Системы водоснабжения и их характеристика

Система водоснабжения— это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хо­зяйственные и питьевые нужды населения и работников предприя­тий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения по­жаров.

По способу подачи воды различают самотечные во­допроводы (гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источ­ников различают водопроводы, забирающие воду из поверхно­стных источников — рек, водохранилищ, озер, морей, и водопро­воды, забирающие воду из подземных источников (артезианских* родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания.

2 Схема водо­снабжения населенного пункта с забором воды из поверхностного источника

На рис. 1 показана схема водоснабжения города с поверхностным источником. Из источника вода забирается водоприемным сооружением и подается насосами насосной станции I подъема на очистные сооружения. После очистки и обеззараживания вода собирается в резервуарах чистой воды. Затем насосами насосной станции II подъема вода подается по водоводам 6 в сеть трубопроводов 8, разводящую воду потребителям.

Рисунок 1. Схема водоснабжения с поверхностным источником: 1 — водоприемное сооружение; 2 — насосная станция I подъема; 3 — очистные сооружения; 4 — РЧВ; 5 — насосная станция II подъема; 6 — водоводы; 7 — водонапорная башня; 8 — магистральная водопроводная сеть; 9 — пьезометрические линии в период максимального водопотребления

Потребление воды в городах и на промышленных предприятиях в течение суток неравномерно. В городах в ночное время вода потребляется значительно меньше, чем днем. На промышленных предприятиях в начале и конце смен воды для производственных целей расходуется меньше, чем в середине смен.

Для сокращения размеров и обеспечения стабильной работы, водоприемных и очистных сооружений, а также насосных станций I подъема их проектируют на равномерную производительность. Насосные станции II подъема проектируют с учетом необходимости изменения их производительности. Подаваемый ими в отдельные часы суток объем воды должен быть близок к потребляемому расходу.

Производительность водоприемных и очистных сооружений и насосных станций I подъема больше минимальной и меньше максимальной производительности насосных станций II подъема. В часы минимальной производительности насосных станций II подъема (в часы минимального водопотребления) излишек воды, поступающей от очистных сооружений, накапливается в резервуарах чистой воды; в часы максимальной производительности насосных станций II подъема (в часы максимального водопотребления) накопившийся излишек воды расходуется потребителями. Таким образом, резервуары чистой воды являются регулирующими емкостями. Кроме того, в резервуарах чистой воды хранят запас воды для пожаротушения и собственных нужд очистных станций.

Для регулирования расходов воды, подаваемой насосными станциями II подъема и расходуемой потребителями, служат водонапорные башни. Водонапорные башни представляют собой утепленные резервуары, поднятые над землей на специальных конструкциях, называемых стволами. Высота водонапорных башен определяется исходя из условий обеспечения подачи потребителям воды с необходимыми напорами.

Состав сооружений системы водоснабжения зависит от вида источника водоснабжения и качества воды в нем требований, предъявляемых к качеству воды потребителями, и ряда других факторов. При определенных условиях необходимость в некоторых сооружения) может отпасть, а некоторые сооружена могут быть совмещены.

3 Схема водо­снабжения населенного пункта с забором воды из подземного источника

На рис. 2 представлена схема водоснабжения города с подземным источником. Для забора подземных вод служат трубчатые колодцы с размещенными в них насосами. В этой схеме насосная станция I подъема совмещена с водоприемными сооружениями, а очистные сооружение вообще отсутствуют. Возможность последнего решения объясняется высоким качеством подземных вод.

Рисунок 2. Схема водоснабжения с подземным источником: 1 — трубчатые колодцы, совмещенные с насосной станцией I подъема; 2 и 6 — водоводы; 3 — РЧВ; 4 — всасывающие трубопроводы; 5 — насосная станция II подъема; 7 — магистральная водопроводная сеть; 8 — водонапорная башня (контррезервуар); 9 -пьезометрические линии в период максимального водопотребления; 10 — пьезометрические линии в период минимального водопотребления (период транспортирования воды в водонапорную башню)

Для обеспечения необходимой надежности работы системы водоснабжения в ней проектируют по два и более однотипных сооружения, а также создают резерв насосного и механического оборудования.

На представленных схемах показаны лишь основные сооружения. Система водоснабжения, как правило, имеет много дополнительных сооружений, обеспечивающих бесперебойную подачу воды потребителям. Между основными сооружениями располагают камеры переключения или распределительные устройства, обеспечивающие отключение или включение отдельных сооружений, насосов или оборудования. На водопроводной сети устраивают смотровые колодцы, в которых располагают задвижки для отключения отдельных участков сети, гидранты, служащие для пожаротушения, водоразборные колонки и другое оборудование.

Пересечение водопроводной сети с реками и оврагами, железными или автомобильными дорогами выполняют путем прокладки труб по мостам, в туннелях или дюкерами, представляющими собой две нитки труб, уложенных по дну реки в траншее.

Источником водоснабжения могут служить поверхностные водоемы (реки, озера, моря) и подземные воды. Место забора воды и местоположение водоприемного сооружения и станции I подъема определяются санитарными соображениями — стремлением получить из источника наиболее чистую воду. При заборе воды из рек эта цель достигается расположением водоприемного сооружения выше по течению реки относительно объекта водоснабжения и других населенных пунктов и промышленных предприятий, т. е. выше мест возможного загрязнения воды водоема; при заборе воды из озер и морей — удалением водоприемного сооружения от объекта водоснабжения и других населенных мест и промышленных предприятий. При заборе подземных вод эта задача может быть решена удалением водоприемного сооружения от населенных пунктов и промышленных предприятий или получением воды из глубоких водоносных слоев. В последнем случае водоприемные сооружения могут располагаться даже в черте объекта водоснабжения.

Очистные сооружения можно размещать как вблизи водоприемников, так и вблизи объектов водоснабжения. В первом случае оказывается целесообразным совмещение насосных станций I и II подъема (расположение их в одном здании).

Воду необходимо подавать потребителям не только в требуемом количестве, но и под определенным напором, который называется свободным напором Нсв. Этот напор должны обеспечивать насосная станция II подъема и водонапорная башня, так как в часы максимального водопотребления вода подается в сеть и из водонапорных башен. В целях сокращения высоты водонапорных башен их располагают на наиболее высоких точках местности. В связи с этим они могут оказаться расположенными в начале сети (см. рис. 1), в середине ее и в конце (см. рис. 2). В последнем случае башня называется контррезервуаром.

4 Элементы водопроводной сети населённого пункта.

Водозаборные сооружения, насосные станции, очистные сооружения, трубопроводы (магистральные, уличные, дворовые).

Система водоснабжения имеет много дополнительных сооружений, обеспечивающих бесперебойную подачу воды потребителям. Между основными сооружениями располагают камеры переключения или распределительные устройства, обеспечивающие отключение или включение отдельных сооружений, насосов или оборудования. На водопроводной сети устраивают смотровые колодцы, в которых располагают задвижки для отключения отдельных участков сети, гидранты, служащие для пожаротушения, водоразборные колонки и другое оборудование.

Водоснабжение населенных мест. Характеристика систем питьевого водоснабжения

Различают централизованную и децентрализованную системы водоснабжения. При децентрализованном (местном) водоснабжении потребитель берет воду непосредственно из водоисточника – родника, колодца. Распространено в сельской местности. Такое водоснабжение менее благоприятно в санитарном отношении – при получении и транспортировке воды возможно ее загрязнение.

При централизованном водоснабжении вода подается потребителю в дома с помощью водопровода. Обычно для централизованных водоисточников используется вода поверхностных или подземных источников.

Выбор источника водоснабжения:

Санитарные правила предлагают выбирать источники водоснабжения в следующем порядке:

1. Межпластовые напорные (артезианские) воды.

2. Межпластовые безнапорные воды.

3. Грунтовые воды.

4. Открытые водоемы.

Контроль за качеством питьевой воды проводится в лабораториях центров государственного эпидемиологического надзора всех уровней. Водопользование подразделяется на две категории. К первой категории относится использование водного объекта в качестве источника централизованного или нецентрализованного (т. е. местного) хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второй — использование водного объекта для купания, спорта и отдыха населения, а также использование водных объектов в черте населенных мест.

При организации водоснабжения необходимо учитывать стабильность и трансформацию химических веществ в водной среде.

Стабильность химического вещества в воде — это способность сохраняться без изменений его химической структуры и физико-химических свойств.

Трансформация химического вещества в воде — это изменения химической структуры, физико-химических свойств и биологической активности под влиянием как природных, так и искусственных факторов воздействия. Трансформация химических веществ может сопровождаться как деструкцией химического вещества, так и биотрансформацией.

Биотрансформация — это модификация структуры молекулы вещества в процессе его метаболизма в организме.

В результате трансформации химических веществ образуются новые, отличающиеся не только по своему химическому составу и физико-химическим свойствам, но и по характеру и степени влияния на органолептические свойства воды, процессы самоочищения водоемов и биологической активности, способности к кумуляции и появлению отдаленных специфических эффектов действия и т. д.

Как правило, трансформация химических веществ в водной среде так же, как и биотрансформация в организме приводит к образованию менее токсичных и опасных продуктов. Однако в процессе трансформации в ряде случаев могут образовываться более опасные по сравнению с исходными веществами продукты. Например, метилирование в водной среде металлической ртути приводит к образованию метилртути — вещества более токсичного и опасного, чем сама ртуть. В процессе хлорирования воды наблюдается образование хлорорганических продуктов и присутствие в наибольших количествах хлороформа. Гидролиз малотоксичного уротропина приводит к образованию формальдегида, обладающего высокой токсичностью и цитогенетической активностью.

Согласно «Водному кодексу Российской Федерации» для поддержания объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, для предотвращения загрязнения и истощения поверхностных вод, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира устанавливаются водоохранные зоны.

Охрана источников водоснабжения

Пресная вода является возобновляемым, но ограниченным и уязвимым для загрязнения природным ресурсом. Поэтому ее источники для питьевого водоснабжения в РФ охраняются как основа жизнедеятельности и безопасности народов, ею пользующихся. Использование вод в РФ регулируется Водным Кодексом РФ (1995), в частности ст.3 определяет права граждан на чистую воду и благоприятную водную среду.

Охрана источников водоснабжения обеспечивается в соответствии с Санитарными правилами «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2.1.4.1074-01) (2001). Они требуют: 1) создания санитарных охранных зон и 2) охрану поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

Зона санитарной охраны – это специально выделенная территория, вокруг источника водоснабжения и головных водопроводных сооружений (насосные станции, водоочистные сооружения, резервуары чистой воды). Каждый водоем – это сложная живая система, где обитают растения и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают, что обеспечивает самоочищение водоема. Такие зоны нужны для его самоочищения. Кроме того, зоны нужны для ограничения попадания в водоемы загрязнений. Для разных водоисточников организуются разные зоны: для поверхностных (рек, озер) – 3 пояса, для артезианских скважин — 2 и для колодцев – 1 пояс.

1. Первый пояс – зона строго режима – непосредственно защищает место водозабора и территорию от загрязнения и посторонних людей. Территория ограждается и охраняется, посторонним лицам доступ в нее запрещен. На проточном водоеме – реке – такая же ограда и охрана на 200м по течению вверх и на 100 м – вниз. Для непроточных водотоков (водохранилища, озера); по прилегающему к водозабору берегу — не менее 100 м от водозабора и от линии уреза воды — 100м. При устройстве водопровода из подземного источника граница первого пояса устанавливается в радиусе не менее 30-50 метров. Здесь не разрешается проживание, содержание животных, строительство, купание, рыбная ловля, катание на лодках. Территория его благоустроена и асфальтирована, канализована с хорошим отводом атмосферных осадков. Режим первого пояса направлен на то, чтобы исключить возможность случайного или умышленного загрязнения воды в наиболее ответственных частях водопровода.

2. Второй пояс – зона ограничения – охватывает всю территорию, которая может влиять на качество воды в месте водозабора (водоем и его притоки). Он определяется расчетным способом для каждого водоема – с учетом времени пробега воды от границ пояса до места водозабора. Во 2 поясе ограничивается всякая производственная и хозяйственная деятельность, ограничивается сток сточных вод, массовые купания, промышленное рыболовство.

3. Третий пояс – зона санитарных ограничений. Применяетсядля открытых водоемов: в нем запрещается разработка полезных ископаемых, размещение кладбищ и животноводческих ферм (чтобы предотвратить загрязнение подземных вод).

Контроль за качеством питьевой воды осуществляется в соответствии с Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999). Этим законом введен санитарно-эпидемиологический мониторинг: автоматическое слежение за качеством питьевой воды.

Система очистки и обеззараживания питьевой воды

Чтобы пресная вода стала питьевой для централизованного водоснабжения надо ее обработать — очистить и обеззаразить. Гигиенические требования к качеству питьевой воды изложены в Санитарных правилах «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (2001). В соответствии с этими требованиями производятся очистка воды. Она включает:

— осветление и обесцвечивание – удаление взвешенных частиц; осуществляется путем длительного отстаивания. Отстаивание основано на том, что в стоячей или медленно текущей воде взвешенные вещества, имеющие большую плотность, чем вода, выпадают и осаждаются на дно. Естественный процесс протекает долго, поэтому часто применяют химическую обработку коагулянтами, способствующую укрупнению взвешенных частиц, а, следовательно, ускоряющую их осаждение. Этот процесс называется коагуляция. Чаще всего коагулянтами служат соли алюминия и железа. Под влиянием воды эти вещества становятся хлопьями, к которым прилипают мелкие частицы и адсорбируются красящие вещества, после чего они оседает на дно резервуара. Далее вода идет на конечную стадию очистки – фильтрацию: медленно пропускается через слой песка и фильтрующую ткань – тут задерживаются оставшиеся взвешенные вещества, яйца гельминтов и 99% микрофлоры.

— обеззараживание – уничтожение болезнетворных микроорганизмов; осуществляется химическими и физическими методами. При химических методах в воду вносят обладающие бактерицидными свойствами реагенты: газообразный хлор, различные соединения, содержащие активный хлор, озон, соли серебра. К физическим методам относится кипячение, облучение УФ лучами, воздействие ультразвуком и другие.

Хлорирование воды. Принцип основан на обработке воды хлором или веществами, содержащими активный хлор, обладающий бактерицидными и окислительными свойствами.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз:

то есть образуется соляная и хлорноватистая кислота.

Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (SH- группы), важные для обмена веществ и процессов размножения клетки.

Надежный обеззараживающий эффект при хлорировании достигается в том случае, если после 30-60 минут обеззараживания в воде остается 0,3 – 0,5 мг/л свободного хлора или 0,8 – 1,2 мг/л связанного хлора, что свидетельствует о достаточном количестве введенного в воду агента. На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т. е. метод хлорирования по хлорпотребности. Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечивающий надежное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие «хлорпоглощаемость воды».

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее30 минут, зимой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией, перехлорирование и др.

Недостатки метода: вносится постороннее вещество, образование в воде хлорорганических соединений, меняется минеральный состав воды, требуется удалять избыток хлора, ухудшаются органолептические свойства (хлорный запах). Кроме того, при внесении обычных доз хлора надежность обеззараживания в отношении спор бактерий и вирусов невысока.

Озонирование воды. В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание на озон. Впервые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге. Является одним из лучших методов обеззараживания. Озон действует быстрее хлора. При озонировании вода обеззараживается надежно, разрушаются органические примеси, а органолептические ее свойства не только не ухудшаются, как при хлорировании и кипячении, а даже улучшаются: уменьшается цветность, устраняются посторонние привкусы и запахи. Даже в большом количестве в воде озон не токсичен. Недостатки метода: высокая стоимость, непродолжительность действия.

Облучение УФ лучами. Происходит быстро, при 1-2 минутах облучение погибают вегетативные формы патогенных микроорганизмов. Мутность, цветность и соли железа замедляют обеззараживание. Преимущества: не изменяется химический состав и органолептические свойства воды, УФ лучи обладают более широким спектром абиотического действия.

Кипячение . Простой и наиболее надежный метод. Вегетативные формы патогенных микроорганизмов погибают после 20-40 секундного нагревания при температуре 80 о С.

Специальные методы улучшения качества воды:

1. Дезодорация – устранение привкусов и запахов – достигается аэрированием воды, ее обработкой окислителями (озоном, углекислым газом), фильтрованием через слой активированного угля.

3. Умягчение (осаждение кальция и магния в виде нерастворимых солей).

4. Опреснение (освобождение от растворенных солей).