Системи та схеми водопостачання

Тема 4. Системи водопостачання та водовідведення

Водопостачання – це забезпечення водою різних водоспоживачів (населених пунктів, виробничих підприємств та інших об’єктів) для задоволення господарсько-питних, технологічних і протипожежних потреб.

Системою водопостачання називають комплекс інженерних споруд, машин і апаратів, які призначені для добування води з природних джерел, поліпшення її якості, зберігання, транспортування і подачі водоспоживачам.

Централізована система водопостачання населеного пункту або промислового підприємства повинна забезпечувати прийом води з джерела в необхідній кількості, її очищення, якщо це необхідно (тобто доведення її якості до потрібного рівня показників), передачу до обслуговуваного об’єкту і подачу споживачу під необхідним напором (тиском). З цією метою в систему водопостачання включені такі елементи (рис. 4.1):

- водоприймальні споруди (водозабірні споруди, водозабори), призначені для прийому води з вибраних для даного об’єкту природних вододжерел;

- насосні станції (водопідіймальні споруди), що створюють тиск для передачі води на очисні споруди, до акумулюючих ємкостей або до споживачів; насосні станції (НС) 1 підйому призначені для передачі води від водозабору (джерела) на очисні споруди; НС 2 підйому призначені для передачі очищеної води з резервуару чистої води (РЧВ) в магістральні водоводи і далі в розподільчу мережу; наступні НС влаштовують при необхідності для створення необхідного тиску в трубопроводах;

- споруди для очищення води, призначені для поліпшення властивостей води і доведення її якісних показників до вимог споживачів;

- резервуари і водонапірні башти, які є запасними і регулюючими ємкостями;

- водоводи і водорозподільні мережі, призначені для передачі води до місць її розподілу і споживання; магістральні водоводи транспортують основну кількість води від очисних споруд до об’єкта водопостачання; водорозподільні мережі подають воду безпосередньо споживачам на території обслуговування об’єкта.

Рис. 4.1. Схеми систем водопостачання:

а – міста з поверхневим джерелом, б - міста з двома майданчиками артезіанських свердловин, в - міста з послідовним зонуванням, г - міста з паралельним зонуванням,
д – сільського населеного пункту, е – групи споживачів (груповий водопровід),
ж – промислового підприємства, прямоточна і з послідовним використанням води,
з - промислового підприємства, зворотна, 1 – водозабірні споруди, 2 – насосна станція першого підйому, 3 – очисні споруди, 4 – резервуари чистої води, 5 - насосні станції другого і послідуючих підйомів, 6 – водоводи, 7 – магістральна водопровідна мережа,
8 – водонапірна башта, 9 – артезіанські свердловини, 10 – тупикова мережа, 11 споживач води, 12, 13, 14 – виробництва на підприємстві, 15 – очисна (охолоджувальна) установка,
16 – циркуляційна насосна станція, 17 – трубопровід підживлюючої води

Взаємне розташування споруд системи водопостачання і їх склад можуть бути різними залежно від призначення, місцевих природних умов, вимог водоспоживання або виходячи з економічних міркувань. Так, НС 1 підйому може бути поєднана з водоприймальною спорудою або об’єднана в одній будівлі з НС 2 підйому, але частіше вони розташовуються окремо. НС 2 підйому може бути об’єднана в одному блоці з водоочисними спорудами і РЧВ або розміщена в окремій будівлі. Комплекс водоочисних споруд, РЧВ і НС 2 підйому можуть бути розташовані в безпосередній близькості від вододжерела або, навпаки, віддалені від нього і наближені до споживача.

Щоб правильно вибрати схему і джерело водопостачання, треба мати в своєму розпорядженні дані про водоспоживання, знати вимоги, що ставляться до якості води, мати відомості про тиск, під яким вона повинна подаватися споживачеві, про наявні природні вододжерела в районі проектування. Значний вплив на схему водопостачання має вибране вододжерело; його вид (поверхневий - відкриті водоймища, тобто річки, водосховища, озера, моря, або підземний – ґрунтові й артезіанські води, джерела), потужність, якість води, відстань, на яку воно віддалене від водоспоживача, і т.п.

Системи водопостачання поділяють за такими ознаками: за функціональним призначенням (господарсько-питні, виробничі та протипожежні); сферою обслуговування (об’єднані та роздільні); за видом об’єктів (міські, селищні, промислові); за територіальним охопленням водоспоживачів (місцеві, централізовані, групові); тривалістю дії (тимчасові та постійні); типом природного джерела (з використанням підземних або поверхневих вод); способом підйому води (гравітаційні та з механічною подачею води); характером використання води (прямоточні, зворотні і з повторним використанням води); надійністю забезпечення подачі води.

Господарсько-питні системи водопостачання подають воду для пиття, приготування їжі і проведення санітарно-гігієнічних процедур. Вода в цій системі повинна бути питної якості. Виробничі водопроводи подають воду на технологічні цілі. Вимоги до якості води визначаються технологами. Протипожежні системи водопостачання призначені для подачі води під час гасіння пожежі. Вода в протипожежних водопроводах може бути і не питної якості.

Об’єднані водопроводи задовольняють потреби всіх водоспоживачів, роздільні - окремо подають воду на різні потреби. Місцеві (локальні) системи забезпечують водою окремих водоспоживачів (наприклад, тваринницька ферма, промислове підприємство чи окрема група будинків), централізовані - всіх споживачів даного населеного пункту. Групові або районні системи водопроводів призначені для забезпечення водою кількох населених пунктів, ферм чи підприємств, віддалених одне від одного.

Централізовані системи водопостачання за надійністю забезпечення водою поділяються на три категорії. Системи господарсько-питного водопроводу населених пунктів з кількістю жителів до 5 тис. чоловік належать до ІІІ категорії. Для них допускається зниження подачі води не більше, ніж на 30%, на 15 діб і менше, а також перерва в подачі води на час ремонту не більше, ніж на 24 години. При кількості жителів від 5 до 50 тис. чол. передбачається ІІ категорія, для якої перерва в подачі води може бути до 6 годин, а зниження подачі не перевищує 10 діб. Населені пункти з кількістю жителів більше 50 тис. чоловік належать до І категорії, для яких зниження подачі води - не більше 3 діб, перерва - не більше 10 хв. Категорію окремих елементів системи водопостачання встановлюють залежно від їх функціонального значення в загальній системі водопостачання.

Взаємне розташування окремих елементів і споруд в кожній конкретній системі водопостачання називають схемою водопостачання. Вибір складу споруд залежить в основному від: виду природного джерела водопостачання і якості води в ньому; категорії водоспоживачів, кількості та якості води, що споживається; надійності подачі води; рельєфу місцевості.

Промислові підприємства відрізняються різноманітністю технологічних процесів, споживають воду різної якості та вимагають різних напорів в мережах окремих цехів. Специфічністю технічних систем водопостачання є можливість обороту води для різних потреб. Тому системи водопостачання промислових підприємств досить складні. Якщо споживається значна кількість води не питної якості, то доцільно влаштовувати окремі системи технічного водопостачання: прямоточні, з повторним використанням води, оборотні. Вибір схеми технічного водопостачання слід вирішувати за техніко-економічними розрахунками.

4.1.1. Питоме водоспоживання, визначення розрахункових витрат води та необхідних напорівв населеному пункті

При проектуванні систем водопостачання необхідно знати кількість води, яка має бути подана водопроводом, види і кількість водоспоживачів з урахуванням перспективного плану розвитку об’єкта, розрахункові норми споживання води кожним споживачем та режим споживання води протягом доби.

Нормою водоспоживання називають кількість води, що витрачається на певні потреби за одиницю часу або на одиницю продукції, що виробляється. В населених пунктах норми господарсько-питного водоспоживання призначають на основі вивчення фактичного об’єму та режиму водоспоживання в аналогічних умовах або, якщо це неможливо, за рекомендаціями СНиП 2.04.02-84. Господарсько-питне водоспоживання протягом доби, місяця, року в населеному пункті не буває рівномірним і залежить від багатьох факторів (режим життя і трудової діяльності людини, пори року, місцеві умови тощо). В розрахунках ці коливання оцінюють коефіцієнтами добової та погодинної нерівномірності.

Розрахункові добові витрати води на господарсько-побутові потреби в населеному пункті визначають за формулами:

- добові (середні за рік) витрати води, м³/добу, на господарсько-питні потреби населення:

,

(4.1)

де g_ж -питомі витрати води, л/доб×чол., N_ж - розрахункова чисельність мешканців, чол;

- витрати за добу найбільшого (Q_доб.max) і найменшого (Q_доб.min) господарсько-питного водоспоживання:

;	(4.2)
;	(4.3)

де К_{доб .}- коефіцієнти добової нерівномірності: найбільший - К_доб.max =1,3; найменший - К_доб.mіn = 0,7.

Протягом доби погодинні витрати мають значне коливання, яке враховується коефіцієнтом погодинної нерівномірності:

найбільшим	;	(4.4)
найменшим	;	(4.5)

де a_max = 1,2–1,4; a_min=0,4–0,6 - коефіцієнти, які враховують ступінь благоустрою будинків, режим роботи підприємств та інші місцеві умови (СНиП 2.04.02-84), b - коефіцієнт, який враховує чисельність мешканців у населеному пункті.

Залежно від значення К_г.max приймають типовий графік розподілу добових витрат за годинами доби.

Погодинні витрати води споживачем, м³/год, дорівнюють:

,

(4.6)

де а -розподіл добових витрат Q_{доб. m} - для конкретної години, %.

За годинними витратами води будують графік водоспоживання в населеному пункті. Протягом години в розрахунках передбачається рівномірне водоспоживання. Година, на яку припадає найбільше значення погодинної витрати води всього населеного пункту, є годиною найбільшого водоспоживання, а витрати води за цю годину приймаються як розрахункові.

Найбільші секундні витрати води у населеному пункті, л/с:

q = qhr,max ׃ 3,6,

(4.7)

де q_hr.max - найбільші годинні витрати води, м³/год, для всього населеного пункту.

Питомі витрати води на промислові потреби підприємств залежать від типу продукції, що випускається, прийнятої технології, встановленого обладнання. Ці дані визначають за технологічним паспортом підприємства.

Розрахункові витрати води для промислових підприємств на виробничі (технологічні) потреби за відсутності технологічних графіків водоспоживання вираховують за формулами:

– середньодобові:	qдоб = Пдоб · qw, м^3/добу;	(4.8)
– за зміну:	qзм = Пзм · qw, м^3/зміну;	(4.9)
– середньогодинні за зміну:	qhr,max,зм = (Пзм · qw) ׃ Тзм, м^3/год;	(4.10)
– максимального-динні за зміну:	qhr,зм = (Пзм · qw · Кн) ׃ Тзм, м^3/год;	(4.11)
– максимального-динні за добу:	qhr,max = (Пзм,max · qw · Кн) ׃ Тзм, м^3/год;	(4.12)
– максимально-секундні:	q = qhr,max ׃ 3,6,л/с	(4.13)
де Пдоб – кількість продукції, що випускається за добу;Пзм – те ж за зміну;Пзм,max– те ж за зміну з максимальною продуктивністю;qw – норма водоспоживання на одиницю продукції, м^3; Тзм– тривалість зміни, год; Кн– коефіцієнт нерівномірності водоспоживання на виробничі потреби.

Крім виробничих, на промислових підприємствах потрібно враховувати господарсько-питні потреби води за нормою: 45 л за зміну на одну людину в цехах з тепловиділенням більше 23,2 Вт/м³ (так звані ”гарячі”); 25 л - в інших цехах. На господарсько-питні потреби розподіл добових та змінних витрат води виконують за даними технологів або розраховують за коефіцієнтом погодинної нерівномірності, значення якого приймають в “гарячих” цехах: K_hr =2,5; - в “холодних” – K_hr =3.

Витрати води на душ розподіляють пропорційно до добових витрат після кожної зміни на підприємствах. Розрахункові витрати води на душ на одного працівника за добу (зміну) приймаються залежно від групи виробничогопроцесу за санітарною характеристикою. Визначають потрібну кількість душових сіток для даного підприємства або окремого цеху. Розрахунки ведуть для зміни з найбільшою кількістю працівників, які приймають душ. Розрахункові питомі секундні витрати води на душ у групових установках зі змішувачами приймають за СНиП 2.04.01-85 рівними 500 л/год і 0,2 л/с на одну душову сітку. Загальні секундні витрати води на душ у групових установках зі змішувачами визначають із розрахунку, що працюють одночасно всі установки.

Крім регулярного забезпечення господарсько-питних і виробничих потреб, система водопостачання при необхідності повинна подавати воду на гасіння пожеж. Витрата води на гасіння пожеж необхідна тільки при їх виникненні і тому враховується лише при перевірочних розрахунках водопровідної мережі та при визначені об’єму запасних ємностей (РЧВ, водонапірної башти, протипожежних резервуарів).

Витрати води на зовнішнє гасіння пожежі в населеному пункті та розрахункова кількість пожеж приймаються за СНиП 2.04.03-85. Розрахункову тривалість гасіння пожежі приймають 3 год. Подача розрахункових витрат води на гасіння пожежі повинна бути забезпечена при найбільших годинних витратах води на інші потреби.

У водопровідній мережі населеного пункту повинен бути тиск, який забезпечить підйом і виливання води у найвищій водорозбірній точці. Тобто вільний потрібний напір, м, у мережі:

,

(4.14)

де h_r - геометрична висота підйому води від поверхні землі до найвищої водорозбірної точки, м; - втрати напору від точки підключення водопровідної мережі до водорозбірної арматури, м; h_p - робочий напір на виливання з водорозбірної арматури, м, який визначають за СНиП 2.04.01-85.

Відповідно до СНиП 2.04.02-84 у зовнішній водопровідній мережі повинен забезпечуватись необхідний вільний напір

,

(4.15)

де n - кількість поверхів у будинків.

Для окремих багатоповерхових будинків, розташованих серед малоповерхових, або будинків, розташованих у підвищених місцях, можливо передбачити місцеві насосні установки для підвищення напору. Тиск води у водорозбірній арматурі, розташованій на нижньому поверсі житлового будинку, не повинен перевищувати 0,45 Мпа, а у протипожежному крані на нижньому поверсі – 0,9 Мпа. У будинках, геометрична висота яких обумовлює за однозонної схеми водопостачання тиск на нижньому поверсі, який перевищує 0,45 Мпа, слід передбачати зонне водопостачання.

Вільний напір у водопровідній мережі під час гасіння пожежі залежить від прийнятої системи пожежегасіння. Є системи високого і низького тиску. В системі високого тиску пожежу гасять безпосередньо з мережі за допомогою пожежних рукавів, які під’єднуються до пожежних гідрантів. В системі пожежегасіння низького тиску вода з гідрантів водопровідної мережі забирається насосами пожежних машин і подається рукавами до місця пожежі.

4.1.2. Джерела водопостачання та їх характеристика.

Вибір вододжерела є найважливішим завданням при проектуванні системи водопостачання, оскільки він визначає характер самої системи, технологічну схему i склад водопровідних споруд, а отже будівельну i експлуатаційну вартість водопровідного комплексу.

До джерел водопостачання ставлять наступні вимоги:

1) забезпечення безперебійного отримання необхідної кількості води з урахуванням перспективи зростання водоспоживання;

2) можливість подачі води об'єкту з найменшою витратою засобів на її транспортування;

3) якість води в джерелі повинна найбільшою мірою відповідати вимогам споживачів або необхідну якість можливо отримати шляхом простого i дешевого очищення;

4) достатня потужність для того, щоб отримання з них води не впливало на існуючу екологічну систему.

Використовувані для цілей водопостачання природні джерела можна підрозділити на дві групи: поверхневі джерела - річки, водосховища i озера; підземні джерела - ґрунтові й артезіанські води i джерела (ключі).

Основними чинниками, що впливають на вибір вододжерела:

- віддаленість від водозабезпечуванного об'єкта;

- санітарна i гідрологічна характеристика вододжерела (необхідність регулювання річкового стоку i умови його здійснення, якість i кількість води у вибираних джерелах);

- висота підйому води від джерела до об'єкта водопостачання.

В існуючій практиці з поверхневих вододжерел найчастіше використовують річки. Як правило, середні й великі річки за своїм дебітом задовольняють потреби у воді звичайних об’єктів водопостачання, інакше проводять зарегулювання їх стоку.

Характерними особливостями якості річкової води є її велика каламутність (особливо весною i восени), високий вміст органічних речовин, рослин, часто значна кольоровість води. Річкова вода звичайно має відносно малий солевміст i, як правило, невелику жорсткість. Вода водосховищ, i озер характеризується малим вмістом завислих речовин, значною кольоровістю, великою окислюваністю, наявністю планктону в літній час.

Річкам властиві сезонні коливання їх витрати i якості води. Тому при ви-6opi річки як вододжерела слід перевіряти можливість отримання необхідних кількостей води в період найменшого її дебіту з урахуванням зміни контурів її русла. При цьому слід пам'ятати, що в періоди паводків річкова вода характеризується високою кольоровістю i низькою лужністю, великою кількістю завислих речовин, значною бактерійною забрудненістю, що ускладнює її кондиціонування.

Як правило, річкові води відрізняються малим вмістом мінеральних солей, невеликою жорсткістю i при цьому відносно великою каламутністю, високим вмістом органічних речовин, бактерій, часто значною кольоровістю.

Вода озер звичайно має малий вміст завислих речовин. Ступінь мінералізації озерної води різний.

Поверхневі джерела характеризуються значними, іноді дуже різкими коливаннями якості води i кількості забруднень в окремі періоди року. Якість води озер i річок великою мірою залежить від забруднення їх поверхневими стоками i стічними водами міст i промислових підприємств.

Основним чинником, що впливає на вибір місця водозабірної споруди для господарсько-питних цілей, є санітарний стан місцевості, зокрема можливість організації зони санітарної охорони. Тому при виборі джерелом водопостачання річки водозабірні споруди слід розташовувати за течією річки обов'язково вище населених пунктів i промислових об'єктів, які можуть забруднювати їх. Враховуючи це, іноді доводиться водозабірні споруди відносити на значні відстані від населеного пункту.

Особливу трудність становить використання для цілей централізованого водопостачання гірських річок, що відрізняються не тільки різкими коливаннями дебіту, але i якістю води. Води озер i водосховищ характеризуються великою різноманітністю за ступенем мінералізації, високою прозорістю, кольоровістю i наявністю солей заліза в періоди паводків, високою окислюваністю, наявністю планктону в теплу пору року, низькою мінералізацією, невеликим лужним резервом i малою жорсткістю. Ці особливості якості води водосховищ i озер викликають відомі труднощі при вирішенні завдання поліпшення и якості.

Дата добавления: 2014-01-07