Система распределения воды
Система водоснабжения — это часть сети водоснабжения с компонентами, которые доставляют питьевую воду от централизованной очистной станции или колодцев к потребителям для удовлетворения жилых, коммерческих, промышленных и противопожарных потребностей. [3] [4]
Определения
[ редактировать ]Водораспределительная сеть — это термин, обозначающий часть водораспределительной системы до точек обслуживания крупных водопотребителей или узлов спроса, где множество потребителей объединены вместе. [5] Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) использует термин « система подачи воды» для обозначения сети труб, обычно имеющей древовидную структуру, которая используется для подачи воды от водоочистных сооружений к сервисным резервуарам , и использует термин «система распределения воды» для обозначения системы водоснабжения. сеть труб, обычно имеющая петлеобразную структуру для подачи воды из сервисных и балансировочных резервуаров к потребителям. [6]
Компоненты
[ редактировать ]
Система водоснабжения состоит из трубопроводов, хранилищ, насосов и других приспособлений. [7]
Трубопроводы, проложенные в пределах общественной полосы отвода, называемые водопроводными магистралями, используются для транспортировки воды внутри распределительной системы. Водопроводы большого диаметра, называемые первичными питателями, используются для соединения водоочистных сооружений и зон обслуживания. Вторичные фидеры подключаются между первичными фидерами и распределителями . Распределителями являются водопроводы, расположенные вблизи водопользователей, которые также подают воду к отдельным пожарным гидрантам . [8] Линия технического обслуживания представляет собой трубу небольшого диаметра, используемую для подключения водопроводной магистрали через небольшой кран к водомеру в месте нахождения пользователя. улицы, имеется сервисный клапан (также известный как ограничитель бордюра На линии обслуживания, расположенной возле обочины ) , который перекрывает подачу воды к месту нахождения пользователя. [9]
Хранилища или распределительные резервуары обеспечивают хранение чистой питьевой воды (после необходимого процесса очистки воды), чтобы гарантировать, что в системе достаточно воды для обслуживания в ответ на колебания спроса ( сервисные резервуары ) или для выравнивания рабочего давления ( балансировочные резервуары ). Их также можно временно использовать для пожаротушения во время отключения электроэнергии. Различают следующие типы распределительных резервуаров:
- Подземный резервуар для хранения или крытый резервуар для готовой воды : Подземное хранилище или большой, выкопанный в земле резервуар, полностью закрытый. Стенки и дно этих резервуаров могут быть облицованы непроницаемыми материалами для предотвращения проникновения грунтовых вод. [10]
- Крытый резервуар для готовой воды : Большой выкопанный в земле резервуар, имеющий достаточные меры или облицовку для предотвращения стока поверхностных вод и проникновения грунтовых вод, но не имеющий верхней крышки. Этот тип резервуара менее желателен, поскольку вода не будет подвергаться дальнейшей очистке перед распределением и восприимчива к таким загрязнителям, как птичий помет, деятельность животных и человека, цветение водорослей и отложения в воздухе. [10]
- Поверхностный резервуар (также известный как наземный резервуар для хранения и наземный резервуар для хранения ): хранилище, построенное на земле, со стенами, облицованными бетоном, торкрет-бетоном , асфальтом или мембраной. Поверхностный резервуар обычно накрывают, чтобы предотвратить загрязнение. Обычно они расположены на возвышенностях, где имеется достаточный гидравлический напор для распределения. Если поверхностный резервуар на уровне земли не может обеспечить достаточный гидравлический напор в распределительной системе, потребуются подкачивающие насосы. [4] [11]
- Водонапорная башня (также известная как резервуар с надземной поверхностью ): резервуар для воды, расположенный на возвышении. Несколько распространенных типов: сферический резервуар для хранения, стальной сфероидный резервуар на вершине стальной колонны малого диаметра; композитный надземный резервуар, стальной резервуар на бетонной колонне большого диаметра; и гидростолбовые надземные резервуары - стальной резервуар на стальной колонне большого диаметра. Пространство внутри большой колонны под резервуаром для воды можно использовать для других целей, например, как многоэтажное офисное помещение или складское помещение. Основной проблемой при использовании водонапорных башен в системе водоснабжения является эстетика территории. [11] [12]
- Напорная труба : резервуар для воды, представляющий собой комбинацию наземного резервуара для хранения и водонапорной башни. Она немного отличается от приподнятой водонапорной башни тем, что стояк позволяет хранить воду от уровня земли до верхней части резервуара. Нижняя часть хранилища называется вспомогательным хранилищем, а верхняя часть, которая находится на такой же высоте, как и надземная водонапорная башня, называется полезным хранилищем. [4]
- Отстойник : это резервное хранилище воды, которое не используется для прямого распределения воды. Обычно он строится под землей и имеет круглую форму с куполом над землей. При необходимости вода из отстойника будет перекачиваться в сервисный резервуар. [12]
Складские помещения обычно располагаются в центре пунктов обслуживания. Расположение в центре сокращает длину водопровода до мест обслуживания. Это уменьшает потери на трение при транспортировке воды по водопроводу. [4]
- Складские помещения
-
Подземный резервуар для хранения -
Незакрытый готовый резервуар для воды -
Наземный резервуар для хранения -
Сфероидальный надземный резервуар для хранения -
Композитный надземный резервуар для хранения -
Гидропиллярный надземный резервуар для хранения -
стояк
Топологии
[ редактировать ]В целом систему водораспределения можно классифицировать как решетчатую, кольцевую, радиальную или тупиковую. [13]
Система сеток повторяет общую схему дорожной сети с водопроводными магистралями и ответвлениями, соединенными в прямоугольники. При такой топологии подача воды может осуществляться с нескольких направлений, обеспечивая хорошую циркуляцию воды и резервирование в случае выхода из строя участка сети. К недостаткам этой топологии относятся трудности с определением размера системы. [13]
Кольцевая система имеет водопровод для каждой дороги, а от магистрали есть ответвление, обеспечивающее циркуляцию воды для клиентов. Эта топология имеет некоторые преимущества сеточной системы, но в ней легче определить размер. [13]
Радиальная система подает воду в несколько зон. В центре каждой зоны вода подается потребителям радиально. [13]
Тупиковая система имеет водопроводы вдоль дорог без прямоугольной схемы. Он используется для населенных пунктов, дорожная сеть которых не является регулярной. Поскольку между сетями нет перекрестных соединений, вода может иметь меньшую циркуляцию, и поэтому застой может стать проблемой. [13]
Целостность систем
[ редактировать ]Целостность систем подразделяется на физическую, гидравлическую и качество воды. [3]
Физическая целостность включает в себя обеспокоенность по поводу способности барьеров предотвращать попадание загрязнений из внешних источников в системы распределения воды. Ухудшение состояния может быть вызвано физическими или химическими факторами. [3]
Гидравлическая целостность – это способность поддерживать адекватное давление воды внутри труб во всех распределительных системах. Сюда также входят циркуляция и продолжительность движения воды внутри распределительной системы, что влияет на эффективность дезинфицирующих средств . [3]
Целостность качества воды – это контроль ухудшения качества воды при ее прохождении через распределительные системы. Воздействие на качество воды может быть вызвано физическими или гидравлическими факторами целостности. Ухудшение качества воды также может иметь место в распределительных системах, например, в результате роста микроорганизмов, нитрификации и внутренней коррозии труб. [3]
Сетевой анализ и оптимизация
[ редактировать ]Анализ проводится для помощи в проектировании, эксплуатации, обслуживании и оптимизации систем водоснабжения. Существует два основных типа анализа: гидравлический анализ и анализ качества воды при ее прохождении через систему распределения воды. [14] Оптимизация проектирования водопроводных сетей – сложная задача. Однако уже предложено большое количество методов, в основном основанных на метаэвристике. [15] Использование методов математической оптимизации может привести к существенной экономии на строительстве подобных инфраструктур. [16]
Опасности
[ редактировать ]Опасности в системах водоснабжения могут иметь микробную, химическую и физическую форму. [6]
Большинство микроорганизмов безвредны в системах водоснабжения. Однако когда инфекционные микроорганизмы попадают в системы, они образуют биопленки и создают микробную опасность для пользователей. Биопленки обычно образуются ближе к концу распределения, где циркуляция воды низкая. Это способствует их росту и снижает эффективность дезинфицирующих средств. Распространенные микробные опасности в системах распределения возникают из-за загрязнения человеческими фекалиями патогенов и паразитов, которые попадают в системы через перекрестки , разрывы, водопроводные сооружения и открытые резервуары для хранения. [6]
Химическая опасность связана с побочными продуктами дезинфекции , выщелачиванием материалов трубопроводов и арматуры, а также химикатами для очистки воды. [6]
К физическим опасностям относятся мутность воды, запахи, цвета, накипь, образующаяся в трубах в результате коррозии, а также ресуспендирование отложений. [6]
В мире существует несколько организаций, которые создают стандарты для ограничения опасностей в системах распределения: NSF International в Северной Америке; Европейский комитет по стандартизации , Британский институт стандартов и Umweltbundesamt в Европе; Японская ассоциация стандартов в Азии; Стандарты Австралии в Австралии; и Бразильская национальная организация по стандартизации в Бразилии. [6]
Ведущие линии обслуживания
[ редактировать ]Загрязнение питьевой воды свинцом может происходить в результате выщелачивания свинца, который использовался в старых водопроводах, инженерных линиях, соединениях труб, сантехнической арматуре и приспособлениях. По данным ВОЗ, наиболее существенным источником свинца в воде во многих странах являются линии обслуживания, содержащие свинец. [6]
Обслуживание
[ редактировать ]Контроль внутренней коррозии
[ редактировать ]Качество воды ухудшается из-за коррозии металлических поверхностей труб и соединений в распределительных системах. Коррозия труб проявляется в воде в виде цвета, вкуса и запаха, любой из которых может вызвать проблемы со здоровьем. [17]
Проблемы со здоровьем связаны с выбросами в воду микроэлементов, таких как свинец, медь или кадмий. Воздействие свинца может вызвать задержку физического и умственного развития у детей. Длительное воздействие меди может вызвать повреждение печени и почек. Высокое или длительное воздействие кадмия может привести к повреждению различных органов. Коррозия железных труб вызывает ржавую или красную воду. Коррозия цинковых и железных труб может вызвать появление металлического привкуса. [17]
Для борьбы с внутренней коррозией можно использовать различные методы, например, регулирование уровня pH , регулирование содержания карбоната и кальция для создания карбоната кальция в качестве покрытия поверхности трубы и нанесение ингибитора коррозии . Например, фосфатные продукты, образующие пленки на поверхности труб, являются разновидностью ингибиторов коррозии. Это снижает вероятность выщелачивания следов металлов из материалов труб в воду. [18]
Промывка гидрантов
[ редактировать ]
Промывка гидрантов — это плановый выпуск воды из пожарных гидрантов или специальных промывочных гидрантов для очистки водопроводной магистрали от отложений железа и других полезных ископаемых. Еще одним преимуществом использования пожарных гидрантов для промывки водопроводных магистралей является проверка того, подается ли к пожарным гидрантам вода под давлением, достаточным для тушения пожара. Во время промывки гидранта потребители могут заметить цвет ржавчины в воде, поскольку в процессе перемешиваются отложения железа и минералов. [19]
Обновление водопровода
[ редактировать ]После длительной эксплуатации водопровода ухудшаются структурные, качества воды и гидравлические характеристики. Структурное разрушение может быть вызвано многими факторами. В трубах на металлической основе развивается внутренняя и внешняя коррозия, в результате чего стенки труб истончаются или разрушаются. Со временем они могут протечь или лопнуть. Трубы на цементной основе подвержены разрушению цементной матрицы и армированной стали. Все трубы подвержены повреждениям соединений. Ухудшение качества воды включает в себя образование накипи, осаждение и образование биопленок. Накипь – это образование твердых отложений на внутренней стенке труб. Это может быть побочным продуктом коррозии труб в сочетании с кальцием в воде, что называется туберкуляцией. Седиментация – это когда твердые частицы оседают внутри труб, обычно в углублениях между отложениями накипи. При изменении скорости потока воды (например, при внезапном использовании пожарного гидранта) осевшие твердые частицы взбалтываются, что приводит к обесцвечиванию воды. Биопленки могут образовываться в трубах с большим количеством накипи и, следовательно, с шероховатой поверхностью, где бактерии могут размножаться, поскольку чем выше шероховатость внутренней стенки, тем труднее дезинфицирующему средству убить бактерии на поверхности стенки трубы. Гидравлический износ, влияющий на давление и расход, может быть результатом другого износа, препятствующего потоку воды. [20]
Когда приходит время обновления водопровода, существует множество соображений при выборе метода обновления. Это может быть замена открытой траншеи или один из методов реабилитации трубопровода. Некоторые методы восстановления трубопровода включают в себя прорыв труб , прокладку и облицовку труб . [20]
- Методы обновления водопровода
-
Замена водопровода открытой траншеи -
Питательный гидрант подает воду во временный байпасный трубопровод. -
Сервисное подключение временного байпасного трубопровода -
Временный пожарный гидрант
При использовании метода восстановления на месте одним из преимуществ является более низкая стоимость, поскольку нет необходимости проводить земляные работы вдоль всего водопровода. Для доступа к существующему водопроводу выкапываются лишь небольшие ямы. Однако отсутствие водопровода во время реабилитации требует строительства временной обходной системы водоснабжения, которая будет служить водопроводом в пострадавшем районе. [21] Временная система обхода воды (известная как временный обходной трубопровод). [22] ) должны быть тщательно спроектированы для обеспечения достаточного водоснабжения потребителей в зоне реализации проекта. Вода забирается из питающего гидранта во временный трубопровод. Когда труба пересекает проезжую часть или дорогу, необходимо установить укрытие или холодную площадку, чтобы автомобили могли пересекать временную трубу. К временной трубе можно выполнить временные технологические подключения к домам. Среди множества способов временного подключения наиболее распространенным является подключение временного сервисного соединения к садовому шлангу. К временной трубе также следует добавить временные пожарные гидранты для противопожарной защиты. [23]
Поскольку работа водопровода может привести к нарушению свинцовых линий обслуживания , что может привести к повышению уровня свинца в питьевой воде, рекомендуется, чтобы при планировании проекта обновления водопровода предприятие водоснабжения работало с владельцами недвижимости над заменой свинцовых линий обслуживания в рамках проекта. проект. [24]
См. также
[ редактировать ]
- Сеть водоснабжения
- Централизованное отопление для системы распределения горячей воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Системы распределения питьевой воды» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 20 октября 2019 г.
- ^ «Город, S&WB проводит предварительный просмотр новых водонапорных башен на водопроводной станции Кэрроллтона» . Город Новый Орлеан . 25 мая 2017 года . Проверено 20 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Системы распределения питьевой воды: оценка и снижение рисков . Пресса национальных академий. 2006. дои : 10.17226/11728 . ISBN 978-0-309-10306-0 . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Сети водоснабжения CE370» (PDF) . Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Бхаве, Прамод Р.; Гупта, Раджеш (2006). Анализ водопроводных сетей . Альфа Сайенс Интернэшнл. п. 4. ISBN 9781842653593 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Организация, Всемирное здравоохранение (2014). Безопасность воды в распределительных системах (PDF) . Всемирная организация здравоохранения. ISBN 9789241548892 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2015 года . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ «Водораспределение» . Британская энциклопедия . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Роуэтт, Энтони-младший «От шлангов к гидрантам: понимание водоснабжения» . Пожарная часть . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ «Глоссарий» . Продукты для воды Мюллера . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Руководство по эксплуатации незакрытых готовых водоемов . Издательство ДИАНА. 1999. ISBN 9781428903067 . Проверено 29 ноября 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б Устав Коммерческого городка Технико-экономическое обоснование хранения воды (PDF) . Giffels-Webster Engineers, Inc., 14 июня 2011 г., стр. 6–8 . Проверено 29 ноября 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б Модуль 1. Основы системы водоснабжения. Учебный модуль по местному управлению водоснабжением и санитарией (PDF) . Университет СЕПТ. 2012. С. 8–9 . Проверено 29 ноября 2020 г. .
- ^ Jump up to: а б с д и Адеосун, О. Ойеделе (9 сентября 2014 г.). «Проблемы и решения систем водоснабжения» . Вода онлайн . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Мала-Джетмарова, Елена; Бартон, Эндрю; Багиров, Адиль (апрель 2015 г.). «История систем водоснабжения и их оптимизация». Водные науки и технологии: Водоснабжение . 15 (2): 224–235. дои : 10.2166/ws.2014.115 .
- ^ Де Корте, Аннелис; Соренсен, Кеннет (2013). «Оптимизация конструкции распределительной сети самотечной воды: критический обзор» . Европейский журнал операционных исследований . 228 (1): 1–10. дои : 10.1016/j.ejor.2012.11.046 . ISSN 0377-2217 .
- ^ Арагонес, Дэвид Г.; Кальво, Габриэль Ф.; Галан, Альваро (2021). «Эвристический алгоритм оптимального стоимостного проектирования сетей самотечного водоснабжения. Реальный практический пример» . Прикладное математическое моделирование . 95 : 379–395. дои : 10.1016/J.APM.2021.02.015 . ISSN 0307-904X . S2CID 233936874 .
- ^ Jump up to: а б Борьба с внутренней коррозией в системах водоснабжения (M37) . Американская ассоциация водопроводных предприятий. 12 января 2011 г. стр. 2–9. ISBN 9781613001172 . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Использование фосфатов при очистке воды для борьбы с коррозией и ее связывания (PDF) . Корпорация Карус. 13 апреля 2017 года . Проверено 7 октября 2019 г.
- ^ «Факты о промывке гидрантов и часто задаваемые вопросы» . Город Сент-Чарльз . Проверено 6 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Реабилитация водопровода (PDF) (Третье изд.). Американская ассоциация водопроводных предприятий. 2014. ISBN 9781583219706 . Проверено 14 октября 2019 г.
- ^ «Программа помощи местной системе водоснабжения (LWSAP) для сообществ-членов Управления водных ресурсов Массачусетса» . Управление водных ресурсов Массачусетса . Проверено 14 октября 2019 г.
- ^ «ПУНКТ C660.5X: Временный байпасный трубопровод» (PDF) . Округ Монро, Нью-Йорк . Проверено 14 октября 2019 г.
- ^ Очистка и облицовка водопровода цементным раствором (PDF) . Строительство террасы.
- ^ Информация о ведущих линиях обслуживания: Руководство по ремонту и замене линий обслуживания систем водоснабжения (PDF) . Американская ассоциация водопроводных предприятий. 2014 . Проверено 13 октября 2019 г.