Локальные системы водоснабжения

Под локальными (местными) системами водоснабжения понимают такие, которые обслуживают:

• отдельные здания или группы зданий (микрорайоны населенных пунктов) жило­го и коммунального назначения;

• небольшие отдельно расположенные промышленные предприятия, водопойные пункты животноводческих ферм и комплексов, полевые станции сельхозкооперативов;

• постоянно действующие станции и пункты сети наблюдения за гидрометрией и климатом, изыскательских партий;

• отдельно расположенные военные гарнизоны.

Основной отличительной способностью локальных систем водоснабжения являет­ся наличие индивидуальных источников водоснабжения или подводящих водоводов (каналов) от групповых и центральных систем водоснабжения крупных населенных пунктов и промпредприятий и ограниченная суточная производительность. Последняя, в за­висимости от количества, вида и режима жизнеобеспечения водопотребителей, может колебаться в пределах от 1 до 1000 м³ сут и более.

Второй отличительной особеннос­тью таких систем является меньшее насыщение оборудованием. Оно преимуществен­но состоит из полу- или полностью автоматизированных блоков забора, очистки и пода­чи воды, характеризуемых совмещением нескольких процессов в одном сооружении или устройстве.

Третьей отличительной особенностью локальных систем водоснабже­ния является резко выраженная неравномерность водопотребления в течение суток в коммунальном секторе, ввиду незначительного количества водопотребителей и специ­фического режима водопотребления. Для таких систем характерно отсутствие разветв­ленной кольцевой водопроводной сети и громоздких сооружений по обработке воды и хранению ее запасов.

Схема локального водоснабжения зависит от характера и расположения на местности объекта водоснабжения (одного или нескольких водопотребителей), вида, мощнос­ти и санитарной защищенности источника водоснабжения, высоты расположения точек водоотбора и технических характеристик водоразборных приборов. Различают системы водоснабжения, обеспечиваемые водой из достаточно мощных, отдельно расположен­ных малодебитных водоисточников и снабжаемые водой из централизованных или групповых водопроводов. По месту размещения основного оборудования (насосных станций, водоочистных устройств) такие системы могут оборудоваться в подвалах или технических этажах обслуживаемых зданий, в центральных тепловых пунктах, заглубленных хорошо вентилируемых и отапливаемых камерах. По характеру обеспечения требуемого напора, расхода и качества воды системы локального водоснабжения разли­чают на системы с одним узлом водоподачи (насос с гидропневмобаком) и комбиниро­ванные системы (с гидропневмобаком и открытым резервуаром, расположенным на тре­буемой высоте по отношению к водопотребителю).

При наличии водоисточника с дебитом, превышающим расчетный расход воды, подаваемой потребителям, система водоснабжения проектируется, как правило, с одной рабочей и одной резервной насосно-регулирующей установкой одного типоразмера. На объектах, где водопотребление превышает производительность типовой установки, предусматривается монтаж и работа нескольких таких установок, работающих на одну сеть. Наличие реле давления в насосных автоматических станциях позволяет устанавливать оптимальный режим их поочередного и совместного включения и отключения, обеспечивая тем самым оптимальный режим водоподачи, максимально приближенный к режиму водопотребления.

При наличии в системе лишь малодебитных водоисточников предпочтение следу­ет отдавать отдельно расположенным запасным регулирующим емкостям, подаче воды группой насосных автоматических станций и водозабора из водоразборных колонок.

Водозабор из центрального водопровода (из городской водопроводной сети или с помощью водовода от системы группового водопровода) должен производиться с уче­том достаточности напоров воды в подводящем трубопроводе и соотношения количест­ва отбираемого к расчетному протекаемому расходу.

Водоочистные установки в системах локального водоснабжения включаются в еди­ную гидравлическую технологическую цепь. При напорном варианте место расположе­ния водоочистных устройств устанавливают после насосной установки первого подъе­ма. При этом следует учитывать, что оптимальные условия работы практически всех во­доочистных сооружений и установок наблюдается при постоянном расходе подаваемой на них воды. Поэтому, напорно-аккумулирующие баки желательно размещать до и по­сле очистного блока.

Схемы локальных систем водоснабжения представлены на рисунке 1.

Водозабор для систем локального водоснабжения осуществляется чаще всего из подземных водоисточников. В этих случаях могут использоваться как артезианские во­ды, так и грунтовые из малодебитных горизонтов или линз с пресной водой. Помимо скважин, весьма распространенными используемыми водозаборными сооружениями являются шахтные колодцы, каптажные родники, горизонтальные водосборы.

Рис. 1. Схемы локальных систем водоснабжения:

а) с автономным водоисточником и отдельно расположенными водопотребителями с разными требуемыми напорами; б) локальная система водоснабжения водопойного пункта животных, 1 — насос; 2 — оголовок скважины; 3 — гидропневматический бак; 4 — водопроводная сеть; 5 — во­доразборная колонка; 6 — понтон; 7 — бак осветленной воды; 8 — водопойное корыто;

9 — водовоздушные баки

При заборе поверхностных вод в качестве водозаборных сооружений используют русловые или простейшие береговые водоприемники. Для временного водоснабжения применяют передвижные насосные станции, монтируемые на берегу реки с опускным колодцем и всасывающим трубопроводом или с защищенным оголовком и самотечной линией монтируемых в русле водотока

Аналогично централизованным и групповым системам водоснабжения количество воды, используемой в локальных системах водоснабжения, расходуется на хозяйствен­но-питьевые нужды населения, поение домашних животных и птиц, технические нуж­ды, на полив приусадебных участков.

Отличительной особенностью режимов водопотребления является повышенная по сравнению с централизованными системами, неравномерность водопотребления по ча­сам суток (обычно коэффициент неравномерности составляет от 3.5 до 4.5), а в сельско­хозяйственных объектах (фермы, тракторные бригады) и сезонностью потребления.

При одно- и двухэтажных жилых помещениях водозабор для нужд населения осуществляется либо из колонок, либо через вводы в дома. При использовании воды из во­доразборных колонок на фактическое водопотребление существенное влияние оказыва­ет радиус водопользования. Удельный расход воды одним жителем в сутки в таких слу­чаях колеблется обычно от 15 до 35 л чел^-1 в сутки. В зданиях, оборудованных внутрен­ним водопроводом, канализацией и ваннами на одного жителя приходится от 125 до 150 л чел^-1 в сутки. Нормы водопотребления в животноводческих секторах в сети в точ­ках водоразбора зависят от технических характеристик сантехнических приборов и вы­соты их расположения над поверхностью земли.

Требуемый напор в высотных зданиях локальных систем обеспечивается специаль­ными повысительными насосно-пневматическими установками.

Тушение пожара в локальных объектах водоснабжения обеспечивается, как прави­ло, из открытых водоемов или специально устраиваемых подземных резервуаров с по­мощью передвижных пожарных машин и оборудования.

Основным элементом системы локального водоснабжения является насосная уста­новка, обычно совмещенная с напорно-регулирующим баком чистой воды. К таким ус­тановкам предъявляются требования:

• их серийное производство, обеспечивающее возможность поставки в комплекте со средствами автоматического управления и напорно-регулирующим баком;

• возможность размещения насосной установки без использования специальных зданий (в шахтах колодцев, вспомогательных помещениях, трубах большого диаметра);

• простота конструкции, комплектность, высокая ремонтоспособиость;

• простота и надежность эксплуатации без постоянного присутствия персонала за счет высокой автоматизации процессами управления.

Тип и характеристики автоматических насосных станций зависят от особенностей режима водопотребления объекта водоснабжения, размещения на местности основных водопотребителей и требуемых напоров в сети. Учитывая большую неравномерность во­допотребления по часам суток и даже в течение часа, предпочтение при выборе насос­ной установки отдается насосам с регулирующим приводом. Однако, при выборе такого решения необходимо производить технико-экономическое обоснование. Суть такого обоснования состоит в сравнении капитальных и эксплуатационных затрат на приобре­тение большего числа мощных насосов с высоким коэффициентом полезного действия и меньшими объемами бака для регулирования неравномерности водопотребления и деся­ти минутного запаса для тушения пожара, или с меньшим числом насосов, но большим запасом регулирующего объема воды в водонапорных баках. Предпочтение в системах местного водоснабжения отдают насосным установкам с периодическим действием од­ного или нескольких насосов с разными напорно-расходными характеристиками.

Принципиальные схемы автоматических насосных установок, смонтированных с гидропневматическим и открытым водонапорным баком, установленным на высоких отметках местности, представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальные схемы автоматических насосных установок:

а) с гидропневматическим водонапорным баком; б) с открытым водонапорным баком; 1 — насос; 2 — гидропиевматический бак; 3 — реле давления; 4 — шкаф управления; 5 — подающий трубопро­вод; 6 — открытый бак; 7 — поплавковый клапан; 8 — поплавковые реле уровня

Такие установки состоят из следующих основных элементов:

• насос с электродвигателем;

• напорно-регулирующий бак;

• запорно-регулирующая н электронная(механическая) управляющая арматура.

Регулирование производительности таких установок достигается периодическим попеременным включением и выключением автоматически действующих элементов системы в зависимости от изменяющихся режимов водопотребления. Частота включения насоса зависит от регулирующего объема бака, рассчитанного на определенный режим водопотребления. Число включений установки при определенном режиме неравномер­ного водопотребления определяется по формуле:

Регулирующая емкость, а следовательно и полный объем напорно-регулирующего ба­ка существенно сокращается при включении в состав насосной станции группы насосов, уп­равляемых отдельными реле давления или датчиками уровня. В таких системах насосы включаются и выключаются из работы поочередно в зависимости от изменения расходов во­ды потребителями и связанных с ними изменениями давлений и уровней воды в баке. В Рос­сии разработан ряд унифицированных автоматических насосных установок с погружными, лопастными и водоструйными насосами, основные технические характеристики которых приведены в таблице 1.

В ряде стран разработан широкий спектр автоматических насосных станций с ак­кумулирующими водяными и водовоздушными баками для коттеджей и отдельно распо­ложенных объектов коммунального и технического водоснабжения. К наиболее извест­ным относятся гидропневматические мембранные резервуары, смонтированные с насо­сами конструкций фирм VAREM, CWG и Grundfos.

Таблица 1

Экономически оправданными в системах локального водоснабжения, использую­щих воду из открытых поверхностных или подземных водоисточников, являются компактные установки заводского изготовления, оборудованные и отличающиеся более простой системой управления. Для объектов сезонного водопользования предпочтение отдают передвижным контейнерным водоочистным установкам с автономной системой энергопитания или подключением их к внешней линии электропередач. Примеры сис­тем водоснабжения с компактными водоочистными сооружениями и установками для очистки природных вод приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Схемы локального водоснабжения с компактными водоочистными установками:

а) с применением установки «Струя»; б) с гидроавтоматическими фильтровальными блоками с плавающей полимерной загрузкой; в) с фильтрующим оголовком и размещением двухярусного фильтра в стволе водонапорной башни; г) с размещением плавучего отстойника в русле реки; 1 — водозаборные устройства; 2 — фильтроблок; 3 — резервуар чистой воды; 4 — установка для обеззараживания воды; 5 — насосы; 6 -зернистые фильтры для глубокой очистки воды; 7 — пла­вучий тонкослойный отстойник; 8 — акустический фильтр; 9 — смеситель; 10 — реагеитное хозяй­ство

Установки «Струя» оборудованы простым реагентным хозяйством для растворения и дозирования растворов коагулянта, блоками тонкослойного отстаивания и фильтрова­ния через кварцевую загрузку и водонапорным баком для хранения промывной воды. Последний одновременно выполняет функции обеспечения требуемого напора в разводящей сети, а иногда и хранения 10-ти минутного запаса воды для тушения пожара. Компактные установки аналогичного назначения изготавливают цилиндрической и ре­же шаровидной формы из сборных элементов, в Финляндии, Польше, Германии — в контейнерном исполнении, в США и Японии — с применением намывных фильтров.

Применение реагентов даже для установок небольшой производительности вызывает удорожание системы на их доставке и усложняет эксплуатацию водоочистного бло­ка. Поэтому, в тех случаях, когда требуемое качество воды может быть достигнуто безреагентными методами, стремятся обеспечить предочистку воды в русле реки, и последующую доочистку фильтрованием в направлении убывающей крупности гранул загрузки — в утепленных блоках, стволах водонапорной башни или небольшом по размерам полузаглубленном наземном павильоне (рисунок 3 в).

Весьма перспективными и экономичными установками водоочистки заводского из­готовления являются комбинированные блоки, реализующие процессы осаждения, удаления плотных частиц взвеси в центробежном поле и фильтрования. В фильтровальных блоках используются вспененные полимерные легкие гранульные и волокнистые за­грузки: пенополистирол, стеклопор, пенополиуретан, капроновые нити и др.

В системах водоснабжения, использующих некондиционную воду подземных водо­источников, наибольшее распространение получили установки для обезжелезивания во­ды методом упрощенной аэрации или вакуумной эжекции воздуха с последующим фильтрованием. При наличии в подземных водах железа в трудноокисляемой форме и марганца используют на первой стадии окисления железа озонаторные, установки для получения ультразвука и ультрафиолета.

При благоприятных гидрогеологических условиях отбора воды из галечниковых пород, рациональным может оказаться метод обезжелезивания в водоносном пласте (ти­па «Веридокс»).

Удаление из воды фтора, катионов жесткости, растворенных газов, обессоливания требует применения более дорогостоящих технологий. Примеры некоторых из сооруже­ний и установок, реализующих такие технологии, приведены на рисунке 4.

Рис. 4. Технологические схемы очистки воды:

а) обесфторивания; б) реагентного умягчения; в) обессоливания; 1 — подача исходной воды; 2 — бак для приготовления модифицированного бентонита; 3 — ком­прессор; 4 — блок отстоенной воды; 5 — насос; 6 — резервуар очищенной воды; 7 — ультразвуко­вая установка; 8 — расходные баки реагентов; 9 — установка «Струя»; 10 — резервуар исходной воды; 11 — блок реагентов; 12 — блок обеззараживания; 13 — блок фильтрования; 14 — блок оп­реснения; 15 — водонапорная башня

При временном (сезонном) водоснабжении (геологические разведывательные пар­тии, полевое и пастбищное водоснабжение, лагеря и базы летнего отдыха) из водоисточ­ников с повышенной минерализацией воды или наличием в них ингредиентов антропо­генного происхождения используют фотоэлектрические опреснители, ветровые водоис­точники или более сложные передвижные установки контейнерного типа с набором не­обходимых аппаратов для физико-химического воздействия на обрабатываемую воду и последующего извлечения из нее загрязняющих компонентов.

Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М.

«Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений»