Основные показатели качества природных вод.

ВОДОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДОВ

ВВЕДЕНИЕ В ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Основные задачи водоснабжения города

Водоснабжение является одной из важнейших отраслей техники, направленной на повышение уровня жизни людей, благоустройство населенных мест и развитие промышленности.

Снабжение населения чистой, доброкачественной водой в достаточном количестве имеет важное санитарно-гигиеническое значение, предохраняет людей от всевозможных эпидемических заболеваний, распространяемых через воду.

Комплекс инженерных сооружений, предназначенных для получения воды из природных источников, улучшения ее качества и передачи к местам потребления, называют системой водоснабжения водопроводом.

Для нужд современных городов и промышленных предприятий требуется огромное количество воды, строго отвечающей по своим качествам требованиям потребителей. Выполнение перечисленных задач требует тщательного выбора источников водоснабжения, организации охраны их от загрязнений и очистки воды на водопроводных сооружениях. Важной водохозяйственной проблемой является плановое проведение широких комплексных мероприятий по защите от загрязнения почвы, воздуха и воды, оздоровления рек и речных бассейнов.

Основой этому служит закон об «Охране природы» и, в частности, постановление Верховного Совета СССР от 10 декабря 1970 г. «Основы водного законодательства СССР и союзных республик».

В настоящее время особое внимание уделяется благоустройству городов и рабочих поселков, включая сооружение водопроводов и канализации.

За годы Советской власти построено более 1100 городских водопропроводов, норма водопотребления на каждого жителя в крупных городах возросла до 300. 350 л/сут, значительные успехи достигнуты в создании новых отечественных конструкций сооружений, оборудования и приборов. Советскими специалистами разработаны новые методы расчета водопроводных сооружений, принципы, методы и технологические схемы очистки воды. Широко внедряется автоматика и телемеханика в управлении и контроле за работой водопроводных систем.

В соответствии с указаниями партии и правительства при проек­тировании и строительстве городских водопроводов большое внимание уделяется вопросам снижения стоимости строительно-монтажных работ, экономии дефицитных материалов, улучшению качества строительства и повышению надежности.

Источники водоснабжения

Используемые для водоснабжения природные источники могут быть подразделены на две основные группы:

1) поверхностные источники — реки, водохранилища и озера пресной воды;

2) подземные источники -артезианские воды, родники.

Характерными особенностями качества речной воды являются ее относительно большая мутность (особенно в период паводков), высокое содержание органических веществ, бактерий, часто значительная цветность воды. Речная вода обладает обычно относительно малым солесодержанием и, в частности, небольшой жесткостью,

Вода озер и водохранилищ отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ, значительной цветностью, большой окисляемостью, наличием планктона в летнее время. Степень минерализации озерной воды весьма различна.

Качество воды поверхностных источников в большей степени зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снегов, а также от загрязнения поверхностными стоками.

Подземные воды, как правило, не содержат или содержат не­значительное количество взвешенных веществ и обычно бесцветны, обладают высокими санитарными качествами, но часто сильно ми нерализованы, имеют повышенную жесткость, значительное содержание железа и т. п.

Сравнивая основные показатели качества воды природных источников с основными требованиями к качеству воды главных групп потребителей, можно сделать вывод, что для водоснабжения населенных мест наиболее подходящим источником водоснабжении являются подземные (особенно артезианские и родниковые) воды, если они не сильно минерализованы.

Практика показывает, что водоснабжение большинства малы и значительной части средних по размерам населенных мест основано на использовании подземных источников. Для водоснабжения большинства крупных городов приходится полностью илизначительной степени пользоваться водами поверхностных источников.

Промышленные предприятия в отдельных случаях могут использовать воду поверхностных источников без всякой ее очистки-

Уместно отметить, что в настоящее время водоснабжение некоторых крупных промышленных предприятий основано на использовании морской воды. Морская вода, содержащая, как известно, большое количество минеральных солей, обладает относительно невысокой жесткостью, ее применяют в производственном водоснабжении для охлаждения.

Основные показатели качества природных вод.

Качества природной воды характеризуются ее физическими и химическими свойствами и бактериальным загрязнением.

К физическим свойствам относят температуру воды, мутность (или прозрачность), цветность, вкус и запах.

Химические свойства обусловливаются содержанием в ней различных химических веществ.

Температура воды в различных источниках неодинакова. В открытых водоемах она зависит главным образом от температуры воздуха и колеблется в очень широких пределах по временам года и глубине расположения струи в потоке. Вода подземных источников, особенно артезианских, имеет довольно постоянную температуру (обычно 5 . 12°С) в течение всего года.

Взвешенные вещества в воде поверхностных источников содержатся всегда. Песчаные и глинистые частицы попадают в источник вследствие эрозий берегов и русла рек. Содержание взвешенных веществ (мг/л) в воде открытых источников колеблется в очень широких пределах.

Содержание взвешенных веществ характеризует прозрачность воды. Она выражается в сантиметрах и представляет собой максимальную толщину слоя налитой в цилиндр воды, через который можно еще прочитать текст, отпечатанный определенным, «стандартным», типографским шрифтом или рассмотреть крест, нарисованный черными линиями толщиной 1 мм с четырьмя точками между ними. Поэтому различают прозрачность «по шрифту» и «по кресту».

Цветностью называют окраску, которую может иметь природная вода и которая объясняется наличием гуминовых веществ или фульвокислот. Цветность выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы.

Вода в природных источниках может иметь различные вкус и запах. Так, по вкусу вода может быть горьковатой, соленой, кислой, сладковатой. Остальные виды вкусовых ощущений (например, металлический) называют привкусами.

Запах воды может быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи (болотный, глинистый, сероводородный, травянистый и др.) обусловливаются живыми и отмершими организмами, продуктами размыва русл. Запахи искусственного происхождения (фенольный, нефтяной, хлорный и др.) появляются в результате сброса в водоем сточных вод и обработки воды реагентами.

Запах и вкус оценивают по порогу разбавления или по пятибалльной системе:

1) очень слабый (определяемый только опытным лаборантом),

2) слабый (обнаруживаемый потребителем, если обратить на это его внимание),

5) очень сильный.

Химический состав природной воды может быть чрезвычайно разнообразным. В общих случаях для оценки воды с точки зрения ее использования имеют значения следующие показатели: плотный остаток, окисляемость, активная реакция, содержание железа, магния, хлоридов, сульфатов, фтора и др.

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

Он определяется как остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной пробы воды и высушенной при 105. 110°С до постоянной массы.

Жесткость воды (мг-экв/л) является важным химическим показателем, определяющим область ее пригодности для водоснабжения.

Жесткость воды обусловлена содержанием в ней растворенных солей кальция и магния.

Жесткость различают карбонатную и некарбонатную. Сумму карбонатной и некарбонатной жесткости называют общей.

Карбонатной называют жесткость, обусловленную наличием двууглекислых (бикарбонатных) и углекислых (карбонатных) солей кальция и магния.

Некарбонатной называют жесткость, обусловленную содержанием некарбонатных солей кальция и магния — сульфатов, хлоридов, силикатов и нитратов.

Щелочность воды обусловливается присутствием в ней бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых кислот и выражается в мг-экв/л. Различают щелочность бикарбонатную, карбонатную, гидратную, гуматную, силикатную, и т. д. Щелочность природной воды обычно равна ее карбонатной жесткости.

Окисляемость указывает на содержание в воде растворенных органических и некоторых легко окисляющихся неорганических веществ. Она выражается в мг/л содержания молекул кислорода.

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. Иначе говоря, для нейтральной реакции рН7, для кислой рН 7.

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

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

Бактериальное загрязнение воды зависит от количества вносимых в источник загрязнений состочными и стекающими дождевыми и талыми водами, от купающихся людей и т. д. Бактериальная загрязненность воды характеризуется числом бактерий, содержащихся в 1 мл воды, и коли-титром.

Для оценки качества в санитарно-эпидемиологическом отношении определяют содержание в воде индикаторных бактерий, называемых кишечной палочкой. Сама по себе она безвредна, но наличие ее в воде свидетельтвует о загрязнении воды выделениями людей и животных и, следовательно, возможности попадания среди других и патогенных бактерий. Колититром называют наименьшее количество воды, в котором обнаруживается кишечная палочка.

В открытых водоемах содержатся также разнообразные мелкие растительные и животные организмы, находящиеся во взвешенном состоянии (планктон) или прикрепленные ко дну водоема (бентос). Растительный планктон называют фитопланктоном, животный— зоопланктоном; бентос же называют соответственно фитобентосом и зообентосом.

Система водоснабжения города: схемы снабжения водой для бытовых и промышленных нужд

Для обеспечения водой каждого потребителя вся земля под городом пронизана трубами

Города – это населенные пункты, в которых помимо большой численности бытовых потребителей воды есть и промышленные объекты, также нуждающиеся в её непрерывной подаче. Поэтому городская система водоснабжения относится к категории крупных. Это сложный механизм, стабильная работа которого зависит от множества взаимосвязанных факторов.

Схемы снабжения городов питьевой водой

Водоснабжение в городах является рынком монопольным – его реализует одно централизованное предприятие, отвечающее и за добычу воды, и за её очистку и подачу. Оно же на основании комплекса экономических и технических показателей определяет источники воды и схемы её доставки потребителю.

Предприятие «Водоканал» есть в каждом городе

В свою очередь, схема городского водоснабжения зависит от удаленности снабжаемых объектов от источника, его мощности и качества воды в нем, рельефа местности и других факторов. Рассмотрим самые основные системы водоснабжения городов.

Напорное водоснабжение из природного источника

Довольно часто организация водоснабжения города осуществляется из расположенного поблизости природного источника пресной воды – реки или озера.

Если его уровень ниже отметки снабжаемой водой территории, применяется следующая схема:

Схема водоснабжения города – план и разрез

• Самотеком по трубам 2 вода из реки поступает в водоприемник, а из него – в береговой колодец 3.
• Насосы первого подъема 4 подают воду из колодца к очистным сооружениям (в отстойники 5 и на фильтры 6). Здесь вода очищается и обеззараживается.
• Затем очищенная вода самотеком поступает в подземный резервуар 7 для хранения запасов чистой воды.
• Далее располагается насосная станция 8 с насосами второго подъема, которые по водоводам 9 подают воду в водонапорную башню 10 либо другой резервуар, расположенный выше уровня потребителей.

Для справки. Если на местности есть естественное возвышение, напорно-регулирующее сооружение размещают на нем.

• Также системы городского водоснабжения включают в себя магистральные (11) и распределительные (12) трубы, по которым вода из башни подается потребителям.

Прокладка распределительной системы труб

Схематично все выглядит довольно просто. На самом деле технология водоснабжения города – очень сложный процесс. Система должна быть надежной и эффективной, способной обеспечить достаточным количеством и напором воды самые удаленные и высоко расположенные точки.

• Существует такое понятие, как управление водоснабжением города. То есть, оно работает не само по себе, а управляется в зависимости от времени суток, уровня воды в источнике, её меняющегося состава, возникающих чрезвычайных ситуаций.
• Наиболее эффективная работа очистных сооружений достигается путем обеспечения равномерного поступления воды. За это отвечают насосы первого уровня. Но водопотребление в дневные и ночные часы не постоянно, поэтому излишки очищенной воды накапливаются в запасном резервуаре.

График суточного водопотребления

• Регулирование работы насосов второго уровня, перекачивающих воду из этого резервуара, позволяет в любое время суток поставлять потребителям её необходимое количество.
• Но водоснабжение в крупных городах – процесс сложный: невозможно просчитать точно, хватит ли в любой момент того количества воды, которое подается насосами в систему, или возникнут её неизрасходованные излишки.
• Чтобы нивелировать неравномерное потребление, и нужна водонапорная башня. Излишки воды накапливаются в ней, а в моменты наибольшего разбора самотеком поступают в систему.

Для справки. Водонапорные башни и другие напорно-регулирующие сооружения выполняют в водоснабжении города и роль резервуара для хранения запасов воды на случай тушения пожара.

• На приведенной выше схеме водонапорная башня расположена очень удобно – в начале сети. Но её часто приходится размещать совсем в другом месте, где есть естественная возвышенность. Такое удаленное напорно-регулирующее сооружение называют контррезервуаром, и при его наличии система управления водоснабжением города будет отличаться от описанной.

Схема водоснабжения с контррезервуаром

• В часы максимального разбора воды она подается в систему с двух сторон: от контррезервуара Qб и от насосов второго подъема Qн.
• Qн и Qб – известные регулируемые параметры. Зная их и режим отбора воды потребителями в разные часы, намечаются районы, которые питаются от башни и от насосов.
• На границе этих районов (а-а) противоположные потоки встречаются. При недостатке воды в одном из районов они компенсируются потоками с другой стороны.

Самотечное водоснабжение из природного источника

Если населенный пункт находится в низине, а источник воды расположен на высоте, достаточной для обеспечения необходимого напора без использования насосов, применяется самотечная система холодного водоснабжения в городе.

Схема самотечного водоснабжения

• Из водоприемника 1 вода по самотечным трубам поступает на очистные сооружения 3.
• Из них, так же самотеком, стекает в разгрузочный колодец 4, предназначенный для сброса избыточного давления в сети, и в хранилище воды.

• Далее по магистральному трубопроводу вода идет в городскую водопроводную сеть.

Такое водоснабжение поселков-городов требует гораздо меньших затрат на строительство и эксплуатацию. Кроме того, оно не нуждается в электротехническом оборудовании и потому считается более надежным.

Напорное водоснабжение из скважин

При отсутствии поблизости наземного источника водоснабжение в городе осуществляется с помощью артезианских скважин. Как правило, качество подземных вод удовлетворяет требования потребителей без дополнительной очистки, поэтому необходимость в строительстве очистных сооружений отпадает.

Схема водоснабжения из артезианской скважины

• Вода из подземного источника 1 с помощью мощных погружных насосов подается в накопительный резервуар 2.

Так выглядит насос для забора воды из скважины

• Оттуда насосами второго подъема 3 она направляется в водонапорную башню 4 и по магистральным водоводам 5 к потребителям.

Чаще всего водоснабжение крупных городов осуществляется из нескольких подземных источников, расположенных в разных направлениях. В зависимости от их количества, оно может быть двух-, трех- или многосторонним. Чем больше источников, тем равномернее вода распределяется по сети и поступает к потребителям.

Водоснабжение городов – водозаборы с трех сторон

Схема та же: из скважин 1 вода закачивается в резервуары 2, а из них насосами 3 подается в городскую водопроводную сеть.

Обратите внимание. Для защиты места водозабора от умышленного или случайного загрязнения, вокруг него организуется зона санитарной охраны (ЗСО) из трех поясов.

Системами коммунального водоснабжения и водоотведения в городах устанавливаются зоны охраны водозаборов

Если город снабжается из разных источников – поверхностных и подземных, то последние часто играют роль аварийных и используются в условиях особого периода.

Система горячего водоснабжения города основана на использовании котельных, в которых вода из водопровода подогревается до нужной температуры и подается потребителям по отдельной системе труб. Мощность и количество тепловых пунктов определяется исходя из потребностей обслуживаемого района.

Схема централизованного горячего водоснабжения

Для справки. В последние годы в городах строят дома с автономным отоплением и горячим водоснабжением, обеспечиваемым двухконтурными газовыми котлами. Жильцы таких домов могут своими руками регулировать температуру воды, что невозможно при централизованном снабжении.

Системы местного водоснабжения

К крупным городам часто прилегают другие населенные пункты, в них встречаются современные районы с высотной застройкой. Отдаленное положение или слишком высокий уровень водозаборных точек приводят к тому, что водоснабжение военных городков и прочих проблемных потребителей оказывается недостаточным.

Водоснабжение академгородка, удаленного от города, решается на основании технико-экономических расчетов

Чаще всего это связано с тем, что когда выполнялся расчет водоснабжения города, их ещё не было в наличии либо включение их в единую сеть было экономически нецелесообразно.

В таких случаях монтируют системы местного водоснабжения с насосными установками небольшой производительности, которые работают на повышение давления в наружной водопроводной сети. Благодаря им удается поставлять воду в благоприятном режиме и в отдаленные части города, и в районы с неблагоприятным рельефом, и в высотные здания.

Противопожарное водоснабжение города

Городские противопожарные водопроводы объединены с хозяйственно-питьевыми. В большинстве случаев это водопроводы низкого давления.

1. В малых городах обеспечение необходимого расхода воды для тушения пожаров осуществляется путем включения резервных насосов второго подъема.
2. В крупных мегаполисах расходы воды на пожаротушение составляют очень малую часть от хозяйственно-питьевых, и не оказывают значимого влияния на городское водоснабжение. Поэтому насосы второго подъема даже при возникновении чрезвычайных ситуаций работают в обычном режиме.

Водоснабжение промышленных предприятий города

Как правило, бытовое и промышленное водоснабжение в городах осуществляется по единой схеме. Это связано с разбросанностью промышленных предприятий по территории. Даже если части из них не требуется очищенная вода питьевого качества, устраивать для них отдельные самостоятельные водопроводы бывает нецелесообразно.

Завод в черте города – распространенное явление

Но водоснабжение и канализация города строятся с тем расчетом, что на технические нужды такие предприятия тратят 30-50% от общего расхода воды.

Для справки. Автономной системой хозяйственно-противопожарного водоснабжения снабжаются лишь группы расположенных рядом предприятий или крупное предприятие с рабочим поселком при нем. В таких случаях схемы их водоснабжения ничем не отличаются от городских.

Если же предприятие легко обеспечить технической водой для производственных нужд, то к городской магистрали оно не подключается. А для получения питьевой воды используют артезианские скважины.

Предприятия, расположенные на берегу водоема, воду для производственных нужд берут прямо из него

Противопожарный водопровод на предприятиях чаще всего объединяется не с производственным, а с хозяйственно-питьевым. Это обусловлено тем, что последний охватывает большую часть потребителей, он более протяженный и разветвленный. А инструкция по поддержанию в нем постоянного напора менее требовательна, чем в случае с производственной водопроводной сетью.

Рассмотрим разные схемы, по которым предприятия водоснабжения города подключают к своим сетям производственные объекты. При их выборе учитываются три параметра: гарантированный напор в городской сети (Нг), требуемый предприятию напор для хозяйственно-питьевых нужд (Нтр.хоз) и нужд пожаротушения (Нтр.пож).

• Если гарантированный напор выше требуемых питьевого и противопожарного (Нтр.хоз Нтр.пож), выполняется обычное подключение к городской магистрали без повысительных насосов от двух точек.

Водоотведение и водоснабжение города и предприятия работают без участия промежуточного оборудования

• Если городское хозяйство водоснабжение питьевое обеспечивает в полном объеме, но напора в сети недостаточно для тушения пожаров на предприятии (Нтр.хоз Нг Заключение

Посмотрев видео в этой статье, вы узнаете ещё много интересного о снабжении водой крупных населенных пунктов. Все о водоснабжении городов в одной публикации описать сложно, но на нашем сайте вы найдете и другие интересные материалы на эту тему.