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.

Водоснабжение населения

Чистая вода нужна не только для утоления жажды, приготовления пищи и стирки. Химическое соединение Н2O работает в организме на клеточном уровне. Являясь универсальным растворителем, вода участвует в обменных процессах, осуществляя транспортировку необходимых веществ сквозь клеточные мембраны и сосуды. Будучи практически несжимаемой жидкостью, вода поддерживает структуру клеток и органов, выполняя роль так называемого гидростатического скелета. И это лишь малая часть из длинного списка уникальных свойств воды. Даже без упоминания известных пословиц и афоризмов о воде можно смело сказать, что чистая вода, приходящая в наши дома — это жизнь.

Законодательные и нормативные документы

Учитывая прямое влияние воды на здоровье людей, задача качественного водоснабжения населения находится в ведении государства. Существует большое количество законодательных и нормативных документов, которые определяют внутреннюю государственную политику в сфере водоснабжения, регулируют отношения между федеральными и региональными субъектами, промышленными предприятиями, коммунальными службами и частными лицами в области действий, связанных с водоснабжением и водоотведением.

Перечислим некоторые основные документы, которым необходимо следовать при организации систем водоснабжения и водоотведения.

1. Закон РФ от 21.02.1992 N 2395-1 «О недрах».

Регулирует право водопользования при добыче подземных вод для питьевого, хозяйственно-бытового или промышленного водоснабжения. Предоставление недр в пользование оформляется специальным государственным разрешением в виде лицензии. Порядок выдачи лицензии прописан в Административном регламенте Федерального агентства по недропользованию (Роснедра), утвержденном Приказом Минприроды России от 29.09.2009 N 315. В лицензии на право пользования недрами указано целевое назначении работ, сроки действия лицензии (не более 25 лет), а также предельно допустимый объем добычи подземных вод в сутки (в год).

2. СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения».

Санитарные правила применяются в отношении воды, подаваемой системами централизованного водоснабжения и предназначенной для потребления населением в питьевых и бытовых целях, для использования в процессах переработки продовольственного сырья и производства пищевых продуктов, их хранения и торговли, а также для производства продукции, требующей применения воды питьевого качества.

3. СанПиН 2.1.4.544-96 «Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения».

Санитарные правила и нормы распространяются на подземные источники нецентрализованного водоснабжения, служащие для удовлетворения питьевых и хозяйственных нужд населения.

4. СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды».

Качество питьевой воды должно удовлетворять требованиям, которые устанавливает данный документ. Указываются ПДК (предельно допустимая концентрация) неорганических, органических и биологических загрязнений, превышение которых может привести к различным заболеваниям.

5. Федеральный закон от 07.12.2011 N 416-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О водоснабжении и водоотведении».

Данный закон регулирует отношения в сфере водоснабжения и водоотведения, качество и безопасность воды в централизованных и нецентрализованных системах холодного и горячего водоснабжения и т.п.

6. Федеральная целевая программа «Чистая вода» на 2011-2017 годы.

Программа вступила в силу в 2011 году. Ее основная задача — в ближайшие годы обеспечить гарантированный доступ всего населения России к чистой воде.

Потребители и источники воды

Тип источника водоснабжения для населенного пункта и промышленного предприятия может быть поверхностным, подземным или смешанным.

городские водоочистные сооружения

Города и поселки в основном берут воду из ближайших открытых водоемов. Перед подачей потребителю вода очищается от механических и химических загрязнений, проходит обеззараживание. Совсем небольшие поселения, коттеджные поселки и садовые товарищества могут организовать водоснабжение населения на основе высокопроизводительной артезианской скважины.

Немного истории

К 1991 г. централизованным водоснабжением в РСФСР было обеспечено 99% городов и 86% поселков. Среднее водопотребление на одного человека на составляло 327 л в сутки. Ресурсы поверхностных и подземных природных вод позволяли решать задачу практически полного удовлетворения потребности населения Российской Федерации в питьевой воде.

После распада СССР переход от плановой экономики и централизованного управления к рыночным методам негативно сказался на состоянии всего комплекса по снабжению населения страны чистой водой и очистке стоков. Причина была не только в износе водопроводных сетей, устаревании оборудования и технологий, но и в обычном стремлении снизить производственные затраты. В те же годы утечки воды и неучтенный расход достигали 1/3 от объема воды, поданного в сеть.

Чтобы исправить сложившуюся ситуацию, в 2003 году правительство России предложило крупным российским компаниям активно участвовать в реформировании жилищно-коммунального комплекса, привлекать к управлению коммунальными предприятиями современный менеджмент, делать инвестиции в модернизацию и развитие коммунальной инфраструктуры.

Источники воды для централизованного водоснабжения

На сегодняшний день в России разведано 3597 крупных месторождений подземных вод. Из них в настоящее время эксплуатируется только 46%. Причем для нужд питьевого водоснабжения из них используется меньше половины.

разведанные запасы подземных вод

Уникальность подземных артезианских источников заключается в их практической неисчерпаемости, стабильных физико-химических показателях и практически полном отсутствии болезнетворных бактерий. Именно поэтому артезианская вода является природным ресурсом государственного значения и для ее использования требуется оформить лицензию на право пользования недрами.

Забор воды из песчаных и более мелких скважин, а также из открытых поверхностных источников регулируется законодательством гораздо менее строго или не регулируется совсем. Эту воду чаще всего используют на личных загородных участках.

Для больших городов требуются миллионы кубических метров чистой воды в сутки. Однако, чистая вода нужна не только людям, но и предприятиям. Прекращение подачи воды способно остановить производство. Проблема в том, что использованная на заводах и фабриках вода содержит опасные и просто ядовитые вещества, от которых стоки необходимо очищать.

Централизованная водоподготовка

Заботясь о здоровье населения, государственные санитарно-эпидемиологические службы постоянно отслеживают состояние воды во всех значимых источниках централизованного водоснабжения. Для этого регулярно производится забор и анализ воды на химические, органические и биологические загрязнения. В зависимости от характера загрязнения для очистки воды используются различные методы.

лаборатория исследования воды

Для защиты конечного пользователя от инфекций в систему централизованного водоснабжения городов внедряют новые технологии очистки. Наверное, многие заметили, что с 2012 г. вода из крана в Москве больше не пахнет хлоркой. Это результат обновления методов водоподготовки на станциях Мосводоканала — вместо жидкого хлора применяется менее токсичный гипохлорит натрия. Также используются очень эффективные и абсолютно безопасные для человека технологии мембранного фильтрования и озоносорбции, то есть совместного озонирования и сорбции воды в гранулах активного угля.

Очистка использованной воды

От задачи водоснабжения неотделима проблема водоотведения сточных вод. Хозяйственно-бытовые стоки содержат не только химические и органические загрязнения, но и опасные для здоровья микроорганизмы. Городские хозяйственно-бытовые стоки проходят обработку на пригородных станциях аэрации.

очистка городских сточных вод

Из-за дефицита чистой воды и с развитием технологий очистки многие предприятия все чаще используют рециркуляционную (оборотную) воду. Пройдя производственный цикл, вода очищается от полученных загрязнений и используется вновь. Постоянство производственных загрязнений позволяет настроить фильтры на определенный тип веществ, что удешевляет процесс очистки. Оборотная вода для предприятия обходится дорого, но чистая вода со стороны может быть еще дороже. К тому же в этом случае использованную воду надо куда-то отводить. Следовательно, придется проектировать и строить дорогие системы водоотведения, в которых степень очистки требуется гораздо выше — ведь сброс воды будет осуществляться на грунт или в водоем.

В результате применения новых технологий по очистке и повторному использованию воды в последнее время в России уменьшилось количество загрязнений, попадающих в надземные открытые источники — реки, озера и т.д.

Защита артезианских источников

В результате массовой и практически бесконтрольной откачки огромных объемов воды из артезианского бассейна могут возникать так называемые депрессионные воронки. Над такими областями наблюдаются признаки истощения артезианских источников — понижается уровень воды. Во многих крупных городах мира в результате многолетней откачки уровень воды в артезианских скважинах упал на десятки метров.

В область депрессии начинается естественный приток воды из ближайших слоев. Если вода придет из загрязненного горизонта — например, расположенного выше слоя водоупорной глины, то загрязнению подвергнется весь артезианский горизонт.

Не менее опасны старые, давно неиспользуемые или неправильно пробуренные и обсаженные скважины. Опасность таких скважин в том, что через негерметичный канал в артезианский горизонт легко попадают загрязнения с поверхности или из промежуточных, более мелких водоносных слоев. Причем, такие скважины недостаточно просто заварить или забить пробкой — их надо полностью затампонировать (зацементировать) на всю длину ствола.

В описанной ситуации задача сохранения чистоты и работоспособности артезианского бассейна как источника качественного водоснабжения и стратегического запаса питьевой воды приобретает государственную важность.