Водоснабжение населенного пункта

 

Исходные данные для проектирования

Объектом водоснабжения в данном примере является город, состоя­щий из двух районов, расположенный в южной части страны. При проекти­ровании системы водоснабжения необходимо учитывать особые климати­ческие условия (более высокую температуру воздуха, особенно летнюю), малое количество осадков, которые обуславливают большие нормы водо-потребления, чем в других районах страны (например, Центральном).

Общая площадь территории города составляет 279 га. Районы города отмечаются по площади: F₁.F₂ = 2:3, т.е.

F ₁= 112 га,

F ₂= 167 га.

Плотность населения так же различна: р_ж1 = 360 чел/га, р_ж2 = 280 чел/га, что говорит о более плотном заселении первого района. Этажность застройки следующая:

n_э1=8;

n_э2= 6.

Территория города поливается водой. Причем F_пол/F = 0,30, а норма полива составляет 0,75 л/м² сут.

В городе имеется два промышленных предприятия, они расположены в разных районах. Здания районов города оборудованы внутренним водопро­водом и канализацией:

- первый район — с централизованным горячим водоснабжением;

- второй район — с ванными и местными водонагревателями.

Что касается рельефа города, то он достаточно спокойный, но имеется значительный уклон к западу (к реке).

Рассмотрим основные физические, химические, бактериологические свойства воды природных источников, указывая их значение для различных потребителей и предъявляемые потребителями требования к отдельным качественным характеристикам воды.

К физическим свойствам воды относятся ее температура, мутность, привкус, запах. Температура воды поверхностных источников зависит от температуры воздуха, скорости движения воды и ряда других факторов (оптимальная температура 5-10° С). Под цветностью воды понимают ее окраску, она выражается в градусах цветности но платиново-кобальтовой шкале. Цветность не должна быть выше 20 градусов. В исключительных случаях, по согласованию с организациями санитарного надзора, может быть допущена цветность воды до 35 градусов.

Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц и вы­ражается в мг/л. Мутность воды поверхностных источников зависит от их вида и от времени года. Особенно велика мутность воды в период паводков.

Требование к качеству воды, подаваемой водопроводами для хозяйственно-питьевых нужд, регламентируется государственными стандартами. Соглас­но СаПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к ка­честву воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Кон­троль качества», количество взвешенных веществ в воде, подаваемой водопроводами для хозяйственно-питьевых нужд централизованными водопроводами, не должно быть более 1,5 мг/л. Вода источников может иметь различные привкус и запах. Запахи бывают естественного и ис­кусственного (вследствие сброса в водоем сточных вод) происхождения. Согласно СаПиН 2.1.4.1074-01, питьевая вода при температуре 20° С и при подогревании ее до 60° С не должна иметь запаха более 2 баллов и привку­са (при 20° С) более 2 баллов.

Химический состав природной воды может быть чрезвычайно раз­нообразен. В общих случаях для оценки воды с точки зрения использо­вания имеют значения следующие показатели: плотный остаток, окис-ляемость, активная реакция, содержание железа, хлоридов, сульфатов, фтора и других.

Плотный остаток выражается в мг/л и характеризует общее содержа­ние в воде органических и неорганических веществ.

Жесткость воды (мг-экв/л) определяется содержанием в ней солей кальция и магния. Общая жесткость воды, подаваемой водопроводами для хозяйственно-питьевых нужд, согласно СаПиН 2.1.4.1074-01, не должна превышать 7 мг-экв/л.

Щелочность воды (мг-экв/л) обуславливается присутствием в ней би­карбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых кислот. Щелоч­ность природной воды обычно равна ее карбонатной жесткости.

Окисляемость (мг/л) указывает на содержание в воде растворенных ор­ганических и некоторых легко окисляющихся неорганических веществ.

Активная реакция воды выражает степень щелочности или кислот­ности воды и характеризуется концентрацией в воде водородных ионов. Концентрацию водородных ионов обозначают через рН (потенциал во­дорода) и условно выражают логарифмом ее величины с обратным зна­ком. Соответственно для нейтральной реакции рН=7, для кислой рН<7, для щелочной рН>7.

Железо (мг/л) содержится в воде в виде двухвалентного или комплекс­ных соединений трехвалентного железа.

Марганец (мг/л) в подземных водах чаще всего сопутствует железу в виде бикарбоната марганца.

Хлориды и сульфаты (мг/л) встречаются почти во всех природных во­дах чаще всего в виде кальциевых, магниевых и натриевых солей.

Йод и фтор (мг/л) чаще всего присутствуют в природных водах в ионной форме. Они имеют важное гигиеническое значение для здоровья людей.

Степень бактериологической загрязненности воды определяется чис­лом бактерий, содержащихся в 1 мл воды, и коли-титром. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные со сточными и стекающими дождевыми и талыми водами, от купающихся людей и животных. Согласно СаПиН 2.1.4.1074-01, питьевая вода не должна содержать более 100 бакте­рий в 1 мл. Особую важность для санитарной оценки воды имеет определе­ние бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и, следовательно, о возможности попадания в нее болезнетворных бактерий, в частности бак­терий брюшного тифа. Путем бактериологического анализа определяют число кишечных палочек в 1 л воды (так называемый коли-индекс) или наименьший объем воды, в котором еще обнаруживается кишечная палочка (коли-титр).

Для всех хозяйственно-питьевых систем согласно СаПиН 2.1.4.1074-01 для централизованного водоснабжения допускается содержание не более 3 кишечных палочек в 1л (коли-индекс).

В данном примере источником водоснабжения является река. Прини­маем мутность воды в реке 100 мг/л, что говорит об обязательной ее очист­ке на очистных сооружениях.

Для того чтобы предотвратить загрязнение воды, в месте ее забора уст­раивают зону санитарной охраны, которая состоит из трех поясов.

Территория первого пояса ограждается (по поверхности воды - пла­вающими знаками). В пределах первого пояса запрещается проживание людей, все виды строительства, купание и водопой скота, его выпас, стирка белья, рубка леса, применение удобрений.

В пределах второго пояса нельзя размещать склады ядохимикатов, удобрений, горюче-смазочных веществ.

В третьем поясе нельзя производить сбросы отходов, ядохимикатов.

 Обоснование принятой схемы системы водоснабжения

Систему водоснабжения городов выбирают на основании данных о водопотребителях, водопотреблении и сведениях об имеющихся источниках водоснабжения. Система водоснабжения населенного места должна обес­печивать получение воды из природных источников, ее очистку, если это необходимо, и передачу к месту потребления. Для выполнения этих задач служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы: а) во­дозаборные сооружения, с помощью которых осуществляют захват воды из природных источников; б) водоподъемные сооружения, т.е. насосные стан­ции, подающие воду к местам ее очистки, хранения и потребления; в) со­оружения для улучшения качества воды; г) водоводы и водопроводные се­ти, служащие для транспортирования воды к местам потребления и распределения; д) башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей.

Выбор схемы системы водоснабжения населенного пункта прежде все­го зависит от вида источника воды. В данном случае этим источником яв­ляется река, протекающая вне территории города. Следовательно, наиболее оптимальным является использование системы водоснабжения с забором

воды из реки (поверхностного источника). Эта система является групповой, так как предназначена для обслуживания нескольких рядом расположенных объектов (город и два предприятия). Устройство этой системы водоснабже­ния позволяет сократить число очистных сооружений, насосных станций, водоводов, тем самым уменьшить капитальные и эксплутационные затраты.

 

Речная вода поступает в водозаборное сооружение, из которого насо­сами станции первого подъема подается на очистные сооружения. Очищен­ная вода поступает в резервуары чистой воды, откуда забирается насосами станции второго подъема для подачи по магистральным водопроводам и трубопроводам в водопроводную сеть, распределяющую воду по отдель­ным районам и кварталам населенного места.

Водозаборные сооружения (водозаборы) предназначены для забора расчетного расхода воды из источника, защиты системы водоснабжения от засорения и подачи воды в систему водоснабжения. Водозаборные соору­жения для приема воды из поверхностных источников в зависимости от вида водоема бывают речные, водохранилищные, озерные и морские. По производительности водозаборы подразделяются: малые (< 1 м /с), средние (1-6 м3/с) и большие (> 6 м3/с).

На реках наибольшее распространение получили два типа водозаборов — береговые и русловые.

В примере используются водозаборные сооружения берегового типа, это объясняется сравнительно крутыми берегами реки. Они состоят из во­доприемного берегового колодца и насосной станции первого подъема. Во­дозаборы совмещенного типа, как правило, оснащаются насосами марки Д и В и имеют производительность более 3 м /с.

Насосные станции обеспечивают транспортирование воды от сооруже­ния к сооружению и ко всем потребителям. По своему назначению и распо­ложению в общей схеме городского водопровода насосные станции подразделяются на станции первого и второго (иногда третьего) подъема, повысительные станции (подкачки).

Станции водоподготовки предназначены для обработки природной во­ды перед подачей ее потребителям. Метод обработки воды, состав и рас­четные параметры очистных сооружений, а также расчетные дозы реаген­тов устанавливают в зависимости от качества воды в источнике водо­снабжения, назначения водопровода, производительности станции и мест­ных условий. Наиболее распространенными методами очистки воды явля­ется осветление и обеззараживание.

Осветление может осуществляться отстаиванием воды в отстойниках, пропуском ее через взвешенный слой осадка в осветлителях и фильтрова­нием через зернистую загрузку в фильтрах. Для улучшения процесса от­стаивания применяют коагулирование, т.е. вводят в воду химические реаген­ты (коагулянты), которые, взаимодействуя с мельчайшими коллоидными частицами, находящимися в воде, образуют агрегаты слипшихся частиц в виде хлопьев, быстро впадающих в осадок.

Обеззараживание воды осуществляют с целью уничтожения бактерий, главным образом, патогенных. Наиболее распространенными способами обеззараживания являются хлорирование и бактерицидное облучение. Ино­гда применяется специальная обработка воды (в основном подземных вод).

Таким образом, очистная станция (станция водоподготовки) представ­ляет собой комплекс сооружений, в которых вода подвергается очистке, приобретая качества и свойства, необходимые потребителю.

Для получения воды питьевого качества при использовании поверхно­стных источников, как правило, необходимо осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды.

В настоящее время наиболее распространены три технологические схемы осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды, этими схема­ми предусматриваются следующие сооружения.

Схема (а):

- смеситель;

- камера хлопьеобразования;

- горизонтальный отстойник;

- фильтры;

- резервуар чистой воды.

Схема (б):

- смеситель;

- осветлитель со взвешенным слоем осадка;

- фильтры;

- резервуар чистой воды.

Схема (в):

- смеситель;

- контактный осветлитель;

- резервуар чистой воды.

Все три схемы предусматривают в составе станции водоподготовки наличие реагентного цеха. Из него в смеситель поступают реагенты для осуществления коагуляции.

Обеззараживание воды во всех трех схемах осуществляется путем ее хлорирования перед поступлением в резервуар чистой воды.

Станции водоподготовки с горизонтальными отстойниками имеют производительность, как правило, свыше 30000 м³ /сут и применяются для обработки исходной воды с мутностью до 1500 мг/л. При этом в большин­стве случаев камеры хлопьеобразования предусматриваются встроенными в горизонтальный отстойник.

По второй схеме рекомендуется устраивать станции производительно­стью свыше 5000 м³/сут при мутности исходной воды в пределах от 50 до 150 мг/л.

Станции водоподготовки по третьей схеме можно устраивать любой производительности. При этом исходная вода должна иметь мутность не более 120 мг/л.

Исходная вода во всех трех случаях должна характеризоваться цветно­стью до 120° С. Запасные и регулирующие емкости в системах водоснабже­ния предназначаются для хранения запасов воды, регулирования подачи и расхода воды, а также обеспечения необходимых напоров. В зависимости от места расположения в системе водоснабжения емкости могут выполнять одну или несколько функций. В системах водоснабжения населенных пунк­тов в качестве емкостей, как правило, применяют резервуары и водонапор­ные башни.

Водонапорная башня состоит из следующих основных элементов: во­донапорного бака, поддерживающей конструкции ствола и утепляющего шатра вокруг бака. Водонапорные башни могут быть железобетонные, кир­пичные, металлические и деревянные. Роль водонапорных башен могут выполнять пневматические водонапорно-регулирующие установки. Но из-за больших эксплутационных затрат их применяют редко.

Резервуары служат для хранения запасов воды и в зависимости от на­значения могут быть расположены в различных местах системы водоснаб­жения. Резервуары сооружают преимущественно в целях:

1) приема и хранения воды поступающей от насосных станций пер­вого подъема, фильтровальных станций или районных водопрово­дов и подаваемой далее насосными станциями второго подъема;

2) приема свежей воды, питающей системы оборотного водоснабжения;

3) хранения регулирующего объема воды и поддержания напора в сети;

4) хранения противопожарных и аварийных запасов воды.
Емкость резервуара зависит от его назначения и производительности

систем водоснабжения. Резервуары выполняют преимущественно из желе­зобетона круглой или прямоугольной формы в плане.

Для транспортирования воды от источников к объектам водоснабже­ния служат водоводы. 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 водопроводные сети подразделяются на кольцевые (замкнутые) и тупиковые (разветвленные). При трассировке ли­ний водопроводной сети необходимо учитывать планировку объекта водо­снабжения, размещение отдельных потребителей воды, рельеф местности и т.д. Тупиковые водопроводные сети выполняют для небольших объектов водо­снабжения, допускающих перерывы в снабжении водой.

Кольцевые водопроводные сети выполняют при необходимости беспе­ребойного водоснабжения, что гарантируется в данном случае возможно­стью двустороннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем тупиковых.

В городских и производственных водопроводах, как правило, приме­няют кольцевые сети благодаря их способности обеспечивать бесперебой­ную подачу воды. В противопожарных водопроводах устройство кольцевой сети обязательно.

В водопроводной сети различают магистральные (главные) и распре­делительные (второстепенные) линии. Расчет проводят только для магист­ральных линий. В кольцевых сетях устраивают также перемычки, предна­значенные в основном для перераспределения воды между магистралями при аварии на одной из них.

В соответствии с указанием СНиП 2.04.02-84 (пункт 8,5) водопровод­ные сети должны устраиваться кольцевыми.

Тупиковые линии водопроводов допускается применять:

- для подачи воды на производственные нужды при перерыве на время ликвидации аварии;

- для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды при диаметре труб не выше 100 мм;

- для подачи воды на противопожарные или хозяйственно-противо­пожарные нужды при длине линий не выше 200 м (независимо от расхода воды на пожаротушение).

Водоводы, как правило, должны прокладываться вблизи дорог с уче­том границ землепользования и севооборотов. При этом для снижения на­поров водоводы (а также магистральные линии сетей) в пределах трассы рекомендуется прокладывать по относительно возвышенным отметкам ме­стности. Уклон водоводов и линий водопроводной сети должен быть не менее 0,001 по направлению к выпуску; при плоском рельефе местности уклон трубопроводов можно уменьшать до 0,0005.

Трубопроводы водопроводной сети следует прокладывать вдоль про­ездов прямолинейно, параллельно линиям застройки, по возможности вне бетонных и асфальтовых покрытий; пересечение проездов следует осуще­ствлять под прямым углом.

Водопроводная сеть состоит из:

- труб;

- фасонных частей;

- арматуры.

Для устройства сети применяют следующие типы труб:

- чугунные, получили наиболее широкое использование (Ø 65-300 мм (ГОСТ 21053-75); (Ø 65-1200 мм (ГОСТ9583-75) для давления до 1 МПа). Их применение допускается для сетей в пределах населен­ных пунктов, территорий промышленных и сельскохозяйственных
предприятий;

- стальные трубы применяют в исключительных случаях и при соот­ветствующем технико-экономическом обосновании. Их устанавли­вают на участках с давлением более 1,2 МПа, а также под железной дорогой;

- асбестоцементные трубы диаметром до 500 мм применяют при ра­бочем давлении Р_р = 0,6; 0,9; 1,2 МПа. Их преимущества состоят в следующем: прочность, стойкость к коррозии, небольшая масса, гладкие стенки. Недостаток заключается в их малой сопротивляе­мости ударам и динамическим нагрузкам;

- железобетонные трубы также применяют для устройства водопро­водов (Ø500-1600 мм). Они обладают коррозионной устойчиво­стью, являются диэлектриками, способны сохранять в условиях эксплуатации гладкую поверхность, что обеспечивает постоянство их пропускной способности, имеют меньшую металлоемкость и значительную долговечность. Но они имеют ряд недостатков: тя­желые, толстостенные;

- пластмассовые трубы имеют ряд преимуществ: небольшая масса, небольшое гидравлическое сопротивление, большая коррозионная стойкость, достаточная прочность, долговечность. В качестве не­достатка этих труб следует отметить их большой коэффициент ли­нейного расширения, подверженность старению, невысокое сопро­тивление раздавливанию. В настоящее для сетей хозяйственного водоснабжения разрешено применение труб из полиэтилена высо­кой (ПВП) и низкой (ПНП) плотности, полипропилена (ПП). Про­мышленность выпускает трубы из ПВП (ГОСТ 18599-73) и ПНП с диаметром условного прохода Ø 10-150 мм, Р_р = 0,6; 0,9; 1,2 МПа.

Для нормативной эксплуатации водопроводной сети на ней устанавли­вают следующую арматуру: запорно-регулируюшую (задвижки, вентили), водозаборную (водозаборные колонки, краны, пожарные гидранты), предо­хранительную (предохранительные клапаны и воздушные вантузы).

Задвижки служат для регулирования распределения расходов воды по сети и отключения участков сети для осмотра и ремонта. Применяемые в практике задвижки подразделяют на параллельные и клиновые (16), оба типа могут быть с выдвижным и не выдвижным шпинделем.

Для забора воды из сети с целью пожаротушения применяют гидранты, они бывают подземные и наружные. Гидранты устанавливают в смотровых колодцах на фасонных частях (пожарных подставках). Расстояние между гидрантами на сети должно быть не более 100 м. Скопление воздуха в во­допроводной сети нарушает ее работу. Для выпуска воздуха в возвышен­ных точках сети устанавливают вантузы.

В пониженных местах сети устанавливают выпуски, представляющие собой патрубки, примыкающие к нижней части труб. На выпусках устанав­ливают вентили. Выпуски служат для опорожнения труб и отвода воды при промывке.

На водопроводной сети устанавливают также предохранительные кла­паны, исключающие повышение давления сверхдопустимого, обратные клапаны допускающие движение воды только в одном направлении и ре­дукционные клапаны, служащие для понижения давления на отдельных участках сети.

Основными сооружениями на водопроводной сети являются:

- смотровые колодцы;

- переходы под железными и автомобильными дорогами;

- дюкеры (переходы под реками);

надземные переходы.

- Для пересечения автомобильных или железных дорог трубопроводы, как правило, должны прокладываться по мостам или в трубах под насыпями.

При невозможности или нецелесообразности использования этих со­оружений, трубы размешаются в футлярах с установкой задвижек по обе стороны от перехода.

Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промер­зания грунта, температуры воды в трубах и режима ее подачи.

Глубина заложения труб должна быть больше расчетной глубины про­мерзания грунта: при d < 300 мм на d + 0,2 м; при d < 600 мм на 0,3d; при d > 600 мм на 0,5d.

Ориентировочно глубину заложения труб можно принять: в северных районах 3-3,5 м; в средней полосе 2,5-3 м; в южных районах 1-1,5 м.