5.1. Краткая характеристика источников воды

5.1. Краткая характеристика источников воды и систем водоснабжения

5.1.1. Общие сведения об источниках воды

В государственных программах охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов стран должна ставится задача об улучшении состояния водных объектов и обеспечения питьевой водой населения путем:

обеспечения приоритетного использования подземных вод для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения;

сокращения использования питьевой воды на технические цели;

разработки новых комбинированных методов обеззараживания питьевой воды;

создания автоматических пунктов контроля и управления качеством воды в системах централизованного водоснабжения.

Источниками водоснабжения городов, поселков, промышленных предприятий служат подземные, поверхностные водоисточники и атмосферные осадки.

Подземные воды образуются в результате проникновения в глубь земли атмосферных осадков и поверхностных вод. Они характеризуются постоянством температуры, отсутствием мутности и цветности, высокой санитарной надежностью.

Подземные воды могут быть ненапорные с верхним водонепроницаемым слоем и напорными. К ненапорным относятся верховодка и грунтовые воды.

Верховодка обычно залегает на глубине до 5 м, имеет малую мощность водоносного слоя, небольшие запасы и возможность ее загрязнения с поверхности земли.

Грунтовые воды, как правило, залегают на глубине 15-20 м. Для забора грунтовых вод используются шахтные колодцы.

Напорные или артезианские и ненапорные межпластовые воды защищены сверху водонепроницаемым слоем и залегают, как правило, на глубине 50 м и более. Эта вода забирается водозаборными скважинами и является наиболее устойчивой для водоснабжения населения.

Условия залегания подземных вод показаны на рис.5.1.

Рис. 5.1. Условия залегания подземных вод:

1- напорный водоносный слой; 2 и 3 – ненапорные межпластовые слои; 4 – верховодка; 5 – водоносный слой, питающий за счет реки; 6 – скважина; 7 – шахтный колодец; 8 – инфильтрационный колодец; 9 – восходящий родник; 10 – нисходящий родник; NN₁ – статический уровень подземных вод

К поверхностным водоисточникам относятся реки, озера, водохранилища, моря. Они характеризуются большим разнообразием качества воды.

Речная вода характеризуется высокой цветностью, низкой щелочностью, большим количеством взвешенных веществ, наличием различных ядохимикатов (в результате смыва с полей), бактериальной загрязненностью, наличием привкусов и запахов.

Вода озер характеризуется различной степенью минерализации, незначительной мутностью, цветностью.

Вода водохранилищ характеризуется малой мутностью, высокой цветностью и окисляемостью, наличием планктона в теплое время года, низкой минерализацией и малой жесткостью. Эти особенности затрудняют улучшение ее качества.

Морская вода характеризуется содержанием большого количества минеральных солей и относительно невысокой жесткостью. Может быть использована в производственном водоснабжении. После опреснения на специальных опреснительных установках может использоваться для питья.

К атмосферным осадкам относится дождевая вода, вода от таяния снега и льда. Атмосферные осадки используются для водоснабжения в районах, где отсутствуют поверхностные или подземные воды.

Дождевая вода собирается в периоды дождей в искусственные хранилища (сборники). Она имеет высокую прозрачность, низкий солевой состав, малую жесткость. Дождевые воды, собранные в период применения ОМП, требуют ее очистки. Вода от таяния снега и льда по своим качествам близка к дождевой воде.

5.1.2. Характеристика систем водоснабжения

Для снабжения городов, поселков, промышленных предприятий водой, создаются системы водоснабжения.

Под системой водоснабжения понимается совокупность взаимодействующих инженерно-технических устройств, предназначенных для забора воды, ее очистки, транспортирования и раздачи потребителям.

В зависимости от назначения различают следующие системы водоснабжения:

хозяйственно — питьевые (или просто хозяйственные) — подача воды для хозяйственных санитарно-гигиенических и питьевых нужд, что составляет порядка 7% от общего баланса водопотребления; такие системы водоснабжения могут создаваться на поверхностных водоисточниках, на подземных водоисточниках или на тех и других совместно;

производственные или технические — предназначенные для обеспечения водой различных производственных процессов, охлаждения агрегатов и т.п., что составляет около 2,7% от общего баланса водопотребления;

противопожарные — для тушения пожаров, что составляет примерно 1,6% от общего баланса водопотребления;

При наличии различных источников водоснабжения, предпочтение следует отдавать подземным водам перед поверхностными, а среди подземных вод — напорным и ненапорным (межпластовым) перед грунтовыми водами.

Рассмотрим основные элементы системы водоснабжения города на поверхностном водоисточнике.

Система водопровода, базирующегося на поверхностном источнике показана на рис.5.2.

Рис. 5.2. Система водопровода, базирующегося на поверхностном источнике:

1 – водоприемное устройство; 2 – насосная станция первого подъема;

3 – сооружения для обработки воды; 4 – резервуары чистой воды;

5 – насосная станция второго подъема; 6 – водопроводы; 7 – водонапорная башня;

8 – водонапорная сеть

В систему водоснабжения города на поверхностном водоисточнике входят:

головные водозаборные сооружения и устройства, с помощью которых из источников забирается вода;

насосные станции первого подъема, которые подают воду из водозаборных сооружений на очистные сооружения и к резервуарам чистой воды;

очистные сооружения (смесительная камера, камера реакции, отстойники, фильтры, хлораторная) в которых производится обработка и обеззараживание (хлорирование, озонирование, бактерицидное облучение) воды, а также очистка воды от РВ, ОВ и БС;

резервуары чистой воды для хранения запасов очищенной воды и выравнивания суточного графика ее потребления;

насосные станции 2-го подъема (а иногда 3-го подъема), обеспечивающие подъем воды на высокие отметки и подачу ее по водоводам в городскую сеть;

водонапорные башни или пневматические установки с водяными баками, обеспечивающими напор воды и регулирующие подачу ее в водопроводную сеть в зависимости от колебаний в водопотреблении;

водоводы, по которым вода поступает от насосных станций в городскую сеть;

городская водопроводная сеть, по которым вода подается потребителям, состо­ящая из магистральных и распределительных трубопроводов (сетей);

Когда позволяет рельеф местности, вода может поступать из резервуаров чистой воды к потребителям самотеком. В этом случае насосная станция второго подъема не строится.

Несколько проще выглядит система водоснабжения, питающаяся из подземных водоисточников. В качестве водозаборных сооружений или приемных устройств подземных вод применяются водозаборные скважины.

Система водопровода, базирующегося на подземном источнике показана на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Система водопровода, базирующегося на подземном источнике:

1 – насосная станция первого подъема; 2 – резервуар; 3 – насосная станция второго подъема;

4 – водонапорная башня; 5 – водопроводная сеть; 6 – насос; 7 – пневматическая установка

Как правило, качество подземных вод отвечает требованиям ГОСТа, а следовательно, не требуется ее очистка и обработка. Вода насосными станциями первого подъема подается в резервуары чистой воды.

При необходимости очистки, вода подается на очистные сооружения а затем в резервуары чистой воды.

В остальном система водоснабжения на подземных источниках оборудуется так же, как и на поверхностных.

Характеристика хозяйственно-питьевого водоснабжения и его параметры

Описание и характеристика системы водоснабжения и ее параметры

Проектируемые площадки приемо-сдаточного пункта (ПСП), вахтового жилого комплекса (ВЖК), водозаборных сооружений размещаются на новой неосвоенной территории. Существующих сетей и сооружений водоснабжения нет. На проектируемых площадках вода используется на:

• хозяйственно-питьевые нужды;
• производственные нужды;
• наружное и внутреннее пожаротушение.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение

Качество воды, подаваемой на хозяйственно-питьевые нужды удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

Для подготовки воды питьевого качества на площадке вахтового жилого комплекса (ВЖК), предусматривается комплекс водоподготовки, который включает:

• станцию подготовки питьевой воды;
• станцию насосную хозяйственно-питьевого водоснабжения.

На площадках ВЖК и ПСП вода питьевого качества расходуется на хозяйственно-питьевые и душевые нужды персонала в следующих зданиях и сооружениях:

• общежитие;
• пожарное депо;
• закрытая стоянка техники, склад оборудования, запасных частей.

• котельная;
• испытательная лаборатория контроля качества нефти;
• КПП;
• операторная.

Все объекты административно-бытового, общественного, производственного назначения оборудованы санитарно-бытовыми помещениями и приборами в соответствии с требованиями нормативных документов.

На производственные нужды котельной (для водогрейных котлов и вспомогательного оборудования) подается вода питьевого качества, непосредственно из сети хозяйственно-питьевого водопровода. В комплект поставки котельной входит оборудование водоподготовки для дополнительного умягчения воды (п.12 СП 89.13330.2012). Подпитка сети системы теплоснабжения, в случае снижения в ней давления, осуществляется из бака запаса химобработанной воды подпиточными насосами через регуляторы давления, установленными в котельной.

Состав проектируемых сооружений водоснабжения, их краткая характеристика приведены в таблице ниже (Таблица 2).

Категория сооружений по степени обеспеченности подачи воды, класс ответственности зданий, степень огнестойкости приведены в таблице ниже (Таблица 3).

Схемы системы водоснабжения представлены на чертежах:

Станция подготовки питьевой воды

Подготовка воды питьевого качества до нормативных требований СанПиН 2.1.4.1074-01 предусматривается на станции подготовки питьевой воды «Водопад» (или аналогичной установке, имеющей соответствующую разрешительную документацию) производительностью 51,5 м 3 /сут полной заводской готовности.

Разрешительная документация на станцию приведена в приложении Г.

Технологическая схема подготовки питьевой воды определена на основании физико-химического состава воды из отчета инженерных изысканий.

Станция подготовки питьевой воды включает в себя блок предварительной обработки исходной воды, блок комплексной электрокоагуляционной обработки, блок осветления, фильтр с системой дренажа, систему кондиционирования воды, установку УФ дезинфекции воды.

Технологическая схема очистки воды включает следующие операции:

• насыщение воды кислородом воздуха до предельного уровня;
• комплексная электрокоакуляционная обработка воды с целью насыщения воды гидроокисью алюминия и электрохимического окисления загрязненных веществ;
• осветление в слое взвешенного осадка;
• фильтрация;
• УФ дезинфекция.

Режим работы установки непрерывный с периодическим обслуживанием.

Установка работает в автоматическом режиме.

Техническое обслуживание установки включает в себя: периодическое приготовление раствора поваренной соли, замену пакетов отработанных электродов, периодический контроль работы приборов и оборудования.

Очищенная вода удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по всем контролируемым показателям.

Категория сооружения по взрывопожарной опасности – В.

На станцию разработан комплект чертежей.

Станция насосная хозяйственно-питьевого водоснабжения

Станция насосная хозяйственно-питьевого водоснабжения предназначена для подачи воды потребителям и поддержания постоянного давления в разводящей сети хозяйственно-питьевого водопровода при неравномерном водопотреблении в течение суток.

В станции насосной предусмотрены резервуары чистой воды объемом 30 м 3 (2 шт.), насосы II подъема, приборы учета воды. Совместная работа станции подготовки воды и станции насосной хозяйственно-питьевого водоснабжения полностью автоматизирована.

Производительность станции насосной хозяйственно-питьевого водоснабжения составляет 48,3 м 3 /сут (максимальная – 22 м 3 /ч, номинальная – 10 м 3 /ч). Насосы, подающие воду непосредственно в сеть хозяйственно-питьевого водоснабжения, приняты с частотным регулированием производительностью 12 м 3 /ч, напором 38 м (2 рабочих, 1 резервный).

Станция насосная хозяйственно-питьевого водоснабжения — изделие полной заводской готовности с установленным в нем емкостным, насосным оборудованием, силовым распределительным щитом, приборами КИПиА, станцией управления, системами отопления и вентиляции, электроосвещением.

Разрешительная документация на станцию приведена в приложении Г.

Категория сооружения по взрывопожарной опасности – В.

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.