Условия сброса сточных вод в водоем

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

«ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ»

 

Учебное пособие

 

РОСТОВ-НА-ДОНУ

Лысов В.А., Михайлов В.А., Долженко Л.А., Щуцкая Е.Е. Введение в специальность «Водоснабжение и водоотведение»: Под общей редакцией проф. В.А. Лысова. Учебное пособие/ -Ростов-на-Дону - Рост. гос. строит. ун-т, 2007 - 84 с.

 

Рецензент - директор института РОСТИПРОГРАЖДАНПРОМ,

канд. техн. наук Климухин В.Д.

 

 

В учебном пособии рассмотрены вопросы возникновения и развития систем водоснабжения и водоотведения. Даны определения основным терминам и понятиям в области водоснабжения и водоотведения. Рассмотрен состав сооружений и основные технологические процессы при транспортировании, очистке, обеззараживании природных и сточных вод и их осадков.

Предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 290800 – "Водоснабжение и водоотведение".

 

 

Составители

проф., канд. техн. наук В.А.Лысов доц., канд. техн. наук В.А.Михайлов доц., канд. техн. наук Л.А. Долженко доц., канд. техн. наук Е.Е.Шуцкая

 

Редактор Н.Е.Гладких

Темплан 2007 г., поз.

 

 

Подписано в печать 21.03.07.	Формат 60х84/16.	Бумага писчая. Ризограф. Уч.изд.л. 7,1
	Тираж 100 экз.	Заказ

 

Редакционно-издательский центр Ростовского

государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

 

 

© Ростовский государственный

строительный университет,2007

 

СОДЕРЖАНИЕ   Кафедра водоснабжения и водоотведения Ростовского государственного строительного университета   Введение 1. Вода и ее свойства 2. Водные ресурсы Земли 3. История развития систем водоснабжения 3.1. История развития технологии очистки воды 3.2. Системы домового водоснабжения (внутренний водопровод) 3.3. История развития водоснабжения г. Ростова – на – Дону 4. Основные элементы систем водоснабжения 5. Системы и схемы водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий 6. Расчетные расходы и требуемые напоры 7. Источники водоснабжения. Качество природной воды 8. Водозаборные сооружения 8.1. Водозаборные сооружения из поверхностных источников 8.2. Водозаборные сооружения из подземных источников 9. Водопроводные насосные станции 10. Очистка питьевой воды 10.1. Требования, предъявляемые к питьевой воде 10.2. Водопроводные очистные сооружения 11. Запасные и регулирующие емкости систем водоснабжения 12. Системы подачи и распределения воды 13. Санитарно-техническое оборудование зданий (внутренний водопровод) 14. Водоснабжение промышленных предприятий 15. История развития систем водоотведения 15.1. История развития водоотведения в России 15.2. История развития водоотведения в Ростове-на-Дону 16. Водоотведение 16.1. Основные элементы системы водоотведения 16.2. Виды сточных вод 16.3. Системы водоотведения городов 16.4. Системы водоотведения промышленных предприятий 17. Основы проектирование водоотводящих сетей 17.1. Определение расходов сточных вод 17.2. Глубина заложения трубопроводов 17.3. Трубопроводы и сооружения на сети 17.4. Скорости и наполнение 18. Очистка сточных вод 18.1. Состав и свойства сточных вод 18.2. Условия сброса сточных вод в водоем 18.3. Методы очистки сточных вод 19. Обработка и утилизация осадков сточных вод 20. Очистка городских сточных вод 21. Очистка дождевых сточных вод 22. Очистка производственных сточных вод   Список рекомендуемой литературы

 

 

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Ростовского государственного строительного университета

 

Кафедра «Водоснабжения и канализации» была образована в 1959 году. Организатором кафедры и ее первым заведующим с 1959 по 1964 год был доцент Ребров Георгий Филиппович, имевший большой опыт инженерной и руководящей работы. С 1964 по 1970 годы кафедрой заведовал доцент, кандидат технических наук Кулжинский Владимир Иванович. С 1970 по 1983 год заведующим кафедрой был доцент, кандидат технических наук Михайлов Владимир Александрович. В 1983 году заведующим кафедрой был избран её выпускник, профессор, кандидат технических наук Лысов Владимир Афанасьевич, являющийся заведующим и в настоящее время.

В настоящее время преподавательский состав кафедры – 19 человек, из них 2 профессора, доктор технических наук, 11 доцентов, 2 действительных члена и 4 члена-корреспондента отраслевых академий наук. Подготовка специалистов по направлению «Водоснабжение и водоотведение» ведется на следующих уровнях – бакалавриат, инженерная подготовка, магистратура, аспирантура, докторантура.

Кафедра осуществляет обучение по 42 дисциплинам, основными из них являются: водоснабжение, водоотведение, гидравлика; гидрология; химия воды; насосы и насосные станции; проектирование, наладка и эксплуатация систем водоснабжения и водоотведения городов и промышленных предприятий; санитарно – техническое оборудование зданий и сооружений; рациональное использование водных ресурсов. Для студентов имеется обширный библиотечный фонд, для которого дополнительно преподавателями кафедры издано 15 учебных пособий, 5 монографий и более 80 методических указаний. В учебном процессе преподавателями широко используются компьютерные технологии.

Для проведения лекционных занятий используется аудиторный фонд университета. Практические навыки студенты могут получить в специально оборудованных лабораториях «Гидравлики, насосов и очистки воды», «Контроля качества воды». Общая площадь учебно-лабораторной базы составляет более 140м². Большое значение придаётся организации самостоятельной работы студентов. С 1980г. на базе «Водоканала» г. Ростова-на-Дону организован и функционирует филиал кафедры, в котором, помимо организации учебного процесса на производстве, выполняется значительный объём теоретических и практических научных разработок. Кафедра обеспечена достаточной производственной базой для прохождения практик. Основными производственными объектами являются: МУП ПО «Водоканал»; ОАО «Институт «Ростовский водоканалпроект»; ФГУП «Гипрокоммунводоканалпроект»; очистные сооружения КЭЧ-2, Водоканалы городов Азова, Усть – Лабинска и Сочи. О качестве обучения свидетельствуют призовые места, завоеванные студентами на Всероссийском конкурсе по специальности «Водоснабжение и водоотведения» и в конкурсах на лучший дипломный проект (первые места в 2000, 2002 и в 2003 годах).

Студенты активно привлекаются к научно- исследовательской работе в направлении разработки оптимальных условий и конструкций для очистки природных и сточных вод. В процессе выполнения НИР сотрудниками, преподавателями и студентами кафедры разработаны рациональные технологии и конструкции, которые успешно внедрены на городских водопроводных и канализационных сооружениях г. Ростова-на-Дону, Баку, Армавира, Анапы, Сочи, Туапсе, Невинномысска, Майкопа, Белореченска, Тимашевска, Усть-Лабинска, Приморско-Ахтарска и др. городов, на крупных промышленных системах водоснабжения и водоотведения Невинномысского и Руставского ПО «Азот», Краснодарских химзаводов в г. Краснодаре и г. Белореченске, завода кузнечно-прессовых автоматов в г. Азове, заводе им. Димитрова в г. Таганроге и на ряде других объектов. Сотрудниками кафедры получено более 60 патентов и приоритетов на выдачу патентов, сделаны доклады на конференциях, симпозиумах и семинарах, напечатано более 600 статей в журналах и сборниках. Студенты кафедры активно участвуют в международных студенческих конференциях, российских и региональных конкурсах научных работ и дипломных проектов.

Кафедра ВВ РГСУ поддерживает тесную связь с соответствующими кафедрами Московского, Санкт-Петербургского, Казанского, Воронежского, Волгоградского строительных университетов и Южно-Российского технического университета (г. Новочеркасск).

Преподаватели кафедры имеют тесные связи со своими коллегами за рубежом. В порядке оказания учебно-методической помощи зарубежным странам кафедра участвовала в разработке учебного плана для специальности «Водоснабжение и канализация» Политехнического института Алжирской народно-демократической республики. Профессором кафедры Серпокрыловым Н.С. ведётся плодотворное сотрудничество с зарубежными учёными Канады, ФРГ, Бразилии, Колумбии, Мексики, Мавритании, Украины. Представители кафедры участвовали в международных конференциях и симпозиумах в г. Филадельфии (США), Масатлан, Мехико, Гвадалахара, Риоверде (Мексика). Аспиранты из Мексики, Бурунди, Мавритании, Сирии защитили диссертации и стали высококвалифицированными специалистами. Ежегодно магистры кафедры проходят обучение или стажировки в Высшей специальной школы г. Зюдебурга и г. Хильдесхайма (Германия).

Кафедра активно участвует в общественной жизни университета, а также в ежегодной спартакиаде «Бодрость и здоровье» между преподавателями, студентами и аспирантами институтов университета.

Введение

 

Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов организовывались в непосредственной близости от водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. Использование воды почти всегда сопровождается ее загрязнением, а неизбежный возврат этой воды в источники приводит, в свою очередь, к загрязнению природных вод.

Давление антропогенного фактора (деятельности человека) на природу, в частности на водные ресурсы, увеличивается с каждым годом. На планете практически не осталось водоемов, где протекают естественные природные процессы без влияния человека.

Значение воды настолько многогранно, уникально, что привести все или большинство случаев её применения практически невозможно. Однако современное развитие промышленности и рост городов в последнее время сдерживается в связи с недостатком природных вод или невозможностью их использования для целей водоснабжения. Определяется это двумя главными обстоятельствами. Во - первых, крайне неравномерным распределением водных ресурсов по территории. Например, в экономически менее развитых и слабо обжитых северных и восточных районах СНГ сосредоточено 86% всех поверхностных водоисточников, в то время как на наиболее густозаселенные западные и южные районы приходится лишь 14% водных ресурсов. В Европейской части СНГ, где живет 70% населения, поверхностные водные ресурсы составляют всего 22%. 25% территории находятся в области недостаточного увлажнения. Во - вторых, поверхностные водоемы, вследствие сброса в них на протяжении многих лет недостаточно очищенных и неочищенных сточных вод, а также проведения молевого сплава леса по ряду рек сильно загрязнены и засорены, и качество воды зачастую не отвечает предъявляемым требованиям. За последние 50 лет количество сточных вод, сбрасываемых в реки и водоемы СНГ, возросло ориентировочно в 30 раз при значительном повышении вредности и концентрации загрязнений. Зачастую загрязняются и выводятся из строя наиболее ценные подземные воды. Решающим фактором, влияющим на санитарное состояние водоемов, являются в первую очередь промышленные сточные воды, удельный вес которых в общем загрязнении водоемов достигает в отдельных районах 70-80% и более (Север Европейской части России, Донбасс, Уральский и Южно-Уральский регионы).

Наиболее ощутимый вред водоемам при сбросе сточных вод наносят сами предприятия – крупные водопользователи: химической, нефтеперерабатывающей, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности; черной и цветной металлургии; сельского хозяйства; коммунальные системы городов и поселков (особенно при наличии в них большего количества поверхностно-активных веществ - ПАВ). Не меньше загрязнений поступает в водоемы неорганизованным путем с дождевыми, талыми водами, водами используемыми для орошения с территорий, расположенных по берегам водоемов.

В последнее время в развитых промышленных странах всего мира принимается ряд решительных мер по защите бассейнов различных рек и морей от загрязнений, включая поиск новых менее водоемких технологий, расширения объемов систем оборотного водоснабжения и использование очищенных сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур.

В водоснабжении и водоотведении населенных пунктов и промышленных предприятий контроль качества воды имеет не менее важное значение, чем установление и обеспечение требуемых расходов и давлений в водоразборных сетях и водоотводящих коллекторах. От доброкачественности воды во многом зависит здоровье людей, санитарное благополучие водных объектов и возможность выпуска продукции, отвечающей техническим условиям на ее изготовление. Использование полученных знаний будущими специалистами в области водоснабжения и водоотведения позволит им активно способствовать решению одной из сложнейших задач современности — защите национальных водных ресурсов от истощения и деградации.

 

2. Вода и ее свойства

 

Вода — главное и наиболее распространенное химическое соединение на нашей планете — обязательный компонент всех живых организмов (составляющий до 90% их массы), главный компонент среды их пребывания, а также большинства продуктов питания.

Вода — регулятор климатических условий на Земле, стабилизирующий температуру на ее поверхности, и участник практически всех технологических процессов промышленного и сельскохозяйственного производства.

Вода — очень устойчивое соединение. Молекула воды сильно поляризована, имея три полюса зарядов: отрицательный, обусловленный избытком электронной плотности, и два положительных, обусловленных ее недостатком.

Вода — единственное химическое соединение, которое в природе может находиться в жидком, твердом и газообразном состояниях одновременно.

Чистая вода — прозрачная, бесцветная жидкость без запаха и вкуса.

Основные физические свойства воды, законы равновесия и движения природной и сточной воды изучает специальная наука - гидравлика. Гидравлика является прикладной наукой, необходимой для выполнения инженерных расчетов при проектировании водопроводных и водоотводящих сетей, а также сооружений систем водоснабжения и водоотведения.

Вода в отличие от твердого тела характеризуется малыми силами межмолекулярного сцепления и поэтому легкоподвижны и могут двигаться как в поступательном, так и вращательном направлении. Вода обладает очень важным свойством – текучестью, может менять форму и перемещаться. Давление воды на дно и стенки различных резервуаров систем водоснабжения и водоотведения изучают в разделе гидравлики – гидростатика.

При движении воды происходит перемешивание отдельных частиц во всех направлениях с образованием касательных сил трения, на это тратится часть энергии движущегося потока. Законы движения воды рассматривает другой раздел гидравлики – гидродинамика. Основные параметры процесса движения воды – скорость и давление изменяются в потоке в пространстве и во времени. Потери энергии потока (давления) вызываются сопротивлениями двух видов:

- сопротивлениями по длине, обусловленными силами трения и зависящими от режимов движения жидкости и видом поверхности соприкосновения с ней;

- местными сопротивлениями, обусловленными изменением скорости потока по величине и направлению. Это происходит при изливе потока из трубы в резервуар, при истечении из различных отверстий, возникновении препятствий на пути движения жидкости – поворотов, новых присоединений труб.

Гидродинамика вводит понятие – напорный и безнапорный поток. Напорным называют поток жидкости, соприкасающийся по всему периметру с твердыми стенками. Примером напорного потока служит движение воды в водопроводных трубах. Безнапорным называют поток со свободной поверхностью. Примером безнапорного потока служит движение воды в реках, каналах и водоотводящих трубах. Такое движение называют самотечным.

Свойство воды оказывать сопротивление относительному движению частиц называют вязкостью. Вязкость воды при повышении давления снижается аномально быстро в области малых температур (что не характерно для других веществ); это играет большую роль в гидродинамике процессов в водных потоках и седиментации взвешенных веществ воды. Все аномальные явления обусловлены особенностями строения молекул воды и их способностью образовывать молекулярные агрегаты и ассоциированные молекулы.

Многие физические свойства воды имеют аномальный характер. Основными причинами аномальных свойств воды считаются полярность ее молекул и образование объемной системы водородносвязанных структур. Они делают воду весьма реакционным соединением с уникально хорошей растворяющей способностью по отношению к полярным и ионогенным веществам, при этом в воде растворяются все природные соединения.

Коэффициент объемного расширения имеет отрицательные значения при температурах ниже 3,98°С, теплоемкость при плавлении возрастает почти вдвое, а в интервале 0-100°С почти не зависит от температуры - имеет минимум при 35°С. Все вещества (кроме висмута) по мере повышения температуры увеличивают свой объем и уменьшают плотность. На интервале от +4°С и выше вода увеличивает свой объем и уменьшает плотность, как и другие вещества, но начиная с +4°С и ниже, вплоть до точки замерзания воды, плотность ее вновь начинает падать, а объем расширяться, и в момент замерзания происходит скачок, объем воды расширяется на 1/11 от объема жидкой воды. Исключительное значение такой аномалии всем достаточно понятно. Если бы этой аномалии не было, лед не смог бы плавать, водоемы промерзали бы зимой до дна, что было бы катастрофой для всего живущего в воде. Впрочем, это свойство воды не всегда приятно для человека - замерзание воды в водопроводных трубах приводит к их разрыву.

Масса 1 мл очищенной речной воды принята за единицу массы и называется граммом. Температура замерзания при 760 мм рт.ст. - 0°С; температура кипения - 100°С.

Другие необычные свойства воды — аномально высокие температуры кипения - 100°С и плавления - 0°С. Температурный коэффициент расширения воды на интервале от 0 до 45°С увеличивается с ростом давления, а у других тел обычно наоборот. Вследствие высокой теплоемкости вода стабилизирует температуру поверхности Земли.

Аномальны для воды также теплопроводность, зависимость диэлектрической проницаемости от давления, коэффициент самодиффузии и многие другие свойства. Необходимо подчеркнуть, что внутреннее строение жидкостей вообще, а воды в особенности, значительно сложнее, чем у твердых тел и газов. Природа воды чрезвычайно сложней пока еще далеко не разгадана.

Ф.А. Летниковым и Т.В. Кащевой была открыта у воды «память», или, «закалка». Уже давно замечено изменение ряда свойств воды при воздействии на нее магнитного поля. Чем сильнее последнее, тем большие изменения происходят с водой. Так, при изменениях напряженности достаточно сильного магнитного поля концентрация водородных ионов (Н⁺) увеличивается в два раза, а поверхностное натяжение воды - в три раза.

Свойства воды меняются также под воздействием электрического поля. При этом интенсивность света в воде ослабевает, это связано с поглощением его лучей и, примерно на 15% изменяется скорость испарения воды.

Особые свойства имеет, так называемая, серебряная вода. С глубокой древности известна серебряная вода, еще 2,5 тыс. лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряных сосудах. В Индии обезвреживали воду, погружая в нее раскаленное серебро. Действительно, опыт тысячелетий показал, что вода, в течение некоторого времени находившаяся в серебряном сосуде, перелитая затем в бутыль и хранившаяся в течение года, не портилась.

Не менее любопытно влияние на живой организм талой воды. Ее активное биологическое воздействие впервые было обнаружено в Арктике, когда при таянии льда было замечено интенсивное развитие планктона. Вода тающего льда (и конечно снега) увеличивает в 1,5-2 раза урожайность сельскохозяйственных культур, прирост молодняка, оказывает омолаживающее действие на организм как животных, так и человека. В талой воде сохраняются очаги ледяных структур. Это своего рода «память» воды, о которой уже было рассказано выше. Дело в том, что ледяная структура воды более рыхлая и в пустоты ледяной решетки идеально укладываются биомолекулы без их повреждения, с сохранением потенциальных жизненных функций.

Из химических свойств воды особенно важны способность её молекул диссоциировать (распадаться) на ионы и способность воды растворять вещества разной химической природы. Роль воды как главного и универсального растворителя определяется, прежде всего, полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ.

 

2. Водные ресурсы Земли

 

Гидросфера – это совокупность всех вод Земли, включая глубинные, почвенные, поверхностные, океанические, атмосферные. Гидросфера является составной частью биосферы.

Вода занимает 70% поверхности земного шара. Примерныйобъем водных ресурсов Земли 1800млн. км³. В сферу деятельности человека включены все компоненты гидросферы, но далеко не в равных долях. Распределение запасов воды в гидросфере: пресноводные озера 0,009%, соленые озера и внутренние моря 0,008%, русла рек 0,0001%, подземные 0,625%, ледники 2,15%, атмосфера 0,001, мировой океан 97,2%.

Более 98% всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, малопригодной для хозяйственной деятельности.

На долю пресных вод планеты приходится около 28 млн. км³, из них основная часть сосредоточена в вековых естественных запасах. Допустимые для хозяйственного использования пресные воды гидросферы составляют около 4,2млн. км³ или 0,3% объема гидросферы. Причем распространены эти ресурсы неравномерно: большая часть их находится в малоосвоенных районах, что создает дефицит пресных вод в исторически развитых районах.

Вода находится в постоянном движении, и ее количество меняется во времени и пространстве. Водные ресурсы характеризуются вековыми запасами и возобновляемыми ресурсами. Вековые запасы представляют собой пресные воды суши единовременно находящиеся в озерах, реках, ледниках, а также в водоносных слоях горных пород. Возобновляемые водные ресурсы - это те воды, которые ежегодно возобновляются в процессе круговорота воды на Земле. Скорость водообмена, т.е. возобновления воды в ходе круговорота различна для разных объектов: мировой океан -2500 лет, подземные воды - 1400 лет, почвенная вода - 1 год, полярные ледники - 9700 лет, подземные воды вечной мерзлоты - 10000лет, воды озер - 17 лет, воды в руслах рек - 16 дней, влага в атмосфере - 8 дней, вода в организме - несколько часов.

Круговорот воды на Земле, называемый также гидрологическим циклом, включает в себя:

- выпадение атмосферных осадков;

-появление поверхностного стока;

- инфильтрация в грунты и подземные воды;

-испарение;

- перенос водяного пара в атмосфере;

- конденсация пара;

- повторное выпадение осадков.

Изучением поверхностных и подземных вод занимается наука гидрология. Годовой сток рек и подземных вод составляет около 41000 км³, или 8% общего объема, совершающего круговорот на Земле. Этот объем составляет 36,4% от размера выпадающих осадков на поверхности суши.

По условиям залегания различают два основных типа подземных вод – безнапорные и напорные. Горизонты безнапорных вод не имеют сплошного непроницаемого покрытия. В таких горизонтах устанавливается свободный уровень воды, глубина которого соответствует поверхности водоносных пород. Воды первого от поверхности сплошного водоносного горизонта называются грунтовыми.

Напорные воды заключены между водонепроницаемыми слоями. Подземные слои породы часто залегают наклонно, что заставляет грунтовые воды медленно протекать подобно огромным рекам. Слои пористого материала, по которым они движутся, называются водоносными горизонтами. Напорные воды зачастую называют артезианскими, независимо от того, изливаются эти воды на поверхность или нет.

Вода, попадающая на землю в виде осадков, имеет два пути: профильтровываться через слой почвы в подземные воды, либо стекать по поверхности почвы в поверхностные водоемы (поверхностный сток). Под действием силы тяжести грунтовые воды могут двигаться по водоносному слою до тех пор, пока не выйдут на поверхность, образуя естественные родники. Все пруды, озера, ручьи, реки и другие водоемы под открытым небом называются поверхностными. Гидрометрическая служба занимается измерением уровней, скоростей, глубин и расходов воды (дебита) в межень, половодье, паводок. Например, река Дон имеет дебит в межень -300-400м³/с, в паводок-до 1500-2000м³/с.

Чтобы обеспечить более стабильное водоснабжение, строят плотины, создавая водохранилища, где вода удерживается в периоды повышенного стока и откуда она может быть спущена, когда её не хватает. Водохранилища аккумулируют сток половодий и паводков, при их помощи речной расход воды становится более равномерным как в течение года, так и от года к году. Полезный объём водохранилищ в СНГ составляет примерно 550км³, что позволяет регулировать около 10% речного стока. На Дону построены Цимлянское водохранилище и ГЭС. Положительные стороны создания водохранилищ: дешевая электроэнергия, большая масса воды, возможность обеспечения необходимых глубин и судоходства во все периоды. Отрицательные стороны: отбираются огромные площади пахотных земель и леса, меняется зачастую непредсказуемо климат, создание больших застойных зон с плохим качеством воды, зарастающей водной растительностью, плохое влияние на рыбное хозяйство.

Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 куб. км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20 % ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшаются, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30-35 тыс. куб. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 куб. км очищенной сточной воды «портит» 10 куб. км речной воды, а неочищенной – в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но её качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.

Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную, а затем на «сухую» или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.

 

3. История развития систем водоснабжения

 

Первые сведения об искусственных сооружениях для добывания воды - колодцах, относятся к III тысячелетию до нашей эры. В древнем Египте уже имелись простейшие механизмы, для подъема воды из колодцев – наподобие наших “журавлей” (рис.1а). Вавилоняне владели способом подъема воды на довольно значительную высоту с помощью различных приспособлений с использованием блоков (рис.1б) и норий (рис.1в). В водопроводах Египта и Вавилона для подачи воды из резервуаров применялись трубы: гончарные, деревянные, а также металлические, свинцовые и медные. В Древнем Китае для водоснабжения использовались весьма глубокие колодцы, из которых воду доставали ведрами с помощью воротов (рис.1г) и блоков.

 

Рис.1. Водоподъемные устройства а) журавль; б) блок; в) норий; г) ворот:

1- ведро; 2- трос; 3- рычаг; 4- опора; 5- колодец; 6- блок; 7- ось; 8- рукоять; 9- черпаки; 10- бесконечная цепь; 11- лоток; 12- ворот

 

Дальнейшее развитие системы водоснабжения получили в период греко-римской цивилизации (I век до нашей эры – II-III века нашей эры); когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения. Рим императорской эпохи имел несколько водопроводов. Вода подавалась к городу самотеком по каналам. При пересечении долин или оврагов каналы прокладывались по специальным мостам – акведукам (рис.2), некоторые из них сохранились частично и до наших дней и представляют собой интереснейшие образцы древнего инженерного искусства.

Рис.2. Акведук:

1- канал (лоток); 2- опоры

 

В городе вода подводилась к центральным резервуарам, откуда подавалась по трубам к общественным баням и купальням, к дворцам и домам патрициев, а также к общественным фонтанам и бассейнам, которыми пользовалось население. Известно, что в Египте использовали Архимедов винт (287— 212 г. до н. э.) для полива земель, для подъема воды на возвышенности (на высоту до 4 м), которых обычно разлив Нила не достигал, и для осушения низменных местностей.

Начальные сведения об устройстве централизованных городских водопроводов в других странах относятся к XII-XIII векам. В конце XII века построен первый самотечный водопровод в Париже. В XIII веке начинается централизованное водоснабжение Лондона. К началу XV века относятся сведения об устройстве водопроводов в немецких городах.

На территории СНГ, в маловодных районах Средней Азии, частично сохранились до нашего времени своеобразные сооружения для сбора грунтовых вод – кяризы (подземные галереи). В Крыму найдены вырубленные в скалах емкости для сбора атмосферных вод.

На территории княжеской резиденции в Новгороде Великом – Ярославова дворища - при раскопках обнаружен самотечный водопровод из деревянных труб, время постройки которого отнесено к концу XI-началу XII века. Имеются сведения о самотечном водопроводе из гончарных труб, построенном в Грузии в начале XII века.

В XII-XIV веках в ряде русских городов были построены водопроводы для крепостей. В XV веке сооружен самотечный родниковый водопровод для Московского Кремля. В XVII столетии в подавляющем большинстве тайники вели к скрытому под землей колодцу с грунтовыми, ключевыми или инфильтрационными водами из открытого (поверхностного) водоема. Обыкновенно тайники устраивались из дерева, имели высоту около 2,1 м, ширину – 2,1 – 5 м, длину – до 200 м.

Основным способом подъема воды из колодцев в XVII веке были журавли, блоки и вороты. Подъем воды производился вручную. Самотечные трубопроводы для хозяйственно-питьевых целей транспортировали воду по желобам и трубам – каменным и деревянным. В 1631 в Кремле был построен водопровод, который подавал воду с помощью “ водовзводной машины” (мастера Антон Константинов и Трофим Шарутин) в водонапорную башню. Для транспортирования воды от башни к местам потребления использовались свинцовые трубы.

В 1718 г. по приказу Петра I был сооружен водопроводный канал для Летнего сада в Петербурге. В 1721 г. сооружаются знаменитые Петергофские фонтаны, которые по своим масштабам и совершенству водопроводной техники превосходят даже столь проставленные Версальские.

При Петре I начато также сооружение родникового водопровода в Царское Село (ныне г. Пушкин), законченного в 1749 г. Для Царского Села был построен крупный для того времени (длиной более 15 км) речной водопровод с забором воды из р. Таицы (1773-1787 г.г.). В 1804 г. заканчивается сооружение первого московского городского водопровода, который подавал в город самотеком грунтовую воду из села Б.Мытищи на расстояние около 16 км. До наших дней сохранился акведук Мытищенского самотечного водопровода, построенный у села Ростокино для перехода долины р. Яузы. Акведук из белого камня имел длину 356 м, высоту 15 м. В дальнейшем этот водопровод перестраивался, были построены насосные станции, самотечные водоводы заменены напорными.

Зарождение и развитие капиталистической мануфактуры вызвало и развитие водопроводной техники. Промышленная революция XVIII века обусловила строительство фабрично-заводских водопроводов. В то же время сброс промышленных сточных вод в открытые водоемы привел к их сильному загрязнению и поставил вопрос об изыскании источников чистой воды. Применение паровых насосов позволило значительно увеличить дальность транспортирования воды.

В течение XVIII века в России значительно развилось техническое водоснабжение для получения водной энергии, приведения в движение водяных колес и для различных промышленных целей. Особенно много было сделано в горной промышленности, где для подъема воды широко применялись насосы, водяные колеса и паровые машины, систематическое производство которых и широкое распространение в водопроводном деле относят к началу XIX века. К середине XIX века паровая машина Уатта успешно работает на водопроводах городов и отдельных объектов. В частности Мытищенский водопровод переустраивается на новой технической основе (паровые машины, напорный водопровод) в 1826-85 г.г. и в 1853-58 г.г. Только в 1859 году были начаты работы по устройству водоснабжения Петербурга.

В первой половине XIX века начинается широкое распространение хозяйственно-питьевых водопроводов, преимущественно обслуживающих богатые центральные кварталы городов и населенных мест. В это же время в России устраивается ряд военных водопроводов для снабжения водой сухопутных морских крепостей, доков, лагерей и др.

Развитие потребностей в воде и затруднительность устройства или высокая стоимость водопроводов повели к широкому развитию и использования подземных вод посредством буровых скважин.

Вторая половина XIX века характеризуется устройством централизованных систем водоснабжения в городах: Саратов (1857 и 1875г.г.), Москва (1858), Петербург (1861) и (1876г.г.), Ярославль (1862), Новочеркасск (1865г.), Тверь (1865г), Ростов-на-Дону (1866г.), Киев (1870г.), Одесса (1873г.), Екатеринослав (1873), Саратов (1873г.), Казань (1875г.), Харьков (1879г.), Тура (1894г.), Самара (1886г.), Царицын (1890г.).

Паровая машина становится основным двигателем на насосных станциях, а поршневые (плунжерные) насосы - повсеместным средством подъема воды. Вместе с тем в конце XIX- начале XX веков начинается применение не только горизонтальных центробежных насосов (Одесса), но и вертикальных центробежных насосов с электрическими двигателями (Москва). Широкое распространение для транспортирования воды получают чугунные трубы, городские водопроводные сети для повышения их надежности устраивается кольцевыми, широкое распространение получают домовые водопроводы.

В 1900г. начал строиться и в 1904г вступил в действие первый москворецкий водопровод с приемом воды у деревни Рублево, суточной производительностью 100000 м³, что соответствовало норме водопотребления 60 литров в сутки на человека.

И все же в 1913г. из 1063 городов Российской империи лишь 219, или 20,6%, обслуживались водопроводами.

Первая мировая и гражданская война в России нанесли серьезный урон народному хозяйству страны и, в частности, водопроводам. Многие из них не имели возможности во время восстанавливаться и, тем более, развиваться, и пришли в упадок. Поэтому в первые годы советской власти основное внимание было уделено налаживанию работы водопроводов. В дальнейшем продолжалось массовое строительство централизованных водопроводов в тех городах и райцентрах, где их раньше не было. После постройки канала им. Москвы пущены в эксплуатацию Восточная, Западная и Северная водопроводные станции, в качестве источников водоснабжения использованы р. Москва, каналы, р. Волга (Ивановское водохранилище).

В 1937 г. водопроводы имели уже 55,5% городов в СССР. В 1935 г. в США – 84% городов имели централизованные системы водоснабжения, во Франции – 82%.

После Великой Отечественной войны, в связи с индустриализацией страны, продолжалось строительство многих промышленных водопроводов, как правило, с оборотными системами водоснабжения. Характерными стали крупные районные системы водоснабжения в Донбассе, Криворожье в ряде промышленных районов Урала и Сибири, на Казахстанской целине (канал Обь-Иртыш), в Калмыкии (с забором воды из Волги). Продолжается строительство и модернизация коммунальных водопроводов. Только за период с 1971 по 1976 г.г. построено около 700 водопроводов в городах и райцентрах.

 

3.1. История развития технологии очистки воды

 

С развитием систем централизованного водоснабжения во всем мире очень скоро возникла необходимость очистки и дезинфекции воды, особенно той, которая забирается из поверхностных водоемов (рек, озер, водохранилищ) и используется на хозяйственно-питьевые нужды. Во многом к этому подтолкнули и периодические эпидемии холеры и брюшного типа, прокатившиеся по странам в XIX – начале XX веков.

Холера – болезнь, постоянно гнездящаяся в Индии, откуда она часто заносилась в Европу, вызывая здесь большие эпидемии. Сильный взрыв эпидемии в России в 1830 г. привел к распространению ее по всей Европе и Северной Африке. Другая волна холерной эпидемии началась в Индии и Китае в 1841 году и достигла Европы в 1847 г. В Гамбурге умерло 8600 человек, в Альтоне – 381. И это несмотря на то, что Альтона имеет водозабор ниже по течению выпуска гамбургской канализации. Причиной относительного санитарного благополучия в Альтоне явились хорошо работавшие медленные песчаные фильтры.

Широкое применение очистки питьевой воды и строгие санитарные меры по уходу и надзору за приезжающими из стран, где возможно заражение холерой, освободили Западную Европу и США от эпидемии холеры. Только в России, благодаря нашей отсталости в деле водоснабжения и санитарии, вообще, вспышки холеры продолжались до 1922 г.

Эпидемии брюшного тифа распространены гораздо больше. Брюшной тиф – эндемический, существующий постоянно во всем мире в большом или меньшем размере, и эпидемический, изредка появляющийся в виде массовых эпидемий. Во многих случаях установлено, что эпидемические вспышки тифа обязаны заражению тифозными палочками воды. В 1909 г. в Харькове – 8000 заболевших, 2000 смертей. Во многих случаях тифозной эпидемии удалось доказать заражение питьевой воды канализационными стоками (США, Германия). Весной 1926 г. в Ростове – на – Дону вспыхнула эпидемия брюшного тифа, давшая 2000 заболеваний. Причиной эпидемии было заражение “Богатого источника” канализационной водой из лопнувшей трубы. В конце 1926 года в Ганновере (Германия) тифозная эпидемия охватила 2500 человек (260 смертей). Причина – заражение питьевых фильтрационных галерей и колодцев поверхностными водами.

Установлена тесная связь эндемического тифа с водоснабжением. Во всех Европейских странах смертность от брюшного тифа до устройства хорошего водоснабжения была очень высокой, достигая 100 и более случаев на 100000 жителей. С устройством водопроводов, дающих хорошую воду, смертность от тифа начинает быстро падать, доходя до 5 – 10 случаев на 100000 жителей (Вена, Берлин, Москва). В США, несмотря на наличие большого количества водопроводов, но использующих воду без очистки или спускающих канализационные стоки без очистки, смертность от тифа в 1910 году составляла 23,5 человека на 100000. После энергичной постройки фильтровальных установок и введения хлорирования уже в 1924 году в США смертность падает до 5 человек на 100000.

Вообще, о необходимости поддержания воды, используемой для питья, в должном качестве, знали еще в древности. 2000 лет до нашей эры в медицинской книге на санскритском языке “Усрута Сангита” находим указание: ”хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнечный свет и фильтровать через древесный уголь”. Применение квасцов, как коагулянта для осветления природной воды, было известно в древнем Китае и Египте. У греков, римлян, а позже у арабов встречаются ряд указаний по качеству воды и ее очистке. Далее имеем перерыв почти до XIX века. Можно выделить основные даты формирования систем очистки воды.

1829 – Джеймс Сипсон строит первым медленный песчаный фильтр.

1842 - Карл (Англия) получает патент на известково-содовый способ умягчения воды.

1852 год – решение парламента об обязательном фильтровании всей воды Лондонского водопровода.

1861 год – первые, но неудачные попытки применить фильтры для очистки воды Петербургского водопровода.

1860 – 1880 г.г. – развитие реагентных способов умягчения воды, вызванное ростом промышленности и котельных установок.

1884 год – Хайят (США) получает патент на очистку воды скорыми фильтрами с предварительной коагуляцией сернокислым глиноземом.

1885 год – Фридлянд вводит регулярный бактериологический анализ сырой и фильтрованной воды Лондонского водопровода.

1888 год после пятилетней судебной тяжбы решением сената “Общество Петербургского водопровода” вынужденного приступить к постройке фильтров (оконченной в 1889 году).

1900 год – первая в России установка скорых фильтров (Нижний Новгород).

1902 год – первая современная установка с прямоугольными скорыми фильтрами в Литль – Фолс (США).

1903 год – открытие Рублевской фильтровальной станции (Москва).

1905 год – Хустон вводит впервые регулярное хлорирование воды в Линкольне (Англия).

1910 г. – первая установка для хлорирования водопроводной воды в России (Нижний Новгород).

1910 г. – Ч. Дарнелл (США) впервые применил жидкий хлор для хлорирования воды вместо хлорной извести.

1911 г. – открытие новой фильтровальной станции для осветления воды и обеззараживания в Петербурге.

1913 г. – начало хлорирования в Петербурге.

1914 г. – одна из первых в мире установок для обеззараживания водопроводной воды озоном (Василевский остров в Петербурге).

 

 

3.2. Системы домового водоснабжения (внутренний водопровод)

 

Внутренние водопровод и канализация в древности главным образом встречались во дворцах фараонов, храмах, банях (термах). В храме Мемфиса (около 2,5 тысяч лет до нашей эры) был водопровод из кованой листовой меди толщиной 1,4 мм, диаметром 47 мм. Системы внутреннего водопровода встречались в Греческих колониях в России, переселившихся на берега Черного моря и являвшимися проводниками древней римской и византийской культуры.

К системе домового водоснабжения относятся вводы в здания от городской уличной сети, водомеры, трубопроводы внутри зданий, запорная и регулирующая арматура (краны, смесители), смывные бачки унитазов. Развитие внутренних санитарно-технических систем зданий в России значительно отставало от такового в передовых странах Запада, а также от развития других элементов систем централизованного водоснабжения населенных мест. Так, водомеры впервые появились в Англии в 1824-50 гг., а в России (Москва) – 1872 г. Система клозета с промывкой (смывные бачки) была изобретена в 1785 г, а в России начала применяться лишь во второй половине XIX века. В 1884 г. в Москве насчитывалось только 207 домовых вводов, из которых 44% - в казенные и промышленные здания, и население города обеспечивали 1200 конных водовозных бочек. В других городах Российской империи, в которых во второй половине XIX века появились централизованные системы водоснабжения, еще долгое время подавляющая часть населения получала воду или от водовозных бочек, или из водоразборных будок. И только в XX веке, с началом строительства многоквартирных и многоэтажных домов, получили массовое развитие системы домового водоснабжения.

В настоящее время в этих системах наблюдается массовая тенденция к замене стальных труб на пластмассовые, появления более совершенной технически и эстетически запорной и регулирующей арматуры. Переход к рынку диктует необходимость и целесообразность установки водомеров на каждом квартирном вводе.

 

3.3. История развития водоснабжения г. Ростова – на – Дону

 

Водоснабжение г. Ростова – на – Дону неразрывно связано с родником “Богатый источник”, водой которого жители все время пользовались, доставляя ее к месту употребления с помощью бочек и ведер. Так было до 1865 года. В этом году на концессионных началах группой ростовских купцов у «Богатого источника» была построена небольшая насосная станция, которая подавала 1500м³/сутки воды в напорный резервуар Никольский (расположенный в нынешнем районе кинотеатра «Ростов») объемом 250м³, откуда вода самотеком по 5,3 километровой магистрали диаметром 75мм распределялась по городу. На этой магистрали находилось 8 водоразборных будок и 50 штук пожарных кранов. Население города в это время составляло 17500 человек и такой мощности водопровод был вполне достаточен.

В 1872г. концессионер Кукса расширил водопроводную сеть до 9,5 км, построил еще 2 водоразборных будки, 43 пожарных крана и расширил напорный резервуар на Никольской улице. В 1882 году Кукса передал свою концессию Парижскому финансовому обществу, которое имело еще в Ростове концессию на газовый завод. К 90-м годам, с увеличением числа населения и промышленным развитием был полностью использован дебит источника (3000м³/сут) и воды стало городу не хватать. В 1892году «Общество» было вынуждено использовать кроме родника и реку Дон.

Для очистки донской воды были построены 5 английских медленных фильтров с общей площадью 1000м², которые дали дополнительно еще 2500м³/сут фильтрованной донской воды. Никольский резервуар был расширен до объема 1075 м³, а на пересечении Красноармейской улицы и Крепостного переулка был построен еще один резервуар емкостью 250 м³ (Острожный). С ростом потребности города в воде, «Общество» вынуждено было увеличить нагрузку на медленные фильтры вдвое (доведя ее до 5000 м³/сут). Чтобы сохранить высокое качество воды, перед английскими медленными фильтрами были устроены специальные осадочные бассейны и механические фильтры. Однако и этого оказалось мало. В период 1900-1910 годов для промышленных целей был построен водопровод из Дона, длиной 9 км из труб диаметром 200 мм, подаваемая вода не фильтровалась, а только отстаивалась. Так как эту воду потребляли жители и для питья, в 1910 году в Ростове вспыхнула большая эпидемия холеры. Это послужило толчком для устройства новых скорых американских фильтров с общей производительностью всего водопровода в 20000 м³/сут (1910-1911г.)

Во время первой мировой и гражданской войн концессионеры усиленно эксплуатировали предприятия с минимальными затратами на поддержание оборудования и частичной распродажей его в 1918 - 1919 года.

После революции оборудование было восстановлено к 1924 году. В это время работали отстойники с коагуляцией и американские скорые фильтры Джуэля. Среднесуточная подача воды в город составляла 16000 м³/сут.

С 1911 года на Ростовском водопроводе применялась постоянное хлорирование воды хлорной известью. С 1928 года водопровод перешел на дезинфекцию воды жидким хлором. В 1928 году еще работали на насосной станции паровые двигатели и поршневые насосы, но уже в этом году их стали заменять на центробежные насосы с электродвигателями. В 1928 году протяженность городских водопроводных сетей составляла 141 км, с диаметром труб от 75 до 400 мм.

Однако бурно развивающийся город и промышленность требовали еще больше воды, поэтому в 1928 -29 г.г. был запроектирован и построен фактически новый городской водопровод производительностью 30000 м³/ сут. Для забора донской воды на Зеленом острове, у восточной его оконечности, был вырыт ковш – большая емкость, предназначенная для предварительного осветления донской воды. От ковша по дну нахичеванской протоки проложен дюкер-труба диаметром 700мм, к насосной станции I подъема №1, расположенной на правом берегу протоки. Далее донская вода по напорным водоводам диаметром 700мм и длинной 5, 9км подается на площадку очистных сооружений, названную Центральным водопроводом. Центральный водопровод расположен на площади 7 га на самом высоком месте города, на пересечении проспекта Театрального и улицы Горького. На очистных сооружениях сначала были построены 4 вертикальных отстойника и 8 скорых фильтров, реагентное хозяйство, насосная станция II – подъема, водонапорная колонна высотой 34 м и резервуар чистой воды. В последствии к I очереди в 1934 году была пристроена II очередь (4 горизонтальных отстойника и 10 скорых фильтров) производительностью 73 тыс. м³/сут.

Во время немецкой оккупации водопроводное хозяйство города было сильно разрушено, дюкер занесло песком, насосные станции I и II подъема разграблены, а их оборудование вывезено, водонапорная колонна взорвана.

После изгнания оккупантов вместо ковша и дюкера на правом берегу Нахичеванской протоки был устроен подводящий канал, из которого насосная станция I подъема забирает воду. Насосные станции I и II подъема были в кратчайший срок восстановлены, а на напорных водоводах была построена в Кизетиринской балке насосная станция подкачки, что дало возможность подавать в город еще больше воды. На очистных сооружениях Центрального водопровода была сооружена III очередь (4 вертикальных прямоугольных отстойника и 10 скорых фильтров). К 1970 году общая подача воды в город Центральным водопроводом была доведена до 160 тыс. м³/сут. Но и этого оказалось мало для быстро растущего города. Поэтому в 1962 г. в поселке Александровка, на проспекте им. 40-летия Победы было построена I очередь (блок очистных сооружений БОС-1) Александровских очистных сооружений водопровода производительностью 160 тыс. м³/сут, с новой насосной станцией I подъема №2 с русловым водозабором, 3-мя напорными водоводами диаметром 1000 и 1200 мм, насосной станцией II подъема №2 и резервуарами чистой воды. На БОС-1 имеется 20 горизонтальных отстойников и 10 скорых фильтров с реагентным хозяйством и 2 резервуарами чистой воды. В 1984-85 годах была сооружена II очередь (БОС-2) очистных сооружений Александровского водопровода с производительностью 160 тыс. м³/сутки. В состав БОС-2 входят 16 горизонтальных отстойников, 8 скорых фильтров, насосная станция II подъема №3 и 2 резервуара чистой воды.

На Дону, около насосной станцией первого подъема № 1 построена насосная станция первого подъема №3, забирающая воду из подводящего канала и подающая ее на БОС-2 по двум водоводам диаметром 1200 мм. В настоящее время Александровский водопровод подает в город до 500-550 тыс. м³ воды в сутки (сооружения работают с производительностью, превышающей проектную) и является основным поставщиком питьевой воды.

В связи с расширением города во всех направлениях, появлением новых промышленных зон и отдельных предприятий одной из главных задач является развитие городской водопроводной сети, протяженность которой уже сейчас превышает 1250 км. Проводится регулярная замена устаревших городских магистралей, строятся и вводятся в действие насосные станции и резервуары для подачи необходимого количества воды в районы нового строительства (Северный и Западный), ведутся работы по снижению расхода электроэнергии на перекачку воды насосными станциями, внедряются новые эффективные реагенты для осветления воды.

Ростовский водопровод продолжает динамично развиваться.

 

4. Основные элементы систем водоснабжения

 

Системы водоснабжения – это комплекс взаимосвязанных сооружений, обеспечивающих потребителей водой в требуемом количестве и заданного качества. В современных условиях многочисленные потребители требуют воду различного качества. Рост водопотребления привел во всем мире к ее количественному и качественному дефициту. Поэтому к решению задач водоснабжения требуется комплексный подход, предусматривающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное использование её с учетом экологических особенностей.

Задача водоснабжения – это бесперебойное снабжение водой потребителей при условии наибольшего удобства, наименьшей ее стоимости, простоте и заданной надежности эксплуатации инженерных систем.

Для выполнения этой задачи служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы водоснабжения:

а) водоприемные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из природных источников;

б) водоподъемные сооружения, т.е. насосные станции, подающие воду к местам ее очистки, хранения или потребления;

в) сооружения для очистки воды;

г) водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды к местам ее потребления;

д) башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей в системе водоснабжения.

Схемы расположения водопроводных сооружений различны и зависят от принятого источника водоснабжения: его характера, мощности, качества воды в нем, рельефа местности и режима водопотребления. Схема взаимного расположения основных сооружений системы водоснабжения показана на рис. 3.

Вода забирается из источника при помощи водоприемного оголовка 1 и по самотечной трубе 2 поступает в береговой колодец, откуда подается насосами, установленными на станции первого подъема 4, на очистные сооружения, где происходит отстаивание 5 и фильтрование 6. Сооружения для очистки воды необходимы для доведения ее качества до требований, предъявляемых к ней абонентами. После очистки вода поступает в сборный резервуар чистой воды (где происходит обеззараживание воды) 7, из которого забирается другой группой насосов, установленных на станции второго подъема 8, и по водоводам 9 подается в наружную сеть трубопроводов 11, 12, разводящих воду к местам потребления. Водоводы служат для транспортирования воды к местам ее распределения. Они представляют собой систему труб, по которым вода поступает к городу, поселку или промышленному объекту. Водонапорная башня 10 может быть расположена в начале сети, в конце ее или в какой-либо промежуточной точке. Пунктирными линиями показан напор в сети, создаваемый с помощью насосов.

 

 

 

Рис.3. Схема водоснабжения населенного пункта:

1 - водоприемник; 2 – самотечная труба; 3 – береговой колодец; 4 - насосы станции первого подъема; 5 - отстойники; 6 - фильтры; 7 –резервуары чистой воды; 8 - насосы станции второго подъема; 9 - водоводы; 10 - водонапорная башня; 11 - магистральные трубопроводы; 12 - распределительные трубопроводы; вводы в дома; 14 – внутренняя водопроводная сеть

 

 

 

Порядок расположения прочих сооружений также может быть различен. Так, насосы первого и второго подъема могут быть установлены в отдельных зданиях или размещены в одном здании. Иногда насосы первого подъема устанавливаются непосредственно в водоприемном сооружении. На территории населенного пункта (обычно на возвышенности) сооружается водонапорная башня, которая, как и резервуары чистой воды, служит для хранения и аккумулирования запасов воды. Необходимость устройства башни объясняется следующими обстоятельствами. Расход воды из водопроводной сети в течение суток колеблется в значительной степени, в то время как подача воды насосами станции второго подъема относительно равномерна. В те часы суток, когда насосы подают в сеть воды больше, чем ее расходуется, излишек поступает в водонапорную башню; в часы максимального расходования воды потребителями, когда расход, подаваемый насосами, недостаточен, используется вода из башни. Водонапорная башня, расположенная в противоположном от насосной станции конце города, называется контррезервуаром. При наличии вблизи населенного пункта значительного естественного возвышения вместо водонапорной башни сооружают наземный водонапорный резервуар.

При использовании в качестве источника водоснабжения подземных вод схема водоснабжения значительно упрощается. В этом случае очистные сооружения обычно не нужны, так как подземные воды часто не требуют очистки. Обязательное обеззараживание питьевой воды может осуществляться в водонапорной башне. В некоторых случаях не устраивают также резервуаров чистой воды и насосной станции второго подъема, так как вода может подаваться в сеть насосами, установленными в буровых скважинах.

 

5. Системы и схемы водоснабжения населенных пунктов и

промышленных предприятий

 

Системы наружного водоснабжения классифицируются по следующим признакам:

а) по виду обслуживаемого объекта,

- городские,

- поселковые,

- промышленные,

- сельскохозяйственные.

- железнодорожные;

б) по назначению:

- хозяйственно – питьевые,

- производственные,

- противопожарные.

В зависимости от требуемого качества воды часто устраивают объединенные системы водоснабжения:

- хозяйственно – противопожарные,

- производственно – противопожарные,

- хозяйственно – производственно – противопожарные.

В городах и поселках устраивают хозяйственно – противопожарный водопровод. Объединенные производственно – хозяйственно- противопожарный водопроводы устраивают тогда, когда для технологических нужд предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества.

На промышленных предприятиях сооружают два различных водопровода – производственный и хозяйственно - противопожарный.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. Такие системы называют – групповыми.

В случаях, когда отдельные части территории имеют значительную разницу в отметках по высоте, устраивают зонные системы водоснабжения. При таком рельефе местности необходимо поднимать воду с помощью гидравлических машин и устраивать насосные станции.

В зависимости от источника питания водой объекта они подразделяются на системы, забирающие воду из поверхностных источников и из подземных. По способу подачи воды потребителям системы бывают напорными и безнапорными. Чаще принимается комбинация этих систем подачи воды.

Промышленные предприятия, отличающиеся значительным разнообразием технологических операций, потребляющие для отдельных процессов воду различного качества и требующие подачи ее под различными напорами, имеют сложные схемы водоснабжения.

На промышленных предприятиях в зависимости от схемы использования воды системы классифицируются на прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и замкнутые.

Прямоточная система предусматривает сброс воды в водоем с предварительной ее очисткой после использования в технологическом цикле. Эта система водоснабжения экономически целесообразна при малых расстояниях от источника водоснабжения до завода и при незначительной разности отметок уровня воды в источнике водоснабжения и площадки завода.

Для сокращения забора свежей воды из источников водоснабжения и охраны их от загрязнений широко применяются системы оборотного водоснабжения. Они необходимы в случае маломощности источника водоснабжения. В этой системе вода, участвующая в технологическом процессе, не сбрасывается в водоем, а после обработки вновь возвращается в производственный цикл. Потери, имеющие место в производстве (3¸5), восполняются из источника.

Если качество воды, сбрасываемой одним потребителем, допускает ее использование другими потребителями, то применяют систему последовательного использования воды, которая снижает расход, забираемый из источника. Эта схема занимает промежуточное положение между рассмотренными схемами и становится целесообразной при небольших расстояниях между цехами, сбрасывающими и использующими отработанную воду.

 

6. Расчетные расходы и требуемые напоры

 

При проектировании любого объекта системы водоснабжения прежде всего должно быть определено сколько воды, какого качества и под каким давлением требуется подать потребителю.

Для характеристики массы движущейся жидкости принят расход воды –количество жидкости, протекающее через определенное живое сечение потока в единицу времени, измеряемый в л/с или м³/с, м³/ч, м³/сут.

Для определения общего расхода воды, требуемого для населенного пункта или промышленного предприятия, необходимо знать перечень и количество всех потребителей, а также нормы водопотребления для каждой категории.

Нормой водопотребления – называют количество воды, расходуемой на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции.

Вода в населенном пункте расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды:

а) хозяйственно – питьевые (жителей населенных пунктов и рабочих во время их пребывания на производстве);

б) производственные потребности, использование воды в технологических процессах и др. технические нужды;

в) расходы воды на полив и мытье улиц и площадей;

г) расходы на пожаротушение.

Общий расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения пропорционален числу жителей в населенном пункте и норме водопотребления.

Норма хозяйственно-питьевого водопотребления, или удельное водопотребление, учитывает количество воды, потребляемое одним человеком в сутки на хозяйственно-питьевые нужды не только дома, но и в общественных зданиях. Также она зависит от степени благоустройства зданий и местных климатических условий. Норма водопотребления принимается согласно строительным нормам и правилам СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»:для районов населенных пунктов, где водоснабжение осуществляется из водозаборных колонок, расход воды на 1-го жителя принимать 30¸50 л/чел.в сутки; в городах от 180 до 400 л/чел. в сутки.

Расходы воды на предприятиях включают производственные, хозяйственно-бытовые и душевые нужды.

Расходы воды на производственные (технологические) нужды зависят от вида производства, принятого технологического процесса, вида системы водоснабжения, качества воды и т. д. Они определяются по удельным нормам водопотребления на единицу продукции (м³/т), которые задаются на основе технологических расчетов. В соответствии с существующими нормами, расход воды на хозяйственно-питьевые нужды работающих на предприятии:

- в цехах со значительным тепловыделением 45 л на каждого работающего в смену;

- в остальных – 25 л на каждого работающего в смену.

Помимо этого на производствах, связанных с необходимостью принятия душа, должен быть предусмотрен расход воды из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку в течение 45 минут.

Расход воды на поливку и мойку улиц и площадей зависит от поливаемых площадей, способа поливки, типа покрытий и принимается по СНиП 2.04.02-84*. При отсутствии данных принимается равным 50-90 л/сут в расчете на одного жителя. Число поливок 1-2 раза в сутки.

Расход воды на наружное пожаротушение (на 1 пожар) и количество одновременных пожаров в населенном пункте принимается в зависимости от числа жителей в населенном пункте и от благоустройства зданий (для 2-х этажных зданий 5¸ 25 л/с и более 3-х этажей 10¸100 л/с). Продолжительность тушения пожара принимается 3 часа.

В течение года, а также в течение суток водопотребление на хозяйственно-питьевые нужды происходит неравномерно и характеризуется графиками неравномерности. На основании анализа работы существ