Источники водоснабжения
Рассмотрены все источники водоснабжения, как природного происхождения (артезианские, грунтовые воды, реки, родники и озера), так и искусственного типа (водохранилища, каналы). Описаны подземные и поверхностные воды, их особенности и отличия.
Источником питьевого водоснабжения называется объект, содержащий воду, которая отвечает всем нормативным гигиеническим требованиям и используется для системы питьевого водоснабжения с соответствующей предварительной подготовкой. Источники водоснабжения, в частности питьевого, должны гарантировать безопасность воды: отсутствие химических веществ в опасных концентрациях, возбудителей инфекционных болезней и радиоактивных элементов. Вода должна обладать благоприятными органолептическими свойствами и должна иметь полноценный минеральный состав. Все воды, которые используются для хозяйственно-питьевого назначения, бывают поверхностные и подземные. (См. также: Монтаж систем водоснабжения)
Природный источник водоснабжения
Подземные воды
Воды, которые находятся в почве, а так же в геологических породах коры планеты в любом физическом состоянии, называются подземными. Они образуются после процесса фильтрации воды из открытых водоемов (озер и рек) через русло. В зависимости от строения горных пород, сквозь которые течет вода, будет зависеть скорость ее движения. Все горные породы по отношению к воде делятся на водоупорные и водонепроницаемые породы.
Протекание подземных вод
В водонепроницаемых слоях вода бежит по законам тяжести. Пласты водоупорных и водонепроницаемых слоев чередуются между собой. Глубина залегания таких вод – от 12 до 16 км.
Схема залегания подземных вод:
1 — водоупорный слой;
2 —грунтовые воды;
3 —межпластовые воды без напора;
4 — горизонт межпластовой напорной воды;
5 — колодец грунтовой воды;
6 — скважина, берущая межпластовую безнапорную воду;
7 — скважина, берущая межпластовые напорные (артезианские) воды.
Подземные источники питьевого водоснабжения – это грунтовые воды, межпластовые воды (безнапорные и напорные), верховодка, инфильтрационные береговые воды и родники. Рассмотрим каждый вид питьевой воды. (См. также: Водоснабжение коттеджа)
Грунтовые воды
В геологической толще пород, на первом водоупорном пласте (если считать от поверхности) располагаются безнапорные воды, которые называются грунтовыми. В колодце они находятся на уровне с подземными водами. Грунтовая вода движется по направлению уклона водоупорного подстилающего слоя. Чаще всего такая вода пригодна для питьевого водоснабжения и в природных условиях не загрязнена. Но загрязнение грунтовых вод может произойти от почвы: чем ближе к поверхности залегает вода, тем больше вероятность ее загрязнения из расположенных над ней хозяйственных объектов и населенных пунктов.
Верховодка
Верховодкой называется некое скопление воды на поверхности слабопроницаемых или водоупорных пород, которые включены в толщу водопроницаемого слоя. Так же как и грунтовая вода, находясь вблизи от поверхности, верховодка может загрязняться и стать непригодной для питьевого водоснабжения.
Артезианская вода
Артезианские воды
Очень важные подземные источники водоснабжения — межпластовые безнапорные, а также напорные воды. Отличием межпластовых вод от других видов является очень глубокое залегание, которое препятствует питанию этих вод поверхностными водами. Артезианская вода (межпластовая напорная) залегает под несколькими водоупорными слоями и изливается на поверхность во время возникновения избыточного гидростатического давления. (См. также: Водоснабжение предприятия)
Артезианские водоносные слои (еще их называют горизонтами или пластами) из глубины своего залегания изливаются на поверхность, где питаются осадками из атмосферы. Если вода из вышележащего горизонта (грунтовых вод) попадет в артезианские воды, то качество артезианской воды ухудшится. Загрязнение так же может произойти от промоины в ложе русла, сквозь заброшенные колодца и скважины, при разработке карьеров и так далее.
Родники
Родником называется естественный выход подземной воды на поверхность. Этот источник образуется после падения рельефа местности, в то время, когда водоносный слой разрезается каким-то оврагом. Такой родник называется нисходящим. Восходящий родник возникает в результате прорыва напорной воды сквозь породы, которые его перекрывали. Вода из родников всегда прохладная и имеет постоянный состав минеральных веществ. Кроме того, родниковая вода отличается своей бактериологической чистотой.
Инфильтрационные воды
Этот тип воды образуется в результате процесса фильтрации открытых водоемов сквозь подземный слой прилегающей территории. Если берег водоема имеет проницаемые фильтрующие породы, то можно построить водозаборные колодцы. Если инфильтрационная вода смешается с водой из открытых водоемов, то ее качество ухудшится. (См. также: Открытая система водоснабжения)
Поверхностное водоснабжение
Поверхностные источники водоснабжения – это реки, озера, водохранилища, пруды и каналы. Поверхностные воды могут постоянно или временно находиться на поверхности. Рассмотрим каждый источник в отдельности.
Это поток воды значительных размеров, протекающий в естественном русле и пополняющийся от подземного или поверхностного стока своего же водосборного бассейна. Реки бывают горными и равнинными. Первый тип реки характеризуется большой скоростью воды и узкими долинами, в то время как равнинные реки имеют медленное течение и широкие долины. Если сравнивать реки по протяженности, то самыми малыми считаются реки, длиной менее 10 км, а самыми большими – 500 километровые и выше.
Озера
Озером называется природная впадина, заполненная солеными или пресными водами. Озера бывают бессточные и сточные (с ручьем или рекой, вытекающей из него). Пресные озера получаются в результате впадающих в него рек. Если стоки, впадающие в озеро, загрязнены, то качество озерной воды будет плохим даже на значительном расстоянии. (См. также: Водоснабжение дома)
Озеро в Техасе (необычное тем, что оно и подземное и наземное одновременно)
Водохранилища
Помимо естественных существуют и искусственные виды источников водоснабжения. Искусственный водоем с замедленным обменом воды и измененным уровневым режимом (с помощью гидротехнических сооружений) в накопительных целях называется водохранилищем. Чаще всего этот искусственный водоем имеет объем больше одного миллиона кубических метров воды, которую можно назвать практически стоячей. Создается водохранилище в основном в русле какой-то реки способом сооружения плотины, выемки грунта или перемычки. Хранилища воды создаются рядом с потребителями – городами, населенными пунктами, предприятиями.
Водохранилище Ледибауэр
Вода в водохранилищах накапливается за счет речного постоянного потока или с помощью талых и дождевых вод. В зависимости от состава речной воды, дождевых и талых, а так же грунтовых вод и будет зависеть минеральный состав воды в водохранилище. Так как вода постепенно испаряется, то концентрация минеральных солей в оставшейся воде увеличивается. Так же для таких водоемов характерно неравномерное распределение солей на разной глубине (послойное распределение).
Вода с меньшим количеством минералов находится на поверхности, в то время как более насыщена солями вода опускает вниз. В результате разрастания водорослей в водохранилищах происходит летнее цветение воды (она станет зеленой или сине-зеленой). Когда водоросли отмирают, вода насыщается остатками разложения органических веществ, появляется сероводород и снижается содержание кислорода в воде, что вызывает мор рыбы.
Зоны санитарной охраны
Начало зоны санитарной охраны
Территории, включающие в себя источники водоснабжения и водопроводы, состоящие из поясов с особыми режимами хозяйственной деятельности — это зоны санитарной охраны источников водоснабжения. Ими могут быть артезианские скважины или какие-либо другие подземные воды, охраняемые от загрязнений.
Зона санитарной охраны
Схемы систем производственного водоснабжения
Вода на промышленных предприятиях необходима на хозяйственно-питьевые нужды, на пожаротушение, а также для проведения технологических процессов.
Эффективность работы любого промышленного предприятия во многом зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров. Соответствующими свойствами используемой воды и ее расходами, а также сооружением эффективных систем водоснабжения в значительной степени определяется качество и себестоимость выпускаемой продукции. Подача неподготовленной воды приводит к появлению брака, перерасходу топлива и электроэнергии, снижению производительности технологического оборудования и аварийному выходу из строя их элементов.
Для обеспечения надежного и качественного снабжения предприятий водой на каждом из них создается специальная система водоснабжения.
Система водоснабжения: основные понятия и определения
Система водоснабжения промышленного предприятия представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.
В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.
Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве промышленных предприятий сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.
В некоторых случаях, например, на предприятиях пищевой промышленности, где значительная доля воды должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» создают единую систему водоснабжения.
А на предприятиях с высокой пожароопасностью вынуждены создавать отдельные системы противопожарного водоснабжения.
Источники водоснабжения
Потребность предприятия в воде всех категорий удовлетворяется из природных источников, которые должны соответствовать следующим основным требованиям:
а) обеспечивать бесперебойное получение необходимого предприятию количества воды с учетом перспективы его развития;
б) подавать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает требованиям потребителей или позволяет достичь его за счет простой и экологичной обработки исходной воды;
в) обеспечивать возможность подачи воды потребителям с наименьшей затратой средств;
г) обладать такой мощностью, чтобы расчетный отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.
Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для конкретного потребителя требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен потребитель.
Для водоснабжения промпредприятий используются поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники – это реки, озера, реже моря; подземные источники – грунтовые и артезианские воды, и родники.
Вода в большинстве рек обладает значительной мутностью, высоким содержанием органических веществ и бактерий, а часто и значительной цветностью. Наряду с этим речная вода характеризуется относительно небольшой жесткостью.
Вода озер обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (т.е. малой мутностью). Качество всех поверхностных вод сильно зависит от атмосферных осадков и таяния снегов, в период паводков их мутность и бактериальная загрязненность возрастает, а жесткость снижается.
Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны), обладают низкой бактериальной загрязненностью, но наряду с этими положительными качествами во многих случаях сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей, они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами: повышенной жесткостью, наличием неприятного привкуса и некоторыми другими.
Вопрос о выборе источника водоснабжения является одним из главных при проектировании систем производственного водоснабжения, т.к. он определяет наличие в ее составе тех или иных сооружений, а, следовательно, стоимость строительства и эксплуатации.
При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды и его мощность.
Выбор источника воды определяется главным образом местными природными условиями, поэтому предварительно проводятся топографические, гидрологические, санитарные и другие изыскания.
- Для хозяйственно-питьевого водоснабжения рекомендуется использовать подземные источники воды, отказ от которых требует всестороннего обоснования. СНиП 2.04.02-84 запрещает использовать подземные воды питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением.
- При наличии нескольких источников воды прибегают к технико-экономическому сравнению возможных вариантов.
- Для забора воды из природного источника и частичной очистке ее сооружаются водозаборные сооружения (ВЗС).
- Выбор источника должен производиться согласно ГОСТ 17.1.1.04-80.
Характеристика подземных вод
Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.
Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.
Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.
В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.
Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.
При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.
Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.
Классификация систем водоснабжения
Системы водоснабжения классифицируются по следующим признакам:
— по виду водоисточника – с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные;
— по способу подъема воды – нагнетательный, в которых вода к потребителям подается насосами; самотечные (гравитационные); комбинированные;
— по назначению – технологические, хозяйственно-питьевые, противопожарные, объединенные;
— по видам обслуживаемых объектов – городские, промышленные, сельские;
— по территориальному охвату водопотребителей – местные (локальные), предусматривающие водоснабжение отдельных объектов (предприятия, фермы, группы зданий), централизованные, обепечивающие водой всех потребителей, расположенных в данном городе, поселке;
— по характеру использования воды – прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию, прямоточные с повторным использованием воды, оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте;
— по надежности – одной из 3 х категорий в зависимости от вида промышленного предприятия и требований бесперебойности подачи воды.
Система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, т. е. Обеспечивать снабжение потребителей водой без снижения установленных показателей своей работы в отношении количества и качества подаваемой воды (перерывы в подаче воды, снижение подачи воды, ухудшение её качества в недопустимых пределах).
После определения необходимого объема водопотребления объекта и сбора сведений о возможных для использования природных источниках, выбирается конкретный источник водоснабжения и намечается схема системы водоснабжения.
Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение:
- Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки её.
- Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам её очистки, хранения или потребления.
- Сооружения для очистки и улучшения качества природной воды – станции ХВО.
- Водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды потребителям.
- Регулирующие и запасные ёмкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды.
- В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех системах производственного водоснабжения существуют сооружения для очистки сточных вод.
Система водоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, взаимосвязанных в работе. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась их четкая работа в общей цепи, а потребитель в результате получал нужное количество воды заданного качества под необходимым напором.
С этой целью для каждого из сооружений строго установлены расчетные расходы:
Максимальный суточный расход, на который рассчитываются водозаборные сооружения, очистная станция, резервуар и насосные станции первого и второго подъема.
Средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления, необходимый для установления расчетной (средней) часовой производительности водозаборных сооружений, очистной станции и расчета водоводов первого подъема.
Максимальный часовой и соответствующий ему секундный расход воды, на которые рассчитывается водопроводная сеть и производительность насосной станции при подаче пожарного или максимального хозяйственного расхода без напорно-регулирующих сооружений.
Схемы систем производственного водоснабжения
Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.
Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.
Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.
По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства СПВ.
Существуют 3 основные схемы системы водоснабжения: прямоточная схема, прямоточная с повторным использованием воды и оборотная. Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.
Ту или иную схему СПВ реализуют в зависимости:
1. от мощности источника и его характеристики (поверхностные или подземные воды, качества воды в нем и т.д.);
2. удаленности источника воды от промплощадки;
3. требований, предъявляемым предприятием к качеству воды;
4. характера загрязнения воды после ее использования;
5. климатических условий местности.
Прямоточная схема системы водоснабжения
При работе прямоточной системы (рисунок 1.1) из источника водоснабжения забирается все необходимое потребителям количество воды. Поэтому, производительность водозаборных устройств, очистных сооружений и насосов первого подъема приходится выбирать из условий покрытия полной потребности предприятия в воде за сутки максимального водопотребления. Это увеличивает размеры и мощности этих элементов, а, следовательно, удорожает их. Возрастает и потребление электроэнергии. Кроме того, требуется выбрать источник с достаточным дебитом воды. Недостатком прямоточной системы является и то, что отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы, дебит которых должен позволять поглотить эти сбросы без нарушения экологического равновесия.
Прямоточная схема применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, т.к. повторное использование воды этими потребителями исключается! Данная схема водоснабжения реализуется в пищевой и фармацевтической промышленностях как технологические.
 |  |
| Рисунок 1.1 – Прямоточная схема системы производственного водоснабжения | Рисунок 1.2 – Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды |
Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды
Если среди потребителей технической воды имеется потребитель с большим расходом, сбросная вода от которого по количеству и всем параметрам может удовлетворять остальных потребителей, то в этих случаях применяют систему повторного использования воды (рисунок 1.2). Эта система работает по прямоточному режиму, но из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю с большим расходом, а остальные используют его сбросную воду.
Данная система позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить производительность и удешевить всю систему водоснабжения.
Оборотная схема системы производственного водоснабжения
Оборотные системы открывают большие возможности в удешевлении системы водоснабжения, сокращении потребления свежей воды и сбросов загрязненных стоков.
Для создания оборотной СПВ используется то обстоятельство, что 70…85% технической воды в технологических аппаратах только нагреваются и после охлаждения могут использоваться повторно. В данных системах можно использовать и ту часть технической воды, которая загрязняется сравнительно легко удаляемыми примесями. После очистки вода (около 15%) повторно используется.
В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НСII подают воду через водопроводную сеть потребителям. Нагревшаяся и загрязнившаяся у потребителей вода по системе трубопроводов направляется на станцию очистки загрязненных вод (ОЗВ). Прошедшая очистку, но еще теплая вода собирается в резервуаре (РОВ), а из него насосами станции оборотной воды (НОВ) подается на охлаждающие устройства (Гр). Охлажденная в нем вода опять подается потребителям насосами НСII.
 |
| Рисунок 1.3 – Оборотная схема системы производственного водоснабжения |
При работе оборотной системы часть воды теряется: с уносом, испарением и продувкой из охлаждающих устройств; с утечками через неплотности и за счет сброса в канализацию воды загрязняющейся у потребителя примесями, не разрешающими ее повторное использование. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество воды и насосами НС I направляется на станцию ХВО. Очищенная вода сливается в бассейн охлаждающих устройств. Для поддержания солевого баланса из бассейна ведется непрерывная продувка части воды в канализацию.
Оборотные системы сооружаются как по техническим условиям, экологическим требованиям и экономическим соображениям.
По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения.
Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Наиболее ценны с экологической точки зрения оборотные системы без сброса продувки – бессточные системы. В бессточных (замкнутых) системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях.
Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.
Автор:
ктн доцент ПТЭ Арсенов Владимир Георгиевич
