Системи водопостачання міст являють собою комплекс інженерних споруд для забору, підйому, очищення води, її збереження і доставки до споживача. До його складу входять такі споруди:
водозабірні споруди і насосні станції першого підйому, які подають воду до місць її очищення;
збірні резервуари чистої води;
насосні станції другого і наступних підйомів, що подають воду в місто або на промислові підприємства;
водоводи і водопровідні мережі.
У практиці водопостачання міст зустрічаються різні системи, централізовано забезпечують споживачів водою. Все розмаїття систем водопостачання можна класифікувати за такими ознаками:
• по виду використовуваних природних джерел. - водопроводи, що забирають воду з поверхневих або підземних джерел, і водопроводи змішаного споживання;
• по виду споживачів - комунальні (міські, селищні); протипожежні; виробничі, які, в свою чергу, поділяються за галузями промисловості (водопроводи хімічних підприємств, теплових електростанцій, металургійних комбінатів, і т.д.);
• за територіальним охопленням споживачів - локальні (для одного об'єкта) і групові (або централізовані) водопроводи, які обслуговують групу об'єктів;
• зі способів уявлення води - водопроводи з самопливом (гравітаційні) і з механічним уявленням води (за допомогою насосів);
• по кратності використання води - з оборотом води, з послідовним використанням на різних установках;
• за характером використання води - прямоточне, оборотне, послідовне (з повторним використанням води);
• за видами споживачів - господарсько-питне, виробниче, протипожежне, сільськогосподарське;
• по комплексності обслуговування споживачів - об'єднані, неповно роздільні, роздільні системи.
Об'єднана система забезпечує всі три види споживачів, як правило, водою питної якості. Такі системи доцільні в тих випадках, коли промисловість споживає воду питної якості або порівняно невелика кількість води. Ці системи простіше і мають відносно меншу будівельну вартість мережі, яка становить, як правило, близько 60% вартості всієї системи водопостачання.
Неповну роздільну систему використовують у разі, коли промисловість споживає значну кількість води, вимоги до якості якої невисокі. У цьому випадку будівництво об'єднаної системи невигідно, тому що невиправдані витрати на очистку води для потреб промисловості до питної якості призводять до значного подорожчання будівництва і експлуатації водопровідної системи.
Роздільні системи передбачають будівництво окремих систем для питних, промислових і протипожежних потреб. Такі системи зустрічаються дуже рідко.
Схеми водопостачання міст відрізняються набором споруд, необхідних для забезпечення водою належної якості та кількості. Загальний вигляд схеми водопостачання, яка включає повний набір водопровідних споруд, показаний на малюнку. Джерелом водопостачання служать природні і штучні водойми, річки, підземні артезіанські і грунтові води, моря і океани.
Системи водопостачання промислових підприємств класифікуються за способами використання води: прямоточні, оборотні і з повторним використанням води.
У прямоточних системах вода, як правило, входить до складу кінцевої продукції (наприклад, у виробництві мінеральних кислот, рідких суспендованих комплексних добрив і т.д.) або істотно змінює свій склад (наприклад, вода електролітів в електролізерах), в зв'язку з чим її повторне використання недоцільне. У цьому випадку її скидають після змішування з іншими стічними водами в місцеву гідрографічну мережу або передають на очисні споруди.
У оборотних системах повторного використання водопостачання, коли вода використовується в основному для охолодження, доцільно нагріту воду охолоджувати (наприклад, в градирнях) і подавати для повторного використання на тому ж об'єкті. При цьому з вододжерела подається тільки 3-5% загальної кількості використовуваної води для поповнення її втрат під час звернення. Іноді оборотну воду потрібно не тільки охолоджувати, але і направляти на очистку.
У системах повторного використання вода, що скидається одним з промислових споживачів, може бути використана іншими (наприклад, вода після уловлювання фтор-газів у виробництві суперфосфату використовується при отриманні фторид-гідрофторид амонію). Це дає можливість зменшити кількість води, що забирається з водного джерела.
Існує 4 схеми водопостачання:
1 прямоточная система (скидання води здійснюється в водойми без очищення). Qп.п. - безповоротні втрати води у виробництві, Qисп. - втрати води на випаровування.
Qунос - втрати води з каплеуноса,
Qсброс - втрати води під час продування системи,
Qдоб - вода, що забирається з водного об'єкта для поповнення втрат води в системі.
У цій системі водопостачання відпрацьована вода після очищення не скидається у водойму, а багаторазово використовується в системі виробництва, наражаючись регенерації після кожного виробничого циклу.
5 - система безстічного водопостачання (замкнута система), найперспективніша, але найбільш складно досяжна.
Критерії ефективності використання води
Ефективність використання води може бути оцінена наступними трьома показниками в сукупності.
Технічна досконалість системи водопостачання оцінюється кількістю використаної оборотної води (%)
Ефективність використання води, що забирається з джерела, оцінюється коефіцієнтом використання
Безповоротне споживання і втрати води (%)
,
де Qоб, і Qпосл. - кількість води, використовуваної в обороті і послідовно;
Qист. і Qсир. - кількість води, що забирається з джерела і надходить в систему водопостачання з сировиною;
Qсв - кількість стічних вод, що скидаються у водоймище.
Для економічної оцінки систем водопостачання необхідно розглядати собівартість підготовки води, витрати на водопостачання і їх частку в собівартості продукції, екологічний збиток, що завдається навколишньому середовищу за рахунок скидів забруднених стоків, а також економічний ефект від застосування кожної з розглянутих схем.
Мал. Собівартість води (С), капітальні вкладення (К), екологічний збиток (У) і економічний ефект (Е) при використанні 1 4 систем водопостачання.
Загальна схема водопостачання може змінюватися в залежності від конкретних умов. Наприклад, якщо вода не вимагає очищення, то зі схеми випадають очисні і пов'язані з ними споруди. При розміщенні джерела на більш високих відмітках, ніж об'єкт-користувач, вода зможе подаватися самопливом і не необхідності в спорудженні насосних станцій. У деяких системах використовується декілька джерел водопостачання, що призводить до збільшення кількості основних споруд.
Водозабори та насосні станції і водоочисні споруди.
Водозабір - це гідротехнічна споруда, яке здійснює забір води з джерела постачання (річки, озера, водосховища) для потреб водокористування. Крім цього існують водозабори, які використовуються для потреб гідроенергетики, іригації і т.д. Водозабірні споруди повинні забезпечувати перебування в водоводі води
в заданій кількості,
відповідно до графіка водокористування.
Споруди для забору води з поверхневих джерел класифікують за типом джерела (річкові, водосховища, озерні, морські і т.д.). З річкових найбільш поширені берегові, руслові, плавучі, ковшові. Вони можуть бути суміщені з насосними станціями першого підйому.
Берегові водозабірні споруди, що використовуються на відносно крутих берегах річок, є залізобетонний колодязь великого діаметру, винесений передньою стінкою в річку. Вода надходить в нього через отвори, забезпечені гратами, а потім проходить через сітки, що забезпечують механічну очистку води.
Русловий водозабірні споруди, які застосовуються на пологих берегах, мають оголовок, винесений в русло річки, вода надходить самопливом в береговий колодязь, який часто поєднується з насосною станцією першого підйому.
Плавучі водозабірні споруди - це понтон або баржа, на яких встановлені насоси для забору води безпосередньо з річки. На берег вода подається по трубах з рухомими з'єднаннями, прокладених по сполучному містку.
У ковшових водозабірних спорудах вода надходить з річки спочатку в розташований біля берега ківш (штучна загата). Сам ківш використовується для осадження наносів, а також для боротьби з льодовими явищами - шугой, глибинним льодом.
Водозабір підземних вод - це гідротехнічна споруда для забору підземних вод і подачі її в водопровідні та інші водогосподарські системи. Вибір ділянки для обладнання водозабору підземних вод обумовлюється геолого-гідрогеологічними умовами району, відстанню від місця користування водою і т.д. Конструктивно такі водозабори підрозділяються на свердловини і шахтні колодязі. Свердловини є найбільш універсальним, технічно більш досконалим типом водозабору і використовуються для централізованого водопостачання. Вони мають велику продуктивність і найбільш повно відповідають санітарним вимогам. Глибина свердловин може досягати 800 м. Дебіт може досягати 50 л / с і більше. Стінки свердловин в нестійких породах зміцнюють обсадними трубами, які входять одна в одну і в межах водоносного шару закінчуються фільтром з пористого бетону, гравію, кераміки, металевих сіток. Для підйому води використовують глибинні насоси. Часто водозабірні свердловини обладнують водонапірними вежами, які регулюють тиск і втрати води у водопровідній мережі. Термін служби свердловин складає 10-15, іноді до 30 років.
Водоприймальні споруди призначені для забору води з джерела і грубої її очищення в основному від плаваючих предметів.
Насосні станцііНасосние станції I, II та інших підйомів служать для підйому води. Станція 1 підйому зазвичай подає воду на очисні споруди, станція П підйому - в водо-який регулює резервуар. Їх необхідність визначається рельєфом місцевості і протяжністю транспортування води. Вони обладнані насосами, як правило, з електричним приводом, що регулює, попереджувальної і контрольно-вимірювальною апаратурою. Багато насосні станції мають телеуправління і повністю автоматизовані.
Водоочисні споруди обробляють природну воду з метою надання їй якостей, що відповідають вимогам користувачів. Якщо вода в джерелі задовольняє вимогам споживача, то необхідність в очисних спорудах відпадає.
Очищена вода подається до об'єкта водопостачання по водоводах і розлучається з його території за допомогою водопровідної мережі.
Водопровідна мережа - це сукупність водопровідних ліній (трубопроводів) для подачі води до місць водокористування, є основним елементом системи водопостачання.
Водопровідна мережа, яка прокладається за межами споруд, називається зовнішньої. До лінії водопровідної мережі приєднуються так звані будинкові відгалуження (труби), по яких вода подається в окремі споруди.
У будинках обладнуються внутрішні водопровідні мережі.
Для обладнання водопровідної мережі застосовують водопровідні труби. Вибір труб залежить від величини необхідного тиску у водопровідній мережі, характеру грунтів, способу прокладки і від економічних чинників. При підземному прокладанні найбільш поширені чавунні, азбестоцементні і сталеві труби, застосовні також залізобетонні і пластмасові. Глибина укладання труб залежить від рівня промерзання грунту, температури води і режиму роботи (в Україні близько 1,5-2 м). Максимальна глибина укладання труб обумовлена необхідністю збереження труб від руйнування в результаті транспортних навантажень.
Водопровідні мережі обладнують арматурою - заслінками і вентилями для відключення окремих ділянок мережі, водорозбірних обладнанням, пожежними гідрантами, інколи - вуличними водорозбірними колонками. Гідранти і заслінки, як правило, встановлюють в спеціальних збірних або цегляних колодязях, перекритих металевими люками.
За технічними умовами тиск води у водопровідній мережі населених пунктів не повинна перевищувати 6 атм. Для подачі води в багатоповерхові будинки додатково обладнають місцеві насосні станції.
Мережа може бути кільцевої (що складається з окремих сусідніх замкнутих контурів-кілець, які можна відключити в разі аварії) і розгалуженої (тупикової), в якій при аварії на якому-небудь ділянці припиняється подача води в усі ділянки мережі, що знаходиться за пошкодженням. Тому розгалужені мережі можуть бути обладнані тільки в тих випадках, коли допустимі перерви в водоспоживання.
Ширина траси водопровідної мережі повинна бути не менше 40 м по обидва боки від осі при прокладанні водоводів по незабудованій території і 10 м - по забудованій.
У місцях вимушеного перетину водопровідної та каналізаційної мереж в населеному пункті водопровідна проектується вище каналізаційної. Відстань між ними по вертикалі - не менше 0,4 м.
При паралельному прокладанні водопровідних труб на одному рівні з каналізаційними відстань між трубопроводами має бути не менше 1,5 м, якщо діаметр водопровідних труб не більше 200 мм і не менше 3 м, якщо діаметр водопровідних труб більше 200 мм.
При паралельному прокладанні водопровідних труб нижче каналізаційних відстань між стінками трубопроводів в фільтруючих грунтах має бути не менш 5 м. Не можна допускати прокладання каналізаційних труб вище водопровідних в тих місцях, де можливі просідання і аварії водопровідних мереж при високому рівні грунтових вод, прокладки мережі по плавун , в сейсмічних районах і ін.
Не допускається розташування вигрібних помийних ям та інші подібних об'єктів на відстані меншій 20 м від водопровідних мереж.
Для регулювання тиску і витрати води, створення її запасу і вирівнювання графіка роботи насосних станцій будують водонапірні башти та резервуари.
Водонапірна вежа складається з бака для води, як правило, циліндричної форми і опорної конструкції (ствола). Регулююча роль водонапірної вежі полягає в тому, що під час зменшення водокористування надлишок води, що подається насосною станцією, накопичується в ній і витрачається під час підвищеного водоспоживання. Висота водонапірної башти (відстань від поверхні землі до низу бака), як правило, не перевищує 25 м, іноді 30 м; ємність бака - від декількох десятків кубометрів до декількох тисяч. Опорні конструкції виготовляють, в основному, зі сталі, залізобетону, іноді з цегли, баки - переважно із залізобетону і сталі.
Водонапірний резервуар. на відміну від водонапірної башти, не має опорної конструкції (ствола), але встановлюється на підвищених місцях місцевості. Іноді водонапірні резервуари служать для збереження пожежного та аварійного запасу води. Зараз найбільш поширені резервуари із залізобетону.
Місткість резервуарів повинна забезпечити безперебійне водопостачання в години «пік», а також запас води на випадок аварії. Стінки і дно підземних резервуарів повинні бути водотривкими (залізобетонні, цегляні). Дно резервуара повинно перебувати вище рівня ґрунтових вод При необхідності його знижують за допомогою дренажу.
I - більше 50 тис. Чоловік,
II -50-0,5 тис. Осіб,
III - менше 0,5 тис. Осіб.