X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ ГОРОДОВ
Зависимость экономики страны и условий развития общества от водных ресурсов со временем существенно возрастает, так как увеличивается потребность в воде, и повышаются требования к ее качеству. Это происходит потому, что очень остро стоит вопрос загрязнения и истощения водных ресурсов [2]. Решение проблемы предполагает совершенствование учета водных ресурсов, определение водного баланса отдельных районов, развитие методов расчетов и прогнозов элементов гидрологического режима для наиболее рационального использования вод.
Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве, для многих живых существ служит средой обитания. Она необходима и для хозяйственно-бытовых потребностей человека, всех растений и животных.
Экономика водных ресурсов изучает наличие, количество и качество вод по их видам, а также обеспечивает контроль над вводом в действие сооружений по очистке сточных вод и систем водоснабжения, эффективностью их очистки и сбросов в водоёмы и почву.
Согласно федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы одной из важных ее целей является необходимость создания предпосылок для устойчивого развития систем водоснабжения и водоотведения регионов независимо от объемов дотационных средств из федерального бюджета [1].
Важно понимать, что обе системы (как водоснабжение, так и водоотведение) играют особую роль в современном городском хозяйстве. Нарушения в их работе могут привести к ухудшению санитарно-эпидемиологической ситуации в городской среде.
Одной из особенностей гидрологии городов является организация поверхностного стока. Для этого необходимо строительство ливневой канализации, устройства гидротехнических сооружений, обслуживание и ремонт которых требуют серьезных затрат.
Организацию поверхностного стока в городе необходимо решать с учетом особенностей ландшафта территории. Широкое распространение склонов различной длины и крутизны определяет необходимость отведения под зеленые насаждения больше земель, если сравнивать с городами, в которых рельеф слабо выражен [2]. Зеленые насаждения следует размещать так, чтобы они способствовали очистке вод поверхностного стока, выполняли эстетические, рекреационные и другие функции.
Очистка сточных вод представляет собой комплекс мероприятий по удалению загрязнений в сточных водах, обеспечивающих соответствие воды установленным нормам качества. Процесс очистки сточных вод состоит из трех этапов:
1) механическая очистка сточных вод – простое механическое отделение очищенной воды и твердых или осаждаемых веществ в сточных водах без биологических воздействий;
2) биологическая очистка сточных вод – очистка отфильтрованных сточных вод искусственно регулированными биологическими процессами с помощью живых организмов, обычно микроорганизмов;
3) химическая очистка сточных вод – использование специальных методов для повышения эффективности биологической очистки с целью удаления питательных или минеральных веществ [6].
Для правильного выбора системы водоснабжения необходимо иметь данные о водопотреблении, знать требования, предъявляемые к качеству воды, располагать сведениями о напоре, под которым она должна подаваться потребителю, знать характеристику имеющихся природных водоисточников в районе проектирования и т.д [5].
Система водоснабжения включает в себя холодный и горячий водопроводы. Параметры водопроводных сооружений систем водоснабжения городов и населенных мест рассчитывают на определенный расчетный период, который может включать несколько очередей строительства, учитывающих перспективу развития города и повышение уровня благоустройства потребителей воды [4]. Одним из основных показателей надежности работы системы служит безотказное функционирование в течение рассматриваемого периода времени.
В целях повышения качества систем водоснабжения и водоотведения необходимо:
— улучшение качества питьевой воды путем внедрения новых технологий на действующих сооружениях;
— противокоррозионная обработка теплоносителя и защита его от вторичного насыщения коррозионно-активными газами;
— улучшение качества очистки стоков на действующих городских очистных сооружениях канализации.
Основными подходами модернизации систем водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод согласно федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы являются:
1. Осуществление капитальных вложений.
2. Реформирование сложившихся в отрасли отношений посредством реализации мероприятий региональных программ развития водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод [1].
Выбор водопроводных и водоотводящих систем для населенных мест и промышленных предприятий следует осуществлять с учетом санитарных, технических, экологических, социальных и экономических требований.
Рациональное и успешное решение этих задач возможно при условии знания закономерностей природных явлений и разумного их использования.
1. Российская Федерация. Правительство. О федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы [Электронный ресурс] : постановление Правительства Рос. Федерации от 22.12.2010 № 1092 : [ред. от 25.05.2016]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. Версия Проф.
2. Битюкова, В. Р. Социально-экологические проблемы развития городов России / В. Р. Битюкова. – Москва : Либроком, 2009 – 448 с.
3. Павлов, К. В. Ядро экономических систем и эффективная хозяйственная политика / К. В. Павлов. – Москва : Магистр, 2009. – 196 с.
Модернизация водопроводных сетей — с чего начинать?
Модернизация водопроводных сетей – с чего начинать?
, канд. химических наук.
Как мы уже отмечали в предыдущей статье [1], в настоящее же время многие водопроводные сети (ВПС) уже полностью выработали свой технический ресурс и поддерживаются только за счет регулярных ремонтов. Было показано также, насколько разорительной является эксплуатация старых изношенных сетей. С каждым годом степень износа инженерных систем увеличивается, а вместе этим увеличиваются и затраты на их эксплуатацию и текущий ремонт.
В связи с этим актуальной становится задача радикальной модернизации ВПС, используя трубы из самых современных материалов, а также привлекая самые эффективные методологии модернизации и проектирования сетей. В настоящей статье предлагается ряд первичных этапов, которые автор разработал на основании анализа состояния дел в ряде Водоканалов городов Сибири и России (данные из открытых источников), а также на основании литературного анализа и собственных модельных расчетов с помощью ПК SibStream [2].
В результате серии гидравлических расчетов [2] и анализа литературных данных [3] было установлено, что:
- износ сетей на каждые 5% (в среднем через каждые 4 года) приводит к увеличению затрат на их эксплуатацию более чем на 50% относительно проектных значений! Спустя уже 3-5 лет после начала эксплуатации толщина отложений на стенках металлических труб составляет величину 10-15 % от диаметра, что сокращает пропускную способность магистралей в 1.5-2 раза. Через 10-15 лет гидравлическое сопротивление магистралей увеличивается в 3-5 раз. Это обстоятельство вынуждает повышать давление в главных магистралях больших диаметров и, соответственно, кратно увеличивать расходы электроэнергии на насосных станциях. трубы диаметром D≤300 мм. имеют общую протяженность примерно в 2-3 раза меньше суммарной протяженности всех водопроводных магистралей города. Однако предельный износ и зарастание именно этих труб является причиной массовых утечек и повышенного гидравлического сопротивления сетей в целом. Именно среди этой группы труб имеется много слабопроточных и тупиковых магистралей, подверженных сильному зарастанию. При этом, чем уже труба, тем сильнее относительное сужение внутреннего сечения при равной – по сравнению с широкими трубами – толщине отложения на стенках труб.
Исходя из всего вышесказанного, нами предлагается следующее (цифры относительно города на 500 тыс. жителей и в/п сети протяженностью 600-800 км.):
Районы водопроводной сети, где преобладают предельно изношенные трубы, желательно планировать заново. Это позволит построить действительно оптимальную схему сети района, составить ее точный план и гидравлическую модель и сократить общую протяженность трубопроводов района. Такой способ модернизации каждого района способен, в итоге, значительно сократить протяженность городских магистралей и, следовательно, удешевить процедуру их модернизации и дальнейшей эффективной эксплуатации.
Под гидравлической моделью здесь понимается следующий набор информационных данных, а также аппаратных и программных средств.
Точные координаты всех узлов (колодцев и водопотребителей) ВПС, индивидуальные или групповые графики потребления, а также нормативные свободные напоры в узлах. Расположение всех магистралей в других элементов сети с указанием их диаметров, даты укладки, эквивалентных шероховатостей труб, типа материалов труб и других технических характеристик. Подробное описание насосных станций с указанием всех насосов, их напорно-расходных характеристик (НРХ), порядка подключения насосов (последовательное, параллельное, комбинированное), а также индивидуальных графиков работы всех насосов. Совокупность всех измерительных приборов, постоянно или временно функционирующих в сети (манометры, расходомеры и т. п.). Структурированная совокупность всех данных о замерах, полученных в ходе эксплуатации и ремонта сетей. Например, суточные и многодневные графики водопотребления в узлах, графики колебания давлений и уровней воды в баках, графики энергопотребления и КПД всех насосов и т. п. К особой группе относятся данные о степени зарастания и корродирования труб разных районов, диаметров, материалов и сроков эксплуатации. Они получаются в ходе планового или аварийного ремонта на участках. Программные средства, способные выполнять гидравлические расчеты ВПС любого размера и сложности. В связи с общей изношенностью сетей России и стран СНГ, необходимое давление в сети поддерживается не всегда и не во всех участках. Поэтому расчетная схема, заложенная в программе, должна явно учитывать зависимость уровня потребления в каждом узле от свободного напора, а не только от времени (графики неравномерности водопотребления). Кроме того, программа должна располагать эффективными средствами оптимизации как всей ВПС в целом, так и отдельно по районам.
Создание точной гидравлической модели для сильно изношенных водопроводных сетей является очень сложной проблемой, которая требует проведения многочисленных исследований и измерений в сетях, а также использования высокоэффективного программного обеспечения. Такая задача может быть решена лишь усилиями коллектива специалистов по гидравлическим расчетам и мониторингу водопроводных сетей совместно со специалистами Водоканала. Разработанная таким способом адекватная гидравлическая модель водопроводных сетей может уже непосредственно использоваться в процессе их модернизации. Только с помощью такой модели можно вначале оптимизировать и удешевить процесс модернизации сетей, а затем осуществлять эффективный мониторинг с целью постоянного поддержания их работоспособности на достаточно высоком уровне. Очевидно, что гидравлическая модель должна постоянно обновляться и пополняться в соответствии с проведенными изменениями в сетях. Экономический эффект от разработки и успешного применения гидравлической модели многократно превысит все затраты на ее создание и поддержку.
Модернизация системы водоснабжения
Модернизация системы водоснабжения – комплекс мероприятий по модернизации водопроводных систем в целях снижения потерь и повышения надёжности сетей, результатом которого является снижение экономических затрат и установка оптимальных режимов работы системы.
Если Вы хотите сократить свои расходы на энергоресурсы и повысить эффективность своего предприятия, то наше предложение для Вас!
Увеличение напора и пропускной способности труб за счет замены износившегося оборудования
Сокращение расходов на энергетические ресурсы и эксплуатационные затраты
Увеличение ресурса насосного оборудования вследствие плавного запуска и работы в щадящем режиме
Полная автоматизация процесса, не требующая в дальнейшем вмешательства человека
Модернизация систем водоснабжения путем внедрения энергосберегающих технологий:
- Система управления водоснабжением. Долгое время единственным решением по обеспечению водоснабжения малых населенных пунктов, аграрных и промышленных предприятий было использование водонапорной башни. Однако эксплуатация выявила ряд принципиальных недостатков, хорошо известных работникам ЖКХ: невозможность регулирования давления, протекания, переливы и промерзания в зимний период, частые выходы из строя погружного насоса из-за жестких условий работы. Всё это, а также частые включения и резкий запуск со 100% нагрузкой и резким скачком тока, ведёт к резкому уменьшению ресурса насоса, большей степени изношенности и большему расходу электроэнергии.
Современные технические решения позволили разработать совершенно иной подход к водоснабжению. Это системы управления водоснабжением с использованием станций управления погружными насосами на основе управления частотными преобразователями. Данный подход имеет ряд преимуществ, а именно:
- Полностью отказаться от водонапорной башни как регулирующего звена;
- Энергоэфективность: позволяет экономить электроэнергию;
- Полная автоматизация процесса, не требующая в дальнейшем вмешательства человека;
- Стабильное давление в магистрали, независимо от интенсивности водозабора;
- Увеличение ресурса службы насоса вследствие его плавного запуска и работы в щадящем режиме;
- Визуальный контроль всех параметров насоса: напряжения, тока, частоты вращения, неисправностей;
- Защита от превышения по току;
- Защита от превышения или понижения напряжения;
- Защита от пропадания одной из фаз;
- Защита от сухого хода;
- Автоматический запуск после пропадания/возобновления электропитания;
- Полная остановка до устранения неисправности с высвечиванием кода ошибки.
Станция управления погружным насосом оснащена преобразователем частоты, который регулирует скорость вращения двигателя насоса в соответствии с заданным уровнем давления. Другими словами, если все жители населенного пункта одновременно откроют краны, то система отреагирует на это увеличением числа оборотов двигателя насоса. В результате чего произойдет увеличение объема перекачиваемой жидкости и стабилизация давления. В период снижения потребления воды станция автоматически уменьшит количество оборотов двигателя вплоть до полной его остановки, если разбора полностью не будет, например, в ночное время. Следует особо отметить, что разгон и замедление вращения двигателя будет происходить плавно в течение заданного времени, что, несомненно, благоприятно отразится на увеличении срока его службы, приведет к снижению расходов на ремонты погружного насоса и значительную экономию электроэнергии.
- Станции управления повышением давления. Многоэтажные дома используют насосные станции повышения давления, которые позволяют обеспечить подачу воды на верхние этажи здания и гарантировать хороший напор в кране или душе. Эти параметры контролирует станция управления повышением давления на основе частотного преобразователя. В результате ее работы насосы плавно запускаются и останавливаются, имеют стабильное заданное давление на выходе, защиту по току, напряжению и перекосу фаз. Моторесурс насосов увеличивается, что способствует значительной экономии электроэнергии, так как при малом разборе насосы работают с пониженной частотой, а в ночное время при отсутствии разбора воды полностью останавливаются. При установке данной станции необходимость в операторе отпадает.
Оптимизация системы водоснабжения целесообразна для всех организаций, желающих в полном объеме контролировать объем потребленного ресурса, повысить эффективность перекачивающего оборудования, снизить потери в сетях, тем самым снизив затраты.
Оптимизация систем водоснабжения позволяет снизить расходы на энергетические ресурсы и эксплуатационные затраты, оптимизировать режимы работы оборудования, провести автоматизацию и диспетчеризацию объектов.
