1. Инженерные сети

1.1. Системы и схемы водоснабжения. Нормы водопотребления

1. Системы водоснабжения и их классификация

Системой водоснабжения называют комплекс инженерных сооружений, обеспечивающих подачу воды от водозабора к потребителям. Этот комплекс включает водозаборные сооружения, сооружения для очистки и улучшения качества воды, насосные станции, регулирующие и запасные емкости, водоводы и водопроводные сети.

В зависимости от назначения, местных условий и требований к качеству воды некоторые из перечисленных сооружений в системе водоснабжения могут отсутствовать. Например, если вода пригодна для использования в производственных целях, то исключаются сооружения для ее очистки и улучшения и т.д.

Функциональное назначение системы водоснабжения заключается в бесперебойном обеспечении потребителей водой высокого качества в соответствии с ГОСТ 2872-73 «Вода питьевая» в заданном количестве, требуемого напора при минимальных затратах на строительство и эксплуатацию.

Системы водоснабжения классифицируются по следующим параметрам:

1. Степень надежности обеспечения водой: I категории, II категории, III категории.

2. Вид водопотребления: объединенные, раздельные, полураздельные.

3. Территориальный признак: групповые, локальные.

4. Назначение: хозяйственно-питьевые, производственные, коммунальные, полевые, пастбищные, противопожарные.

5. Способ подачи воды: самотечные, с механической подачей воды.

6. Использование природных источников: подземные, речные, озерные, морские.

7.Способ использования воды: прямоточные, оборотные, с повторным использованием воды.

8. Степень охвата водопотребителей: централизованные, децентрализованные, смешанные.

9. Способ регулирования расходов воды: башенные (с напорными резервуарами), бесбашенные (с пневматическими установками).

По надежности обеспечения водой системы водоснабжения подразделяются на три категории. К первой относятся системы водоснабжения производственных предприятий, не допускающие перерыва в подаче воды, и крупных населенных пунктов, где проживают более 50 тыс. человек. Во вторую категорию включают системы водоснабжения предприятий и населенных пунктов с числом жителей менее 50 тыс. человек, а также групповые сельскохозяйственные водопроводы, у которых может быть перерыв в подаче воды 5 ч и снижение подачи на 30% в течение месяца. К третьей категории надежности относятся системы водоснабжения поселков с числом жителей до 500 человек, где допускаются перерывы в подаче воды до одних суток и снижение подачи воды на 30% продолжительностью до одного месяца.

Централизованное водоснабжение охватывает весь населенный пункт. В зависимости от расположения источников водоснабжения, а также их количественных и качественных характеристик системы центрального водоснабжения классифицируются по виду водопотребления. Различают объединенные, раздельные и полураздельные системы водоснабжения.

Объединенные системы – это системы, в которых источник водоснабжения, сети и все сооружения водопровода являются общими и обслуживают жилую и хозяйственно-производственную зоны. Объединенные системы водоснабжения применяют в тех случаях, когда для жилой и производственной зон подается вода питьевого качества из источников, не требующих ее очистки, например из артезианских скважин, или когда для хозяйственно-производственной зоны требуется вода питьевого качества (рис.1, а).

Раздельные системы – это системы, когда из одного источника забор воды для жилой и хозяйственно-производственной зон осуществляется в разных пунктах: в одном – для жилой, а в другом – для производственной, или из разных источников для каждой зоны. В этой системе все сооружения и сети раздельные.

Полураздельные системы – это системы, когда из общего источника водоснабжения вода на хозяйственно-питьевые нужды жилой и производственной зон проходит через очистные сооружения, а на животноводческие фермы и технологические процессы производства – непосредственно из того же источника, минуя очистные сооружения (рис.1, б). В полураздельных системах имеются общие источники – водозаборные сооружения и водоводы, и раздельные - очистные сооружения, магистрали, резервуары и сети. Такое разделение позволяет организовать очистку воды только в небольших объемах, определенных хозяйственно-питьевыми нуждами. В рассмотренных системах противопожарное водоснабжение осуществляется путем устройства противопожарного водопровода, объединенного с хозяйственно-питьевым или производственным водопроводом.

Раздельные системы целесообразно устраивать в тех случаях, когда для хозяйственно-производственной зоны требуется значительное количество неочищенной воды, пригодной для технических целей и животноводческих ферм, и когда они расположены непосредственно у реки или других водоемов. Целесообразно также устраивать раздельные системы при ограниченном количестве подземных вод, достаточном только для хозяйственно-питьевого водопровода при удаленности производственной зоны от селитебной территории поселка (рис.1, в).

Системы водоснабжения по территориальному признаку разделяют на групповые и локальные.

Групповое водоснабжение является одним из видов централизованного водоснабжения. Групповые системы водоснабжения сооружаются для централизованного водоснабжения группы сельскохозяйственных производств и сельских населенных пунктов в местах с большой плотностью населения, а также в маловодных районах и при определенных неблагоприятных природно-климатических условиях. Специфической особенностью групповых систем водоснабжения является развитая сеть длинных водоводов, предназначенных для подачи воды к отдельным многочисленным населенным пунктам (рис. 2) Групповые системы водоснабжения нашли широкое применение в Поволжье, Северном Кавказе.

Рис. 1. Схема водопровода по виду водопотребления:

а – объединенного; б – полуразделенного; в – раздельного

Локальные системы водоснабжения предназначены для обеспечения водой отдельных населенных пунктов или отдельных производственных зон.

В соответствии с видом водоснабжения по назначению выделяют системы водоснабжения: хозяйственные, производственные, коммунальные, пастбищные, полевые, противопожарные, объединенные и т.д.

Вода в населенных пунктах и на промышленных предприятиях расходуется на хозяйственно-питьевые нужды, производственные нужды, тушение пожаров, поливку улиц, зеленых насаждений, площадей.

Р ис.2. Схемы группового водопровода:

1 – очистные сооружения; 2 – водонапорные башни населенных пунктов

В тех случаях, когда источник водоснабжения расположен выше города или населенного пункта и вода может подаваться на очистные сооружения или (при высоком ее качестве) непосредственно в водопроводную сеть поселка самотеком, систему водоснабжения называют самотечной (рис. 3). В противном случае, когда вода на очистные сооружения или в водопроводную сеть подается насосами, системы водоснабжения называют с механической подачей воды.

Рис.3. Схемы самотечного водопровода

Источниками водоснабжения сельских населенных мест могут быть подземная вода, ключи, подрусловые воды, поверхностные водоемы: реки, озера, пруды, каналы, водохранилища на реках и т.д. Поэтому системы водоснабжения по виду использования природных источников подразделяют на подземные, речные, озерные и прудовые.

По способам использования воды системы водоснабжения классифицируют на прямоточные, с повторным использованием воды и оборотные.

В прямоточных системах водоснабжения вода используется на производственные цели один раз и после этого сбрасывается в водоемы. В системах с повторным использованием вода используется в производственных целях несколько раз, а затем сбрасывается в водоем. В системах с оборотным водоснабжением вода используется многократно, а потери ее восполняются из источника водоснабжения.

По степени охвата водой всех потребителей системы водоснабжения могут быть централизованными (в том числе групповыми), децентрализованными (местными) и смешанными.

При централизованном водоснабжении водой обеспечивается весь поселок или, в первую очередь, его центральная часть из одного источника водоснабжения. Групповое водоснабжение является одним из видов централизованного. Групповые системы водоснабжения сооружают для централизованного водоснабжения групп сельскохозяйственных производственных объектов и многочисленных поселков.

При децентрализованной (местной) системе водоснабжения снабжение водой осуществляется из отдельных источников обособленно каждой группы зданий и объектов. При смешанной системе водоснабжения центральная часть поселка обеспечивается водой централизованно, а окраины - из местных отдельных источников.

Системы водоснабжения также классифицируют по способам регулирования расходов воды на башенные (или с напорными резервуарами) и безбашенные (с пневматическими установками).

Широкое распространение при водоснабжении сельских населенных пунктов получили автоматические установки с водонапорной башней (рис.4). Водонапорные башни могут быть расположены как в начале, так и в конце сети, а также в различных промежуточных точках в зависимости от рельефа местности и конфигурации сети.

а б в

г

Рис.4. Водонапорные башни высотой от 6 до 15 м:

а – кирпичная; б – железобетонная; в – стальная; г – унифицированные

стальные

В водопроводах с контррезервуаром в часы максимального водопотребления вода поступает в сеть с двух противоположных сторон, что обеспечивает постоянный напор у потребителей. Преимуществами этих установок являются относительно постоянный напор в системе водоснабжения, высокий КПД и хорошее использование вместимости бака, что позволяет помимо регулируемого запаса иметь в нем резерв воды для противопожарных целей и других нужд.

К недостаткам установок с водонапорным баком или башней относятся: относительно большая первоначальная стоимость установки, возможность заражения воды из-за ее застоя или попадания в бак грязи, пыли, микробов и т. д., необходимость периодической чистки бака.

Наряду с напорно-регулирующими баками в системах водоснабжения применяют герметически закрытые стальные баки. Эти установки более совершенны, они удобнее в эксплуатации и надежны в санитарно-гигиеническом отношении. Их можно размещать в любом месте, удобном для монтажа и обслуживания: в подвалах или технических этажах зданий, заглубленных, утепленных и вентилируемых камерах, устраиваемых в верхней части колодцев или непосредственно в шахтах колодцев.

Напор в системе водоснабжения создается при давлении сжатым воздухом на поверхность воды в баке. На рисунке 5 показана принципиальная схема автоматического пневматического напорно-регулирующего бака. При подаче воды в бак давление в нем повышается. Когда вода достигнет уровня Р₂, на который отрегулировано реле давления, электрическая цепь, по которой происходит питание электродвигателя, размыкается и насос останавливается, прекращая подачу воды. В это же время обратный клапан закрывается и вода под действием сжатого воздуха подается потребителям. По мере расхода воды из бака давление в нем падает. Когда вода достигнет уровня Р₁, на который отрегулировано реле давления, последнее замыкает электрическую цепь и насос вновь включается в работу.

Рис. 5. Схема автоматического пневматического напорно-регулирующего бака:

1 – электродвигатель; 2 – погружной насос; 3 – напорный трубопровод;

4 – обратный клапан; 5 – комбинированный регулятор воздуха; 6 – регулируемый объем воды в баке; 7 – пневматический бак; 8 – реле давления; 9 – электрическая цепь; 10 – шкаф управления; 11 – водоразборная труба