Особенности систем водоснабжения малых объектов

Для систем водоснабжения сельских населенных пунктов и локальных потреби­телей характерна большая неравномерность и сезонность потребления воды. Весенне-летний сезон отличается интенсивным водопотреблением, который может достигать 60% общего годового расхода воды /11/.

При использовании поверхностных вод целесообразно применять систему водо­снабжения, у которой водозабор и насосная станция I подъема являются общими и ра­ботают в течение года с переменной производительностью, а водоочистная станция, насосная станция II подъема и распределительная сеть работают равномерно.

Вследствие специфичности условий сельской местности водоочистные установки должны отвечать требованиям компактности, индустриализации строительства, про­стоты и надежности в эксплуатации.

Для малых объектов водоснабжения (животноводческих ферм, сельских населен­ных мест и др.) можно применять еще более простую схему водоснабжения: воду из скважин подают в башню, а из нее в сеть. В этом случае отсутствуют не только очист­ные сооружения, но и подземные резервуары и насосные станции II подъема.

В малых населенных пунктах, застраиваемых многоэтажными современными до­мами повышенной комфортности, водонапорные башни получаются очень высокими и дорогостоящими. В этих условиях целесообразно применять безбашенные системы во­доснабжения, когда вода подается насосами непосредственно в распределительную сеть.

При условии надежного электроснабжения применяют автоматизированные на­сосные установки с гидроаккумулятором — воздушным котлом, которые исключают во­донапорные башни. При использовании подземных вод с повышенной минерализацией или повышенным содержанием фтора, железа, марганца схема значительно усложняет­ся за счет установок кондиционирования воды, резервуаров для хранения чистой воды и насосной станции второго подъема. В этом случае в резервуарах помимо регулирую­щего запаса воды предусматривается противопожарный запас и объем воды на собст­венные нужды водоочистной установки.

СИСТЕМЫ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ.(ВОДОПРОВОДНЫЕ СЕТИ И ВОДОПРОВОДЫ)

Под системой подачи и распределения воды понимается комплекс водопроводных сооружений, включающий насосные станции, сети, водоводы и напорные регулирующие емкости, т. е. сооружений, осуществляющих подъем воды, ее транспортирование к снабжаемому объекту, распределение по территории объекта и раздачу потребителям, а также аккумулирование воды. Все перечисленные сооружения неразрывно связаны в своей работе, и их расчет может быть произведен только с учетом этой взаимосвязи. В настоящем разделе рассматриваются основные вопросы проектирования и расчета транспортирующих воду сооружений (сетей и водоводов) с учетом их взаимосвязи с насосными станциями и регулирующими емкостями.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ И ВОДОВОДОВ

Система водоснабжения для малых населенных пунктов

Многолетняя практика работы с системами водоснабжения небольших населенных пунктов – сел, поселков, небольших городов, вынудила написать статью о проблемах и ошибочных взглядах специалистов, занимающихся организацией подачи воды именно в малых населенных пунктах. Их уровень знаний и пониманий специфики таких систем, к сожалению, часто приводит к ошибочным решениям и дополнительным финансовым издержкам – как на установку новых башен Рожновского, взамен вышедших из строя, так и на регулярные энергетические перезатраты при эксплуатации непрофессионально подобранных насосных агрегатов. Именно в качестве консультационной помощи мы и предлагаем ознакомиться с данной статьей.

Башня Рожновского используется в системах водоснабжения как средство накопления воды для покрытия пиковых объемов водопотребления в первую очередь, и для создания определенного давления в системе – достаточного для подачи воды во все точки населенного пункта. Делая профессиональный анализ существующих систем, первая задача может решаться и без башни в том случае, если дебит артезианской скважины (количество воды, подаваемое из скважины за 1 час при его полном восстановлении артезианской скважиной в течение того же периода времени) перекрывает пиковую нагрузку водопотребления. Вторая задача может решаться за счет установки станций автоматического управления с частотными преобразователями, за счет которых система отслеживает заданное в напорной магистрали давление путем регулирования оборотов насосного агрегата. Таким образом – задача обеспечения бесперебойной подачи воды пользователям может быть решена и без башни Рожновского. Этот факт особо ценен в том случае, когда башня вышла из строя, а на установку новой средств (как правило) нужно в разы больше, чем на установку современной станции автоматического управления.

Но – к решению данного вопроса нужно подходить взвешенно и технически грамотно. Нельзя отказываться от башни Рожновского при малых дебитах артезианских скважин, при частых отключениях электроэнергии (т.к. без подачи электропитания процесс водоснабжения приостанавливается) и в случае, если в воде — значительное содержание сероводорода (башня в данном случае способствует выветриванию неприятного запаха из накапливаемой воды).

Теперь перейдем к преимуществам так называемого безбашенного водоснабжения:

Использование станций автоматического управления (например, САУ «Каскад-ГА ПЧ», серийно производимых нашим предприятием на базе преобразователей частоты «Danfoss» серии AQUA-Drive, заточенных именно под работу с насосными агрегатами и водными системами) позволяет реализовать следующие преимущества относительно обычных систем с использованием башен Рожновского:

1. 1. Автоматическое поддержание постоянного давления в напорном трубопроводе независимо от изменяющегося объема водопотребления, возможность изменения заданного значения давления в течение суток;

2. Энергосбережение в пределах 30-80%;

3. Отсутствие необходимости привлечения обслуживающего персонала;

4. Увеличение срока безремонтной эксплуатации насосного оборудования в 2-3 раза и более за счет оптимальных режимов эксплуатации;

5. Сокращение затрат на замену башни Рожновского в среднем в 3-4 раза;

6. Исключение вероятности порывов трубопроводов из-за резких перепадов давления;

7. Сохранение (улучшение) качества артезианской воды (отсутствие попеременного контакта кислорода и воды в башне Рожновского и как следствие — попадания ржавчины и прочих примесей в водонапорную систему). Отсутствие благоприятных условий (нагрев воды в башне в летний период) для размножения бактерий и микроорганизмов, накапливаемых в башне;

8. Сохранение водонапорной системы в зимнее время (отсутствует промерзание башни Рожновского из-за ее исключения из системы водоснабжения, постоянный проток воды в трубопроводе подачи воды в башню исключает замерзание системы трубопроводов);

9. Минимизация возможности выхода из строя насосного агрегата из-за некачественной электроэнергии (защита от перекоса фаз, понижения и повышения напряжения и др.);

10. Индикация параметров системы (фактического давления, потребляемых тока и мощности, оборотов двигателя. ) позволяет осуществлять анализ работы системы водоснабжения и контроль ее работы.

Зачастую встречаемся с возражениями так называемых «специалистов» систем водоснабжения о том, что при старых изношенных трубах систем водоснабжения башни Рожновского убирать нельзя. Абсолютно безграмотное предположение, потому что при их наличии – насосы, работающие посредством прямого пуска, создают значительно больше проблем и более высокую вероятность порыва напорных труб. Преобразователь частоты, устанавливаемый в современных станциях, может быть настроен на давление, аналогично создаваемое убранной башней. А при использовании именно серии «AQUA-Drive», имеющей функцию плавного наполнения трубопровода, вероятность порыва сводится к минимуму. И именно регулируемые обороты насосного двигателя позволяют отслеживать и выдерживать стабильность заданного давления в системе, обеспечивая максимально возможную экономию энергозатрат.

Приведем пару отзывов по одним из реализованных объектов для сравнения работы системы водоснабжения с башней Рожновского при эксплуатации устаревших моделей насосов и — после исключения башни из системы с установкой современных более энергоэффективных насосов.

При глубоком понимании специфики организации таких систем – задачи реконструкций решаются легко и профессионально. Разработанная нами методика гидроэнергетического экспресс-анализа энергоэффективности насосных станций позволяет рассчитать прогнозируемые результаты реконструкций до момента их реализаций.

Приведем одну из таблиц расчета системы водоснабжения, состоящей из нескольких артезианских скважин:

Все выше указанные материалы позволят вам понять суть систем водоснабжения, состоящих из артезианских скважин и башен Рожновского.

В случае необходимости – готовы оказать консультационную и техническую поддержку для возможной реализации реконструкций и модернизаций ваших систем.

Директор ЧП «ГидроАвтоматизация»

Системы водоотведения малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов

К таким системам относятся сети и сооружения, предназначенные для отведения и очистки бытовых и близких к ним производственных сточных вод в количестве до 1400 м3/сутки. Малым населенным пунктом считается объект с населением до 5000 человек. К таким населенным пунктам относятся, например, дома отдыха, детские оздоровительные учреждения, индивидуальные коттеджи, фермерские хозяйства, дачи и т.п. объекты. Норма водоотведения бытовых стоков в малых населенных пунктах не превышает 200 л/сутки на одного жителя.

Проектирование систем водоотведения таких объектов производится по требованиям, изложенным в СНиП 2.04.03-85. Канализация малых населенных пунктов предусматривается, как правило, по неполной раздельной системе. Кроме этого, рекомендуется использовать централизованную схему водоотведения для одного или нескольких населенных пунктов, отдельных групп зданий и производственных зон.

Децентрализованные схемы допускается предусматривать:

• если нет опасности загрязнения водоносных горизонтов,
• если нет централизованной канализации в пунктах или объектах,
• при необходимости канализования групп или отдельных зданий.

С учетом изложенных требований для решения вопросов канализования малонаселенных мест применяют индивидуальные, локальные и групповые системы

Индивидуальные системы водоотведения проектируют, как правило, для объектов, не имеющих централизованного водоснабжения (фермерские хозяйства, коттеджи, мелкие населенные пункты и т.д) – см. рис. Количество сточных вод от таких объектов невелико, поскольку снабжение водой происходит от водозаборных скважин или колодцев с насосами.

Сеть состоит из коротких самотечных участков труб, заканчивающихся на индивидуальных очистных сооружениях – септиках, фильтрующих колодцах, биопрудах и т.д. Индивидуальные системы могут в каждом конкретном случае существовать в течение неограниченного срока или служить первым шагом к созданию локальных систем водоотведения.

Локальные системы предусматривают централизованное водоотведение всего населенного пункта или ряда расположенных близко друг к другу объектов. Переход к локальным системам в ранее сложившихся населенных местах чаще всего обусловлен строительством многоэтажных домов с централизованным водоснабжением. Иногда такая система может применяться и для вновь строящихся населенных пунктов, если это оправдано экономически или продиктовано гидрогеологическими условиями.

Следующим этапом является организация групповых систем водоотведения. Условием устройства таких систем является большая плотность населения. В этом случае одной водоотводящей сетью обслуживаются несколько расположенных близко друг к другу объектов, что позволяет осуществлять очистку стоков на единых очистных сооружениях (см. рис). Это значительно облегчает организацию контроля за качеством очистки и уменьшает затраты.

Основной сложностью при эксплуатации водоотводящих сетей малых населенных пунктов и объектов являются частые засоры сети, что обусловлено малыми расходами и отсутствием самоочищающих скоростей в коллекторах (менее 0,7 м/с). В связи с этим рекомендуется проектировать начальные участки сети с уклоном не менее 0,008 и предусматривать устройства для периодической промывки сети. Наименьший диаметр труб – 150 мм. Материал труб – такой же, как и в городских условиях.

При необходимости подкачки сточной воды используются насосные станции, оборудованные центробежными или шнековыми насосами.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Системы водоотведения малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов

Системы водоотведения малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов

Системы водоотведения малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов

Особенности систем водоотведения малых населенных мест

В последние годы получили интенсивное развитие малые населенные пункты, отдаленные от крупных городов: жилые и вахтовые поселки, комплексы для отдыха населения, теле- и радиостанции, воинские части, учреждения религиозного назначения (монастыри), малые промышленные предприятия, в частности, газокомпрессорные станции и многие другие объекты. Высокие требования к степени благоустройства, с одной стороны, и удаленность объектов от централизованных систем водоотведения, с другой, диктуют необходимость устройства в них своих собственных систем отведения и очистки сточных вод. К настоящему времени наработан обширный опыт проектирования таких систем. В литературе подробно освещены вопросы очистки малых объемов сточных вод; однако особенности проектирования канализационных сетей и насосных станций освещены менее подробно, сведения не достаточно систематизированы. К настоящему времени пока не сформулировано четкого определения малого населенного пункта с точки зрения водоотведения, что затрудняет выбор нормативного документа при проектировании водоотводящих сетей, поэтому автор считает необходимым осветить этот вопрос подробно.

Традиционно принято к малым относить населенные места с суточным расходом сточных вод до 1400 м 3 /сут /15/. СНиП /1/ определяет как «малые» населенные пункты с количеством жителей до 5000, что, в зависимости от степени благоустройства, соответствует расходам сточных вод 500-1500 м 3 /сут. В то же время, при проектировании канализационных сетей, в соответствии с примечанием табл.2 СНиП /1/, «при средних расходах сточных вод до 5 л/сек расчетные расходы надлежит определять согласно СНиП 2.04.01-85»/2/. То есть, если значительная часть участков сети транспортирует расходы менее 5 л/сек, то сеть следует рассчитывать не как уличную, а как внутриквартальную. Средний секундный расход 5 л/сек соответствует суточному 432 м 3 /сут, и это значение, очевидно, тоже следует учитывать при формулировке понятия «малый населенный пункт».

Системы водоотведения малых населенных мест принято подразделять на индивидуальные и локальные. Большинство существующих индивидуальных систем представляет собой внутренние сети отдельных зданий с выпусками в выгребы, откуда сточные воды периодически вывозятся на централизованные очистные сооружения. Исследовательскими и проектными организациями предлагаются схемы отведения общего потока хозяйственно-фекальных сточных вод с очисткой биологическим методом на компактных установках заводского изготовления или в естественных условиях, например, в фильтрующих колодцах или траншеях. Переход к таким системам позволил бы увеличить водопотребление, а, значит, степень благоустройства объекта. Однако не конца решены вопросы защиты таких систем от промерзания, заиливания и засорения; кроме того, эксплуатация заводских очистных установок является проблемной для хозяев, не являющихся специалистами в области водоотведения. Вероятно, поэтому внедрение таких проектов пока сдерживается. Наиболее перспективной представляется схема водоотведения с разделением хозяйственно-фекальных сточных вод на два потока: «серый» — от ванн и кухонь, и «черный» — от туалетов. «Серые» и «черные» сточные воды значительно различаются по своему физико-химическому составу, концентрациям и расходам. Масса фекалий от одного человека составляет около 1500 г/сут, на формирование «черного» стока идет воды около 15 л/чел*сут. Количество серого стока составляет 100-200 л/сут*чел, и концентрация его ниже на 1 – 2 порядка. «Черный» сток накапливается в заглубленной пластмассовой емкости с периодическим вывозом на централизованные очистные сооружения, «серый» после предварительного отстаивания сбрасывается в грунт через распределительную систему трубопроводов. В сложившихся современных условиях это проектное решение представляется оптимальным по технико-экономическим и эксплуатационным показателям. По такому принципу работает, например, система водоотведения финской фирмы Labko SAKO-3.

Локальные системы предполагают централизованное водоотведение всего объекта. Общая степень благоустройства малых населенных мест несколько ниже, чем в городах, централизованное горячее водоснабжение, как правило, отсутствует. Поэтому, если удельное водоотведение в городах составляет 250-300 л/сут*чел, то в малых населенных пунктах — 125-200 л/сут*чел. Соответственно концентрации бытовых сточных вод более высокие: БПК₂₀ — 350-500 мг/л, содержание взвешенных веществ – 300–450 мг/л, количество аммонийного азота – 40-60 мг/л. Режим отведения сточных вод зависит, как известно, от общего водоотведения объекта. Чем меньше расход сточных вод, тем больше неравномерность их отведения. Если в городах общий коэффициент неравномерности K_gen max составляет 1,3 – 1,6, то в малых населенных пунктах он равняется 2,5–3 и может достигать 8-10. Из локальных объектов наиболее сложными и интересными являются системы водоотведения комплексов для отдыха и оздоровления населения. Наиболее крупные учреждения отдыха представлены обычно не только жилыми, но и специализированными зданиями, такими как: лечебные корпуса с залами физиопроцедур и бассейнами, блок питания, банно-прачечный комбинат, гараж с мойкой машин. Это предполагает наличие в зданиях не только хозяйственно-фекальной, но и производственной канализации с сооружениями предварительной очистки производственных сточных вод на выпусках в наружную сеть или перед подачей в систему оборотного производственного водоснабжения. Кроме этого, крупные учреждения отдыха характеризуются высокой степенью благоустройства территории, поэтому водоотведение проектируется по полной раздельной системе. Дождевые воды отводятся по закрытой системе трубопроводов за границы объекта в пониженные места рельефа или в водоем. При необходимости очистки дождевых вод может быть предусмотрено щитовое заграждение в акватории реки на выпуске водосточного коллектора. Для небольших баз отдыха и большинства поселков характерны малые площади асфальтовых покрытий, а, значит, низкие коэффициенты покрова. Дождевые воды, стекающие с дорог, либо сразу просачиваются в грунт, либо по бетонным лоткам на обочинах стекают в пониженные места рельефа, не успевая достичь водоема. Поэтому в большинстве поселков проектируется неполная раздельная система канализации и основной задачей является отведение и очистка хозяйственно-фекальных сточных вод.

Для перекачки на очистные сооружения малых количеств сточных вод часто применяют погружные насосы, что обеспечивает меньший объем подземной части насосной станции благодаря оптимальной гидравлике и укороченным насосным циклам; колодец меньше также потому, что резервные насосы не устанавливают в нем, а хранят на складе. Наземная часть станции (здание) может отсутствовать совсем, поскольку единственными узлами над водой являются блок управления насосами и распредустройство. Насосные станции с погружными насосами дешевле в строительстве и эксплуатации на 40-50%.

Высокая неравномерность водоотведения в малых населенных пунктах создает сложности при эксплуатации биологических очистных сооружений. Для нормальной работы микроорганизмов необходимо поддерживать в сооружениях стабильные условия и по расходам, и по концентрациям сточных вод. Поэтому очистные сооружения проектируют, как правило, на равномерный режим работы; сточные воды подаются на очистку насосом-дозатором; для регулирования притока и откачки в схему включается резрвуар-накопитель объемом, равным суточному притоку сточных вод. Резервуар, кроме регулирования притока и откачки, выполняет и другую важную функцию: в нем завершается аммонизация органического азота. Это особенно актуально для малых населенных мест, где общая длина канализационных коллекторов составляет десятки – максимум сотни метров, а не 10-20 км, как в больших городах. Продолжительность протекания сточных вод от зданий до очистных соружений невелика, и аммонизация не успевает завершиться в сети.

Малые населенные пункты нередко располагаются в экологически чистых зонах: в верховьях рек, вблизи водоемов рыбохозяйственного назначения; поэтому требования к сбросу сточных вод весьма высоки: БПК₂₀ – 3-6 мг/л, содержание взвешенных веществ – 3- 6 мг/л, концентрации аммонийного азота – 0,39-0,5 мг/л, азота нитритов – 0,02 мг/л, азота нитратов – 9-10 мг/л. Для рыбохозяйственных водоемов регламентируется также сброс фосфатов: не более 0,05-0,2 мг/л в пересчете на фосфор. Для достижения такой степени очистки необходима многоступенчатая аэробно-анаэробная биологическая обработка сточных вод с применением как взвешенной, так и прикрепленной микрофлоры.

Схема очистки бытовых сточных вод.

Циркулирующая смесь сточных вод и активного ила

Сточные воды от песколовок

В водоем

1 – первичный отстойник, 2 – зона строгого анаэробного режима (аммонизация и выделение фосфора в воду), 3 – аноксидная зона (денитрификация, завершение аммонизации), 4 – аэробная зона (окисление углеродсодержащих соединений, нитрификация, дефосфатизация, отдув свободного азота), 5 – вторичный отстойник.

В настоящее время разработаны в комплектно-блочном исполнении очистные установки, работающие по такой схеме, например, установки серии «Капля» производительностью от 6 до 1000 м 3 /сут ОАО «Экостройпроект», г.Пермь.

Исходные данные для проектирования