нарушалось экологическое равновесие.

Различают две группы источников водоснабжения:

* поверхностные (реки, озера, водохранилища, пруды, моря);

* подземные (грунтовые, подземные, артезианские воды, родники).

Окончательный выбор источника водоснабжения зависит от качества воды, мощности источника, удаленности от объекта - потребителя воды, стоимости перекачки и очистки воды. В настоящее время необходимо учитывать влияние хозяйственной деятельности человека на источник водоснабжения: внесение в почву удобрений, ядохимикатов, наличие тяжелых металлов, воздействие мощных промышленных потребителей воды и так далее.

Часто водопроводная сеть города питается от нескольких источников водоснабжения. В настоящее время необходимо предусматривать альтернативные источники снабжения населения питьевой водой на случай крупной аварии на водопроводе. Например, доставка цистернами, продажа через торговую сеть бутыллированной воды.

Нормы водопотребления.

Норма водопотребления -количество воды забираемое потребителем за единицу времени.

Удельное водопотребление - расход воды на единицу продукции, площади, технологическую операцию.

Хозяйственно - бытовые нужды населения.

В населенном пункте основная масса питьевой воды расходуется на удовлетворение хозяйственно-бытовых нужд населения.

Норма водопотребления зависит от:

-степени благоустройства жилищ;

-климатических условий;

-уклада жизни населения и т.д.

СНиП рекомендует следующие нормы водопотребления:

Таблица 1.

Выбор конкретной нормы в пределах, указанных в таблице, определяется уместными условиями по опыту близлежащих населенных пунктов с одинаковой степенью благоустройства.

Нормы водопотребления, приведенные в таблице 1, учитывают расходы воды на хозяйственно-бытовые нужды в общественных зданиях (кроме домов отдыха, пионерских лагерей, туристических комплексов).

Поливка улиц и зеленых насаждений.

Нормы расхода воды на поливку принимается в зависимости от вида насаждений, характера покрытий улиц, климатических и других местных условий и приведены в таблице 2.

При отсутствии данных о площадях по видам благоустройства удельное среднесуточное за поливочный сезон потребление воды на поливку в расчете на одного жителя следует принимать 50 - 90 л/сут в зависимости от климатических условий, мощности источника водоснабжения, степени благоустройства населенных пунктов, уклада жизни населения и других местных условий.

Количество поливок принимается 1 - 2 в суки в зависимости от местных условий.

Таблица 2.

Водопотребление в промышленности.

Количество воды, расходуемое на единицу продукции, технологическую операцию, обслуживание оборудования определяется технологами при разработке технологии производства. Для этой цели ведомственными институтами разрабатываются научно-обоснованные нормы водопотребления. Практика показала относительную ценность таких норм, так как расход воды на единицу одной и той же продукции, но на разных предприятиях может колебаться в несколько раз. Во многом это определяется принятой технологией и сложившейся культурой производства, качеством сырья, местными условиями. Иногда наличие или отсутствие водных ресурсов диктует технологию.

Нормы водопотребления на бытовые нужды рабочих и душ.

Нормы водопотребления на хозяйственно-бытовые нужды рабочих промышленных предприятий принимаются:

-для цехов с тепловыделением 80 кДж/час и более на 1м³ производственного помещения (“горячие цеха”) - 45 л/чел.* смену;

для остальных цехов - 25 л/чел*смену.

Норма водопотребления на одну душевую сетку принимается равным 500 м³/час. Продолжительность работы душа составляет 45 минут в последующий час после окончания смены, следовательно, расход воды составит 375 л на одну душевую сетку.

Нормы водопотребления на пожаротушение.

Противопожарный водопровод предусматривается в населенных пунктах, промышленных предприятиях, сельскохозяйственных комплексах.

Нормирование расхода воды на пожаротушение имеет ряд особенностей:

-пожар - событие случайное;

-норма на пожаротушение зависит от многих факторов: численности населения, этажности зданий, степени огнестойкости зданий, размеров промышленных зданий, характера производства, наличие современных средств пожаротушения и т. д.

В таблице 3 нормы расхода воды на пожаротушение в населенных пунктах независимо от огнестойкости зданий.

Таблица № 3

Определение расчетных расходов.

Потребность в воде, согласно нормам водопотребления, определяется отдельно для каждой категории водопотребителей. Основным измерителем количества потребляемой объектом воды служит суточный расход.

Определение суточных расходов на

хозяйственно - бытовые нужды населения.

Средний суточный расход воды на хозяйственно - бытовые нужды населения (Q_ср) определяется:

Q_{cр сут} = q_ср * N /1000; м³/сут.

где: q_ср - норма водопотребления на одного человека (табл. 1), л/чел*сут. ;

N - количество жителей в населенном пункте, чел.

Сведения о количестве жителей в населенном пункте (N) можно получить у местных властей. Если такие сведения отсутствуют, то численность населения опреляется:

N = F * n ;

где: F - площадь селитебной зоны, га;

n - плотность населения в населенном пункте или районе населенного пункта, чел/га.

Вода из водопроводной сети в течении года и потребляется неравномерно в связи с изменением режима жизни населения, климатических условий и сезонностью некоторых расходов воды.

Для характеристики неравномерности отбора воды из городской сети вводится понятие коэффициент суточной неравномерности. Он учитывает уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства жилья, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели.

Коэффициент суточной неравномерности (максимальный) (К_сут.max) определяется как отношение максимального суточного расхода к среднесуточному (за год) и принимается в пределах 1,1 - 1, 3.

Коэффициент суточной неравномерности (минимальный) (К_{сут max)} определяется как отношение минимального суточного расхода к среднесуточному и принимается в пределах 0,7 - 0,9.

Величина вероятного расчетного расхода воды в сутки максимального (максимальный суточный расход, Q_{max сут}) и минимального (минимальный суточный расход, Q_{сут max}) определяется по формулам:

Q _{сут max} = К _{cут max}* Q_{cр сут,} м³/сут;

Q _{сут min} = К _{сут max}* Q_{ср сут,} м³/сут.

В течении суток вода населением потребляется также неравномерно. Распределение потребления жителями воды по часам суток определяется коэффициентом часовой неравномерности.

Коэффициент часовой неравномерности (максимальный, К _{час max} )- отношение максимального часового расхода к среднечасовому (за сутки).

Коэффициент часовой неравномерности (минимальный, К_{час min,})- отношение минимального часового расхода к среднечасовому.

К _{час min} = a_min * b_min.

К _{час max} = a_max * b_max.

где: a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятия и другие местные условия: a _max = 1.2 - 1.4; a _min = 0.4 - 0.6.

b - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

Значение коэффициента b приведены в таблице 4 или определяется по формуле:

b = 1 +

где: N - количество жителей в населенном пункте или районе, тыс. чел.

Таблица №4.

Продолжение таблицы №4.

Расчетные часовые расходы (м³/час) определяются по следующим формулам:

Q _{час max} = К _{час max} *Q _{ср сут} /24.

Q _{час min} = К _{час min} *Q _{ср сут}/24.

Определение расчетных расходов наполив улиц и зеленых насаждений.

Расход воды на полив улиц и зеленых насаждений определяется по формуле:

Q_пол = 10 N _* q _{п. уд. *} F,м³/сут.

где: q _{п. уд} - удельный расход на полив улиц или зеленых насаждений, л/м²;

N - количество поливок за сутки;

F_- площадь поливаемых улиц или зеленых насаждений, га.

Площади улиц и зеленых насаждений определяются непосредственно по плану города или ориентировочно в соответствии с нормами планировки населенных пунктов.

Для полива используется вода из городского водопровода, природных или искусственных водоемов, накопительных емкостей.

Количество воды питьевого качества, забираемое из городского водопровода для полива улиц и зеленых, определяется в каждом случае конкретно, в зависимости от местных условий. Ориентировочно можно принять, что из городского водопровода забирается 40% от общего объема поливочной воды. И только эта вода учитывается при расчете водораспределительных сетей города.

Ответвления для присоединения гибких рукавов при ручной поливке устраиваются в цоколе зданий.

Для заполнения водой баков поливочных машин устраиваются специально оборудованные заправочные пункты. Из городской сети машины забирают воду через специальные колонки или пожарные гидранты.

Из общего объема воды питьевого качества, забираемого из городской водопроводной сети на полив улиц и зеленых насаждений, 20% расходуется на ручной полив, оставшиеся 80% - на механизированный.

Режим полива задается горисполкомом. Но при отсутствии таких сведений график полива можно задать следующим:

механизированная; 60% - с 21 до 4 часов;

15% - с 4 до 7 часов;

25% - с 17 до 21 часов.

ручной полив; 30% - с 4 до 7 часов;

40% - с 13 до 15 часов;

30% - с 20 до 22 часов.

Зеленые насаждения на территории промышленного предприятия поливаются, как правило, технической водой. Для этой цели устраиваются специальные водопроводные сети.

Расход воды на нужды пожаротушения.

Пожаротушение, как вод водопотребления, носит специфический характер, поскольку пожар является случайным событием. Но система водоснабжения должна в любой момент обеспечить требуемый расход как на нужды населения и промышленных предприятий, так и на пожаротушения.

Водопроводные сети населенных пунктов и промышленных предприятий проектируются таким образом чтобы они могли одновременно снабжать население водой и выполнять функции противопожарного водопровода.

В расчете количества одновременных пожаров в населенном пункте включены пожары и на промышленном предприятии. При этом в расчетный расход включается соответствующие расходы на пожаротушение на этих предприятиях.

При определении конкретных расходов воды на тушение пожара жилого или общественного здания следует пользоваться данными таблицы № 3.1

Таблица № 3.1

Расходы воды на наружное пожаротушение зданий высотою или объемом, свыше указанных в таблице3.1, а также общественных зданий объемом свыше 25000 м³ с большим скоплением людей (торговые центры, зрелищные предприятия и т.д.) надлежит принимать и согласовывать в установленном порядке.

Расход воды на наружное пожаротушение одно-двух этажных производственных зданий и складских помещений высотой от пола до низа горизонтальных несущих стальных конструкций до 18 м, принимаются согласно таблицам 3.2 и 3.3.

Таблица 3.2.

Таблица 3.3.

Для зданий, оборудованных спринклерными установками, расход воды на питание спринклеров надлежит принимать дополнительно к общему расходу на пжаротушение.

Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного запаса в емкостях должен быть не более:

24 часа - в населенных пунктах и на промышленных предприятиях с производствами отнесенными по пожарной опасности к категориям А, Б, В;

36 часов - на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г, Д;

72 часа - в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных предприятиях.

На период пополнения противопожарного запаса воды можно снижать подачу воды на хозяйственно-бытовые нужды населения до 70% и воду на производство подавать по аварийному графику.

Расходы воды на хозяйственно-бытовые

нужды рабочих промышленных предприятий и душ.

Вода на бытовые нужды рабочих промышленных предприятий потребляется крайне неравномерно. Коэффициент часовой неравномерности для “горячих” цехов - 2,5, для “холодных” - 3,0. Распределение воды по часам смены приведено в приложении 1. Общий расход воды за смену определяется:

q _х.б. = q _{о.i *} N _р.i / 1000,м³/смену.

Где: q _{о. I.} - расход воды на бытовые нужды рабочего в “холодном” или “горячем” цеху, м³/ чел. смену;

N_{р. I. -} количество рабочих в смену.

Количество одновременно работающих душевых сеток (N_д.с.) определяется по количеству человек, обслуживаемых одной душевой сеткой в зависимости от вида производственных процессов в соответствии с данными таблицы № 3.4.

Таблица № 3.4

N _д.с. = N _р. /n _{о. с.}

Где: N_р. - количество рабочих принимающих душ;

n_о.с. - расчетное количество человек на одну душевую сетку.

Расход воды на душ определяется по формуле:

Q_д.с.=N_д.с. * q_д.о./1000 = N_д.с. * 0,375,м³/час.

Рабочие предыдущей смены принимают душ в первый час последующей.

Расход воды на нужды производства.

Вода на производственные нужды может забираться из городского водопровода (питьевая вода), из поверхностных источников (техническая вода). Для предприятий, требующих больших количеств воды, устраиваются собственные водопроводы (металлургия, энергетика, химкомбинаты, нефтеперерабатывающие комплексы). При расчете городских водопроводных сетей учитывается вода только питьевого качества. Режим потребления воды промышленным предприятием определяется технологией производства и обязательно согласовывается с органами местной власти или водной инспекции.

При больших расходах воды и значительных коэффициентах неравномерности на предприятиях устраиваются аккумулирующие емкости, которые заполняются в часы минимального водопотребления населенным пунктом. На вводе в промышленное предприятие обязательно устанавливается счетчик расхода воды.

Определение суточного расхода воды городом.

Расход воды, потребляемой населенным пунктом включает расходы: хозяйственно-бытовые нужды населения, хозяйственно-бытовые нужды и душ рабочих промышленных предприятий, технологические расходы промышленных предприятий, полив улиц и зеленых насаждений. Учет ведется как по отдельным водопотребителям так и по водам различного качества (питьевая, техническая, забираемая из источника и т.д.). Расход воды на нужды пожаротушения не учитывается в общем балансе водопотребления населенного пункта.

Расход воды населенным пунктом определяется как в сутки максимального водопотребления так и среднесуточный.

Режим потребления воды населенным пунктом.

По известным расходам воды и коэффициентам часовой неравномерности производится распределение воды по часам суток (таблица 4.1.).

По результатам расчета строится ступенчатый график потребления воды населенным пунктом. (Рис.1).

При составлении графика вероятного потребления воды в населенном пункте особое внимание следует обратить на следующие моменты:

1.В час максимального водопотребления населением другие потребители воды должны сократить забор воды из водопроводной сети к минимуму, например, не производится полив улиц и зеленых насаждений.

Подключение потребителей к водопроводной сети и режим ее отбора согласуется с местными органами власти.

Рис. 4.1. График вероятного потребления воды населенным пунктом.

Режим работы сооружений водоснабжения.

1. Водозаборные сооружения, насосная станция первого подъема и водопроводные очистные сооружения работают в течении суток равномерно (рис.4.2.).

Исключение составляет водопроводы небольших населенных пунктов и некоторых промышленных предприятий.

Таблица 4.1.

Рис. 4.2. График подачи воды при равномерной работе сооружений водопровода.

2.Насосная станция второго подъема может работать равномерно, в две или три ступени. Количество ступеней работы насосной станции, ориентировочно, можно определить из соотношения:

N _ст = Q_{макс. час}/ Q _{мин. час.}

Где: Q_{макс. час} - максимальный часовой расход воды в населенном пункте.

Q _{мин. час} -минимальный часовой расход воды в населенном пункте.

Полученное значение округляется до целого числа.

а) Равномерно (рис. 4.2.)

б) Ступенчато (рис. 4.3.)

Рис. 4.4 . График ступенчатой работы насосной станции второго подъема.