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]
Водораспределительная сеть — это термин, обозначающий часть водораспределительной системы до точек обслуживания крупных потребителей воды или узлов спроса, где множество потребителей объединены вместе. [5] Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) использует термин « водопроводная система» для обозначения сети труб, обычно имеющей древовидную структуру, которая используется для подачи воды от водоочистных сооружений к сервисным резервуарам , и использует термин « распределение воды» . система сети труб, обычно имеющая петлеобразную структуру для подачи воды из сервисных и балансировочных резервуаров потребителям. [6]
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 индивидуальным пожарным гидрантам . [8] Сервисная линия — это труба небольшого диаметра, используемая для подключения водопроводной магистрали через небольшой кран к водомеру на месте нахождения пользователя. На линии обслуживания, расположенной возле обочины улицы , имеется сервисный клапан (также известный как ограничитель бордюра ) , 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:
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]
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 вода может подаваться 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 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 входит 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 происходить в распределительных системах, например, в результате роста микроорганизмов, нитрификации и внутренней коррозии труб. [3]
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 является сложной задачей. 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 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. Общие 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]
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]
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 — 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 водопровода 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]
После длительной эксплуатации водопровода ухудшаются структурные, качества воды и гидравлические характеристики. Структурное разрушение может быть вызвано многими факторами. В металлических трубах 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 , скольжение и облицовку труб . [20]
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 обводная система воды (известная как временный обводной трубопровод [22] ) должна быть тщательно спроектирована 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]
.jpg/1280px-PWD_Great_Lakes_water_main_installation_(14058449987).jpg)
