Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Водоснабжение
|
|
Водоснабжение – совокупность мероприятий по обеспечению водой различных потребителей ( населенных пунктов, производственных и других объектов) для удовлетворения хозяйственных, питьевых, производственных и противопожарных нужд.
Система водоснабжения или водопровод – комплекс инженерных сооружений и устройств, осуществляющих водоснабжение: получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу потребителям.
1.КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯИ ИХ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
- по видам потребителей - системы хозяйственно-питьевого (в т. ч сельскохозяйственного), производственного, противопожарного назначения; поливочные; многофункциональные;
- по видам объектов водоснабжения – системы водоснабжения городов, поселков; производственных объектов;
- по охвату снабжаемых объектов - системы водоснабжения одного объекта; групповые, районные, охватывающие группу объектов, разнородные объекты на территории одного района;
- по кратности использования подаваемой воды – системы прямоточные; с оборотом воды; с последовательным использованием воды на различных установках;
- по природным источникам водоснабжения - системы, использующие водуповерхностных источников (реки, водохранилища, озера, моря); системы, использующие подземные воды(грунтовые воды, артезианские воды, родники);
- по способам подачи воды - самотечные системы (гравитационные); с механической подачей воды (нагнетание); смешанная подача(в пределах системы).
- по способу доставки и распределения - централизованные, децентрализованные, комбинированные.
Система водоснабжения должна обеспечивать получение воды из природного источника, ее очистку, если это обусловлено требованиями потребителей, и подачу к местам потребления. Для решения этих задач в систему водоснабжения включают следующие сооружения:
а) водозаборные сооружения, осуществляющие забор воды из природного источника;
б) насосные станции (водоподъемные сооружения), создающие требуемые давления в водопроводных трубах для подачи заданных расходов воды на заданную высоту;
в) сооружения для очистки и обработки воды (очистные сооружения), осуществляющие улучшение качества природной воды в соответствии с требованиями потребителя;
г) водоводы и водопроводные сети, транспортирующие воду к объек-
там и местам ее потребления;
д) регулирующие и запасные емкости — резервуары для хранения и аккумулирования воды.
Последовательность расположения основных водопроводных сооружений показана на рис.1а. Положение отдельных сооружений системы водоснабжения и их состав могут быть различными в зависимости от назначения системы, природных условий, требований водопотребителя или экономической целесообразности.
Если качество воды природного источника позволяет использовать его воду без очистки, потребность в устройстве очистных сооружений отпадает и система водоснабжения значительно упрощается (рис. 1б). Это относится к случаям использования подземных источников воды, а также использования без очистки воды поверхностных ис-
точников для снабжения предприятий, не предъявляющих высоких требований к качеству
воды.
Рис. 1. Общая схема водоснабжения: а) с забором воды из поверхностного источника; б) с забором воды из подземного источника
1 – водозаборные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – сооружения по улучшению качества воды с резервуаром для чистой воды; 4 – насосная станция второго подъема; 5 – водовод; 6 – напорно-регулирующий резервуар (водонапорная башня); 7 – наружная разводящая сеть труб; 8 – внутренняя разводящая сеть; 9 – скважина.
2.ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
Для питания систем водоснабжения используются в основном воды поверхностных (реки, озера, водохранилища) и подземных источников (грунтовые воды, межпластовые воды, родники).Пригодность источника водоснабжения определяется следующими требованиями:
- минимальный расход (или полезный объем) должен быть достаточным для удовлетворения нужд водоснабжения (при недостатке воды прибегают к регулированию источника путем устройства водохранилища),
- вода должна быть пригодной для использования непосредственно или после ее очистки,
- источник водоснабжения должен иметь хорошее санитарное состояние и находиться в условиях, позволяющих организовать его санитарную охрану в соответствии с действующим законодательством.
- использование источника водоснабжения должно быть экономически выгодным.
3.НОРМЫ И РЕЖИМЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ.
При проектировании системы водоснабжения любого объекта необходимо знать, сколько требуется воды и какого качества, а также режим ее потребления. При определении объема водопотребления учитываются все категории возможных потребителей и их требования к количеству и качеству подаваемой воды.
При проектировании сельскохозяйственного объекта водоснабжения должны учитываться следующие основные потребители воды:
- население (хозяйственно-питьевые нужды),
- коммунальные предприятия (больницы, столовые, прачечные, бани и т.д.),
- производственный комплекс (животноводческие комплексы, птицефермы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, ремонтные мастерские, машины, тракторы и т.д.),
Основным нормативным документом для проектирования систем водоснабжения являются строительные нормы и правила СНиП 2.04.02-84 “Водоснабжение, наружные сети и сооружения”.
Расчетные среднесуточные расходы воды каждым видом потребителя определяются по установленным СНиПом нормам водопотребления - количества воды, расходуемого потребителями в сутки. Различают нормы хозяйственно-питьевого и противопожарного водопотребления. Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления включают расходы воды на питьевые, бытовые, коммунальные и производственные нужды. Нормы противопожарного водопотребления предусматривают расходы воды на тушение пожаров и зависят от численности населения, размеров населенного пункта и характера его застройки. В системах сельскохозяйственного водоснабжения противопожарные расходы обычно суммируются с хозяйственно-питьевыми и строится одна система хозяйственно-пожарного водопровода.
Суммируя среднесуточные расходы воды по отдельным видам потребителей, получают средний суточный расход воды объекта водоснабжения (Q ср сут), характеризующий водопотребление:
Q ср сут = ∑ n i q i /1000 (м3/сут),
где n i – численность каждой группы потребителей, q i – среднесуточные нормы водопотребления (л/сут).
Режим водопотребления – распределение требуемого объема водопотребления во времени. Режим водопотребления следует рассматривать как случайный процесс, формируемый под влиянием большого числа различных факторов.
Режим водопотребления в течение года изменяется в зависимости от природно-климатических, социально-экономических и производственных условий. В начальный период эксплуатации водопровода среднесуточное, а, следовательно, и годовое, водопотребление значительно меньше расчетного. С каждым годом водопотребление возрастает по мере увеличения числа потребителей, повышения благосостояния населения, благоустройства территорий и т.п.
Сезонные колебания водопотребления обусловлены агроклиматическими факторами, сменой видов сельскохозяйственных работ, состава и количества потребителей и т.д.
Наряду с сезонными изменениями водопотребления в течение всего года, наблюдаются колебания суточных расходов воды со значительными отклонениями от среднегодового значения. Неравномерное потребление воды в течение суток зависит от погодных условий, режима трудовой деятельности населения и его социально-демографического состава, степени санитарно-технического благоустройства, чередования рабочих и нерабочих дней и многих других случайных факторов, не поддающихся прогнозу.
В течение каждого часа водопотребление также колеблется, однако в расчетах эти изменения расходов воды не учитывают, полагая часовое водопотребление постоянным.
Изменения суточных и часовых расходов воды изучают путем наблюдений с последующей статистической обработкой. По данным наблюдений строятся суточные графики почасового распределения среднесуточного расхода, на которых часовые расходы выражаются в процентах от суточного объема водопотребления.
Рис.2 График почасового распределения среднесуточного расхода: а – график водопотребления, б – график подачи (график работы насосной станции), в – среднечасовой расход за сутки
Для обеспечения надежной работы системы водоснабжения и всех ее отдельных сооружений в качестве основного расчетного параметра принимается максимальный суточный расход воды Q max сут. Имея в виду редкую повторяемость максимальных расходов, за расчетный расход обычно принимают расход 2…5% - ой обеспеченности, который вычисляют по статистическим кривым распределения.
Неравномерность суточного водопотребления учитывается коэффициентом суточной неравномерности k max сут – отношением максимального суточного расхода воды к среднесуточному, принятому за норму. В расчетах систем водоснабжения используется также минимальный расчетный суточный расход, для чего вводится коэффициент неравномерности k min.сут, показывающий во сколько раз расчетный минимальный суточный расход меньше среднесуточного. Значения коэффициентов неравномерности приводятся в СНиП: k max.сут = 1, 1…1, 3; k min.сут = 0, 7…0, 9.
Для сельских населенных пунктов рекомендуется принимать k max.сут = 1, 3; k min.сут = 0, 7.
Расчетные суточные расходы воды (м3/сут) определяются по формулам:
Q max сут = k max.сут • Q ср сут,
Q min сут = k min.сут • Q ср сут.
Расчет сооружений, подающих круглосуточно воду с равномерным (зарегулированным) расходом (водозаборы, насосные станции I подъема, очистные сооружения, водоводы), производится по среднечасовому расходу в сутки максимального водопотребления:
Q max сут
q ср.час= ———— (м3/час).
24
Сооружения, которые подают незарегулированные расходы воды (насосные станции II подъема, водопроводные сети, водонапорные башни), рассчитываются с учетом колебаний в течение суток часовых расходов:
q max час = k max час• q ср.час, (м3/час)
q min час = k min час• q ср.час, (м3/час)
где k max час, k min час – коэффициенты часовой неравномерности, значения которых приводятся в нормах проектирования.
Условно принимается, что максимальный часовой расход q max час бывает в сутки наибольшего водопотребления, а минимальный - q min час - в сутки наименьшего водопот-
ребления.
Для населенных пунктов коэффициенты часовой неравномерности, согласно нормам, определяются по формулам:
k max час = α max • β max
k min час = α min • β min
где α - коэффициент, учитывающий особенности местных условий (режим работы предприятий, степень благоустройства зданий и т.д.). Обычно принимают α max =1, 2…1, 4; α min = 0, 4…0, 6.
β – коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте
β max = 2, 5…1, 0; β min = 0, 05…1, 0.
Максимальный часовой расход q max час можно также определить и непосредственно по графику почасового распределения среднесуточного расхода.
4. РАСЧЕТНЫЕ НАПОРЫ
После выбора схемы водоснабжения, определения расчетных суточных расходов воды и графика водопотребления определяется режим работы отдельных сооружений системы в их взаимосвязи.
Движение воды в системе водоснабжения обеспечивается работой насосных станций I и II подъемов. Задача насосной станции I подъема – подача суточного расхода воды из источника водоснабжения на очистные сооружения. Режим работы взаимосвязанных сооружений – водозабора, насосной станции I подъема и станции очистки воды – принимается равномерным в течение суток со среднесуточным расходом.
После очистки вода поступает в резервуар чистой воды, откуда насосной станцией II подъема подается по водоводам к водонапорной башне и далее по разводящей водопроводной сети к потребителям.
Насосная станция II подъема подает воду по выровненному (равномерному) или ступенчатому графику.
Резервуар чистой воды является первой «регулирующей емкостью», расположенной на границе двух зон с различными режимами работы.
Вторая регулирующая емкость – водонапорная башня. В отдельные часы суток количество воды, подаваемой в сеть насосной станцией II подъема, может быть больше или меньше фактического водопотребления. При рассмотрении совмещенных графиков подачи и потребления воды становится очевидной регулирующая роль водонапорной башни. Бак водонапорной башни наполняется в часы малого водопотребления, когда насосная станция подает воду в избытке. В часы максимального водопотребления, превышающего подачу воды насосной станцией, накопленный в баке объем воды расходуется.
Чем ближе график подачи будет к графику водопотребления, тем меньше будет требуемый объем регулирующей емкости. Практически для приближения кривой подачи к кривой потребления можно увеличить число ступеней графика подачи. В водопроводах, имеющих в своем составе водонапорные башни, число ступеней графика работы насосной станции II подъема принимают от одной для малых водопроводов до трех для крупных водопроводов.
Разводящая водопроводная сеть должна подавать требуемый расход воды с напором, обеспечивающим нормальный ее разбор. Сеть наиболее интенсивно работает в часы максимального водопотребления, когда по трубам проходят максимальные расходы и потери напора в них достигают наибольшего значения. В эти часы линия пьезометрических напоров займет самое низкое положение, то есть напор в сети будет минимальным (рис. 3).
Рис. 3. Схема работы водопровода
Напор (давление) в трубах в разных точках сети зависит нетолько от положения пьезометрической линии, но и от высоты расположения этих точек на местности.
Свободный напорh св – пьезометрический напор в трубах, отсчитанный от поверхности земли (высота, на которую может подняться вода в трубах над поверхностью земли в статическом состоянии).
Минимальный свободный напор устанавливают в зависимости от этажности зданий: при одноэтажной застройке 10 м, при большей этажности на каждый этаж добавляют 4 м.
,
где h св – свободный напор, м; n – число этажей.
Свободные напоры для производственных зон определяют с учетом технологических требований. Свободный напор у водоразборных колонок общего пользования должен быть не менее 10 м.
Максимально допустимый пьезометрический напор в водопроводной сети обусловливается механической прочностью труб и водопроводной арматуры. Предельный допустимый напор в сети не должен превышать 60 м. Если напоры в сети превышают 60 м, проводят зонирование системы водопровода, то есть разбивают его на отдельные зоны, в которых напор не превышает предельного значения.
В одиночных высоких зданиях воду на верхние этажи подкачивают с помощью местных насосных установок.
Диктующая точка – точка сети, в которой свободный напор в час максимального водопотребления будет наименьшим. Если в диктующей точке будет создан необходимый свободный напор, то во всех других точках сети он будет больше. Из этого условия находят высоту водонапорной башни:
Н в.б. = z д + h св + ∑ h w – z в.б.
где z д, zв.б. – геодезические отметки диктующей точки иводонапорной башни; ∑ h w – суммарные потери напора в сети при максимальном водопотреблении научастке от водонапорной башни до диктующей точки.
Для уменьшения высоты Н в.б., а, следовательно, и стоимости водонапорной башни ее следует располагать по возможности на самой высокой точке и как можно ближе к населенному пункту.
При больших уклонах местности или расположении башни на возвышенности может оказаться, что Н б ≤ 0. Тогда вместо башни используют более дешевый подземный резервуар.
Напор насосной станции II подъема
Н н.с.II = (z в.б. + Н в.б. + Н р) + h w – z н
где Н р – высота резервуара водонапорной башни; h w – потери напора в водоводе, нагнетательном и всасывающих трубопроводах насосной станции II подъема; z н – отметка оси насоса.
Свободный напор в водопроводной сети во время тушения пожара зависит от способа его тушения. Существуют две системы пожаротушения: высокого и низкого давления. По системе высокого давления пожар тушат непосредственно из сети с помощью пожарных рукавов, присоединенных к пожарным гидрантам. Свободный напор в сети водопровода высокого давления должен быть достаточным для того, чтобы подать воду на самую высокую точку горящего здания по пожарному рукаву длиной 120 м и обеспечить вылет из ствола (брандспойта) компактной струи на высоту 10 м. Такой напор создается в водопроводе специальными пожарными насосами, установленными на насосной станции II подъема.
По системе пожаротушения низкого давления вода из гидрантов водопроводной сети забирается передвижными насосами, которыми оборудованы пожарные автомобили, и нагнетается по рукавам к месту пожара с тем же напором, что и в случае использования системы высокого давления. В водопроводной сети при пожаре поддерживается свободный напор, не менее 10 м.
5. РЕГУЛИРУЮЩИЕ И ЗАПАСНЫЕ ЕМКОСТИ
К регулирующим и запасным сооружениям относятся водонапорные башни, резервуары чистой воды и гидропневматические установки. По назначению они разделяются на регулирующие, запасные и запасно-регулирующие. В зависимости от создаваемого напора регулирующие и запасные сооружения делятся на напорные и безнапорные. Напорные сооружения имеют высокорасположенную емкость, благодаря чему создается необходимый напор в водопроводной сети. Безнапорные сооружения из-за низкого положения не обеспечивают в сети заданный напор, а воду из них забирают насосами.
Объем регулирующей емкости (бака водонапорной башни) зависит как от графика водопотребления, так и принятого графика работы насосной станции. Объем регулирующей емкости может быть определен также с помощью интегральных графиков (их ординаты дают суммарное количество воды, израсходованное с начала суток до каждого данного часа).
Полный объем бака водонапорной башни равен
W в.б. = (1, 015…1, 020) W p + W пож + W авар.
,
где W р – объем регулирующей емкости, W пож – объем воды, необходимый для тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 мин (противопожарный объем), W авар – аварийный запас, равный количеству воды, расходуемой из сети в течение 2…4 часов.
6. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ
В естественных условиях вода всегда содержит различного рода примеси в коллоидальном состоянии (в виде механической взвеси) и в растворенном состоянии. В воде содержатся также различные бактерии. Находящиеся в воде примеси и бактерии определяют ее органолептические, химические и бактериологические свойства, устанавливающие степень пригодности ее для хозяйственно-питьевого потребления. Нормы качества воды для хозяйственно-питьевого потребления определены ГОСТ-Р 51232—98 “Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества”.
Органолептические свойства воды - температура, цветность, мутность, прозрачность, запах и привкус.
Температура воды в разных источниках бывает различной. Так, температура воды поверхностных источников в зависимости от времени года и температуры воздуха колеблется от 0 до 28° С, подземные воды характеризуются относительно постоянной температурой, не превышающей 10° С. Наиболее желательна температура воды в источнике (у места взятия пробы) 7—12° С. При температуре выше 12° С вода становится менее приятной на вкус.
Цветностью называют окраску воды в источнике. Окраска воды зависит от содержащихся в ней веществ. Например, гуминовые вещества придают воде желтоватый цвет. Цветность измеряют в градусах цветности по платиново-кобальтовой шкале. Один градус этой шкалы соответствует цвету 1 л воды, окрашенной 1 мг порошка платины. Обычно цветность воды составляет 15—20°.
Мутность характеризуется содержанием в воде взвешенных частиц и измеряется в мг/л. Мутность воды поверхностных источников может колебаться от 1 до 1000 мг/л. Подземные воды имеют малую мутность. Допускаемая мутность воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, 1—2 мг\л.
Прозрачность воды определяют при помощи специального прибора в виде градуированного стеклянного цилиндра высотой до 35 см.. На дно этого прибора опускают белый фарфоровый диск с нанесенным на нем черными линиями толщиной 1 мм крестом. Затем в цилиндр наливают исследуемую воду таким слоем, при котором крест становится невидимым. Каждый сантиметр по высоте этого слоя соответствует 1° прозрачности. Питьевая вода должна иметь не менее 30° прозрачности. Хорошая питьевая вода имеет 100 см по кресту.
Запах и привкус воды в поверхностных и подземных источниках могут быть различными. Запах воды определяют, нагревая ее до 50° С в закрытом сосуде. Различают запах болотистый (от гниющих растений), землистый, фекальный, сероводородный и т. д. Для определения привкуса воды ее подогревают до 25° С, поскольку при меньшей температуре привкус может не ощущаться. Запах и привкус воды оценивается по методике, приведенной в ГОСТ. Питьевая вода должна иметь не более 2 баллов по шкале запахов и привкусов при температуре 20° С.
Химические свойства воды. К химическим свойствам воды относятся активная реакция, жесткость, окисляемость, плотный остаток.
Активная реакция воды определяется содержанием в ней водородных ионов. Обычно она выражается через рН. Если рН< 7, среда кислая, если рН = 7, среда нейтральная, если рН> 7, среда щелочная. Питьевая вода должна иметь рН от 6, 5 до 9, 5.
Жесткость воды определяется растворенными в ней солями кальция и магния, бывает временной (карбонатной) и постоянной. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью воды. Временную жесткость сообщают воде бикарбонатные соли кальция и магния. Постоянную жесткость придают воде некарбонатные соли кальция и магния (сульфаты, хлориды и др.). Жесткость воды измеряется в мг-экв/л: 1 мг-экв/л соответствует растворенным в 1 л воды 20, 04 мг солей кальция и магния. Вода, жесткость которой меньше 5 мг-экв/л, называется мягкой, от 5 до 15 мг-экв/л — средней жесткости, больше 15 мг-экв/л — жесткой. Жесткость воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, не должна превышать 14, 3 мг-экв/л. В противном случае необходимо искусственное умягчение (обессоливание) воды. Для водопоя скота допустима жесткость воды от 10 до 40 мг-экв/л. Окисляемость обусловливается содержанием в воде растворенных органических веществ и является показателем возможной загрязненности воды источника сточными водами.
Плотный остаток характеризует содержание в воде растворенных солей. Поскольку поверхностные воды содержат меньше растворенных солей, чем подземные воды, которые, просачиваясь в породах, растворяют различные минералы, первые характеризуются меньшим плотным остатком, чем вторые.
Бактериологические свойства воды. Подземные воды обычно не содержат бактерий, а бактериологический состав поверхностных вод меняется в зависимости от времени года. Особенно опасно содержание в воде патогенных (болезнетворных) бактерий. Показателем бактериального загрязнения воды служит так называемый колититр, представляющий собой объем воды в кубических сантиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка. Для оценки бактериологического состава воды количественным анализом устанавливается общее количество в ней бактерий, и в частности кишечных палочек. Согласно нормам, для малых городов и сел в 1 л питьевой воды должно содержаться не более трех кишечных палочек.
Если качество природной воды не отвечает требованиям ГОСТ для хозяйственно-питьевого потребления, ее подвергают обработке (осветлению, обесцвечиванию, обеззараживанию и дезодорации), устанавливая способы обработки и состав очистных сооружений на основании различных анализов проб воды, взятых из данного источника.
|
|