Система распределения воды — это часть сети водоснабжения с компонентами, которые транспортируют питьевую воду от централизованной очистной станции или скважин к потребителям для удовлетворения потребностей жилых, коммерческих, промышленных и противопожарных нужд. [3] [4]
Водораспределительная сеть — это термин, обозначающий часть системы распределения воды вплоть до точек обслуживания потребителей воды в больших объемах или узлов спроса, где множество потребителей объединены вместе. [5] Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) использует термин система передачи воды для сети труб, как правило, в древовидной структуре, которая используется для транспортировки воды от водоочистных сооружений к резервуарам обслуживания , и использует термин система распределения воды для сети труб, которая обычно имеет кольцевую структуру для подачи воды из резервуаров обслуживания и балансировочных резервуаров к потребителям. [6]
Система распределения воды состоит из трубопроводов, хранилищ, насосов и других вспомогательных устройств. [7]
Трубопроводы, проложенные в пределах общественного права проезда , называемые водопроводными магистралями , используются для транспортировки воды в распределительной системе. Водопроводные магистрали большого диаметра, называемые первичными питателями, используются для соединения между водоочистными сооружениями и зонами обслуживания. Вторичные питатели подключаются между первичными питателями и распределителями . Распределители — это водопроводные магистрали, которые расположены вблизи водопользователей, которые также подают воду в отдельные пожарные гидранты . [8] Линия обслуживания — это труба небольшого диаметра, используемая для соединения водопроводной магистрали через небольшой кран с водомером в месте нахождения пользователя. На линии обслуживания, расположенной вблизи уличного бордюра, имеется сервисный клапан (также известный как ограничитель ) для перекрытия воды в месте 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 изменяющиеся потребности ( сервисные резервуары ) или для выравнивания рабочего давления ( балансировочные резервуары ). Их также можно временно использовать для обслуживания противопожарных нужд во время отключения электроэнергии. Ниже приведены типы распределительных резервуаров:
Хранилища обычно располагаются в центре мест обслуживания. Нахождение в центральном месте сокращает длину водопроводных магистралей до мест обслуживания. Это снижает потери на трение при транспортировке воды по водопроводной магистрали. [4]
В целом, систему распределения воды можно классифицировать как имеющую сетевую, кольцевую, радиальную или тупиковую компоновку. [13]
Сетчатая система следует общей схеме дорожной сети с водопроводными магистралями и ответвлениями, соединенными в прямоугольники. При такой топологии вода может подаваться с нескольких направлений, обеспечивая хорошую циркуляцию воды и избыточность, если часть сети вышла из строя. Недостатки этой топологии включают сложность определения размера системы. [13]
Кольцевая система имеет водопроводную магистраль для каждой дороги, и есть ответвление от основной магистрали для обеспечения циркуляции для клиентов. Эта топология имеет некоторые преимущества сетчатой системы, но ее легче определить по размерам. [13]
Радиальная система подает воду в несколько зон. В центре каждой зоны вода подается радиально к потребителям. [13]
Тупиковая система имеет водопроводные магистрали вдоль дорог без прямоугольной схемы. Она используется для сообществ, дорожные сети которых нерегулярны. Поскольку между магистралями нет перекрестных соединений, вода может иметь меньшую циркуляцию, и поэтому застой может быть проблемой. [13]
Целостность систем подразделяется на физическую, гидравлическую и качество воды. [3]
Физическая целостность включает в себя опасения относительно способности барьеров предотвращать попадание загрязнений из внешних источников в системы распределения воды. Ухудшение может быть вызвано физическими или химическими факторами. [3]
Гидравлическая целостность — это способность поддерживать адекватное давление воды внутри труб по всем распределительным системам. Она также включает циркуляцию и продолжительность времени, в течение которого вода проходит по распределительной системе, что влияет на эффективность дезинфицирующих средств . [3]
Целостность качества воды — это контроль деградации, когда вода проходит через распределительные системы. Воздействие на качество воды может быть вызвано физическими или гидравлическими факторами целостности. Деградация качества воды может также иметь место в распределительных системах, таких как рост микроорганизмов, нитрификация и внутренняя коррозия труб. [3]
Анализы проводятся для помощи в проектировании, эксплуатации, обслуживании и оптимизации систем распределения воды. Существует два основных типа анализа: гидравлический и анализ поведения качества воды при ее прохождении через систему распределения воды. [14] Оптимизация проектирования сетей распределения воды является сложной задачей. Однако уже было предложено большое количество методов, в основном основанных на метаэвристике. [15] Использование математических методов оптимизации может привести к существенной экономии на строительстве в таких типах инфраструктур. [16]
Опасности в системах распределения воды могут быть микробного, химического и физического характера. [6]
Большинство микроорганизмов безвредны в системах распределения воды. Однако, когда инфекционные микроорганизмы попадают в системы, они образуют биопленки и создают микробные опасности для пользователей. Биопленки обычно образуются вблизи конца распределения, где циркуляция воды низкая. Это поддерживает их рост и делает дезинфицирующие средства менее эффективными. Распространенные микробные опасности в системах распределения возникают из-за заражения человеческими фекальными патогенами и паразитами, которые попадают в системы через перекрестные соединения , разрывы, водопроводные магистрали и открытые резервуары для хранения. [6]
Химические опасности связаны с побочными продуктами дезинфекции , выщелачиванием материалов труб и фитингов, а также химикатами для очистки воды. [6]
Физические опасности включают мутность воды, запахи, цвета, накипь, которая представляет собой скопления материалов внутри труб из-за коррозии, а также повторное образование осадка. [6]
В мире существует несколько организаций, которые разрабатывают 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; Standards Australia в Австралии; и Бразильская национальная организация по стандартизации в Бразилии. [6]
Загрязнение питьевой воды свинцом может быть вызвано выщелачиванием свинца, который использовался в старых водопроводных магистралях, линиях обслуживания, трубных соединениях, сантехнической арматуре и приборах. По данным ВОЗ, наиболее значительным источником свинца в воде во многих странах является свинцовая линия обслуживания. [6]
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 вызывать проблемы со здоровьем. [17]
Проблемы со здоровьем связаны с выбросами в воду следов металлов, 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 вызвать повреждение различных органов. Коррозия железных труб приводит к ржавому или красному цвету воды. Коррозия цинковых и железных труб может вызвать металлический привкус. [17]
Для контроля внутренней коррозии можно использовать различные методы, например, регулирование уровня pH , регулирование карбоната и кальция для создания карбоната кальция в качестве покрытия поверхности трубы и применение ингибитора коррозии . Например, фосфатные продукты, которые образуют пленки на поверхности труб, являются типом ингибитора коррозии. Это снижает вероятность выщелачивания следов металлов из материалов трубы в воду. [18]
Промывка гидрантов — это запланированный сброс воды из пожарных гидрантов или специальных промывочных гидрантов для очистки водопроводной магистрали от железных и других минеральных отложений. Еще одним преимуществом использования пожарных гидрантов для промывки водопроводной магистрали является проверка того, подается ли вода в пожарные гидранты под достаточным давлением для тушения пожара. Во время промывки гидрантов потребители могут заметить ржавый цвет в воде, поскольку в процессе поднимаются железные и минеральные отложения. [19]
После длительной эксплуатации водопроводных магистралей произойдет ухудшение структурных, водных и гидравлических характеристик. Структурные ухудшения могут быть вызваны многими факторами. Металлические трубы подвергаются внутренней и внешней коррозии, что приводит к утончению или разрушению стенок труб. В конечном итоге они могут протечь или лопнуть. Цементные трубы подвержены ухудшению цементной матрицы и армированной стали. Все трубы подвержены разрушению соединений. Ухудшение качества воды включает образование накипи, седиментации и образование биопленки. Образование накипи — это образование твердых отложений на внутренней стенке труб. Это может быть побочным продуктом коррозии труб в сочетании с кальцием в воде, что называется бугоркообразованием. Седиментация — это когда твердые частицы оседают внутри труб, обычно в углублениях между наростами накипи. При изменении скорости потока воды (например, внезапном использовании пожарного гидранта) осевшие твердые частицы будут перемешиваться, что приведет к изменению цвета воды. Биопленки могут образовываться в сильно масштабированных и, следовательно, шероховатых трубах, где бактериям разрешено размножаться, поскольку чем выше шероховатость внутренней стенки, тем сложнее дезинфицирующему средству убить бактерии на поверхности стенки трубы. Гидравлическое ухудшение, которое влияет на давление и потоки, может быть результатом другого ухудшения, которое препятствует потоку воды. [20]
Когда приходит время для обновления водопроводной магистрали, есть много соображений при выборе метода обновления. Это может быть замена в открытой траншее или один из методов восстановления трубопровода. Несколько методов восстановления трубопровода - это разрыв трубы , скольжение и футеровка трубы . [20]
При использовании метода восстановления на месте одним из преимуществ является более низкая стоимость, так как нет необходимости выкапывать грунт вдоль всего водопровода. Для доступа к существующему водопроводу выкапываются только небольшие ямы. Однако отсутствие водопровода во время восстановления требует строительства временной системы обвода воды, которая будет служить водопроводом в пострадавшем районе. [21] Временная система обвода воды (известная как временный обводной трубопровод [22] ) должна быть тщательно спроектирована, чтобы обеспечить достаточное водоснабжение клиентов в зоне проекта. Вода поступает из питающего гидранта во временную трубу. Когда труба пересекает подъездную дорогу или дорогу, следует установить крышку или холодную заплату, чтобы автомобили могли пересекать временную трубу. Временные сервисные соединения с домами могут быть выполнены через временную трубу. Среди многих способов сделать временное соединение, распространенным является подключение временного сервисного соединения к садовому шлангу. Временная труба также должна добавлять временные пожарные гидранты для защиты от пожара. [23]
Поскольку работы по водопроводу могут нарушить работу 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. [24]
.jpg/1280px-PWD_Great_Lakes_water_main_installation_(14058449987).jpg)
