Схемы и устройство водопроводных сетей

  Для транспортирования воды от источников к объекту водоснабжения служат водоводы. Они представляют собой два или более трубопровода, расположенных параллельно друг другу. Для подачи воды непосредственно к местам потребления (промышленным предприятиям, жилым зданиям и т. п.) оборудуют наружную водопроводную сеть. Поступление воды к точкам водоразбора внутри здания осуществляется по внутреннему водопроводу. По конфиryрации в плане наружной водопроводной сети подразделяют на кольцевые (замкнутые) и тупиковые (разветвленные).
  Кольцевые сети обеспечивают бесперебойную подачу воды, но для них требуется большое количество труб, арматуры и фасонных частей, чем для тупиковых.
  Тупиковые сети при меняют для водоснабжения небольших объектов, а также во время перерывов в водоснабжении и случаях возникновения аварий.
  В наружной водопроводной сети различают магистральные (главные) и распределительные (второстепенные) линии. Отдельный водопровод устраивают для технической воды, ибо соединение питьевого и технического водопроводов не допускается.
  Водопроводная вода из наружной сети под давлением поступает во внутреннюю сеть через уложенный в земле водопроводный ввод. Он представляет собой трубопроводное ответвление наружного водопровода до водомерного узла или запорной туры внутри здания.
  По положению разводящей линии относительно водоразборных точек различают системы с верхней и нижней разводкой. По  расположению трубопровода различают кольцевую и тупиковую  систему внутреннего водоснабжения. В системах с верхней  водкой разводящая магистраль находится выше точек водоразбора, в системах с нижней разводкой - ниже. Если давление в наружном водопроводе небольшое, то во внутренне водопроводе устанавливают насосы подкачки и напорный бак.
  Кольцевые внутренние водопроводные сети устраивают случаях, когда необходимо обеспечить бесперебойную подачу (на технологические цели, для противопожарных водоразборных  точек и др.). Если кольцевая сеть имеет 10 или более водоразборных точек, то ее к наружной сети подключают не менее чем вводами . Применение тупиковых схем ограничено.
  Наружные водопроводные сети прокладывают в грунте. В некоторых случаях (районы вечной мерзлоты) водопровод проводят  по поверхности земли на опорах и обязательно теплоизолируют. При прокладке водопровода в грунте глубина заложения труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в трубах и режима ее подачи. Для магистральных трубопроводов со строго определенным режимом работы глубину заложения рассчитывают. Во всех случаях глубина заложения трубы должна быть больше расчетной глубины промерзания грунта на 0,5 м от низа трубы, принимая во внимание возможные внешние нагрузки на поверхности земли.
  Водопроводные линии прокладывают соответственно рельефу местности с постоянной глубиной заложения, а также с уклоном на ровных местах. Уклон обеспечивает возможность опорожнения системы и выход воздуха в высших точках водопровода (через вантузы).
  На водопроводной сети в местах установки арматуры и фасонных частей с фланцевыми соединениями образуют водопроводные колодцы из кирпича или сборного железобетона. Их размеры определяются габаритами арматуры и глубиной водопровода. Колодцы бывают круглой и прямоугольной формы. На поверхности земли колодец заканчивается чугунным люком с крышкой.
  Внутренний водопровод прокладывают открытым способом по поверхностям строительных конструкций. Это упрощает монтаж и эксплуатацию трубопроводов.

Обработка воды

  Так как поверхностные воды содержат определенное количество растворимых и нерастворимых примесей, микроорганизмов  в том числе и болезнетворных, а подземные источники реальные вещества (железо, йод, бром, стронций: соли кальций,  магния и др.) и газ, то воду подвергают очистке и специальной обработке.
  Метод очистки воды и состав очистных сооружений зависят  от качества забираемой воды, назначения водопровода, производительности очистных сооружений и местных условий.
  Основными методами очистки воды являются осветление стаиванием и фильтрацией и обеззараживание (хлорированием,   бактерицидным облучением и др.).
  Воду очищают на очистных станциях. На них устанавливают  отстойники, фильтры, фтораторы, хлораторы, оборудуют реагентное хозяйство. Очистные сооружения, как правило, располагают  так, чтобы вода могла передаваться из одного сооружения в другие самотеком.
  Отстаивание проводится путем осаждения имеющихся в взвешенных частиц. Для улучшения этого процесса в воду добавляют химические реагенты - коагулянты (сернокислый глинозем, трихлорид железа , высокомолёкулярные флокулянты, например поликриламиды и др.). Приготовление коагулянта осуществляют в установках, называемых реагентным хозяйством.
  Раствор коагулянта тщательно перемешивают с очищаемой водой в смесителях. Далее вода попадает в камеру хлопьеобразования, затем направляется в отстойник. В отстойнике выпадают хлопья взвешенных частиц, и вода осветляется. Смесители, камеры хлопьеобразования и отстойники представляют собой железобетонные резервуары.При фильтрации очищенную воду пропускают через слой мелкозернистого фильтрующего материала (кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит), где происходит осаждение механических примесей. Для бесперебойной и надежной фильтрации устанавливают два фильтра или более. Различают скорые и медленные фильтры. Скорыми фильтруют воду, обработанную коагулянтами и обезжелезиваемую. Скорые фильтры подразделяют на открытые (самотечные) и закрытые (напорные).
  Скорые открытые фильтры представляют собой железобетонный резервуар с двойным днищем. Beрхнee днище является дренажным устройством для спуска профильтрованной воды (фильтрата) и поддерживает фильтрующий слой. Фильтрат собирается между днищами, после чего по трубопроводу его отводят в резервуар чистой воды через обеззараживатель. Для фильтрующей загрузки самотечных фильтров применяют кварцевый песок крупностью 0,8-2,5 мм. Толщина слоя зависит от крупности песка и бывает 0,7-2 м. Скорость фильтрации - 6-10 м/ч.
  Применяют также открытые фильтры с двумя фильтрующими слоями. Верхний слой из дробленого антрацита, нижний - из кварцевого песка. Производительность двухслойного фильтра почти в два раза выше однослойного. Вода из фильтра вытекает через дренажное устройство, которое может быть щелевым и колпачковым. Щелевое устройство - это система труб с щелями шириной  не более 1-1,5 мм. Колпачковый дренаж - система фарфоровых или пластмассовых пустотелых колпачков со щелями, вмонтированных в дренажное ДНО фильтра. При чрезмерном засорении фильтра механическими примесями его промывают чистой водой в течение 4-5 мин.
  Скорые закрытые фильтры включают стальной цилиндрический закрытый резервуар, колпачковое дренажное устройство и фильтрующую загрузку. Различают фильтры вертикальные и горизонтальные.

{mospagebreak}
  В напорный фильтр подают насосом фильтруемую воду, заполняя водой весь фильтр. Отфильтрованная вода вытекает под давлением, а промывная вода вместе с загрязнениями сливается водосток. Фильтр периодически промывают чистой водой. При напорном фильтровании предварительного отстаивания воды  не требуется.
Применяют также сверхскоростные напорные фильтры, работающие со скоростью фильтрации 100 м/ч. 
  С помощью медленных фильтров фильтруют воду, не обработанную коагулянтом. Их загружают песком и гравием – создают  поддерживающий слой.
  Хлорирование - самый распространенный метод обеззараживания воды. Процесс осуществляют в хлораторах хлорной известью или газообразным хлором. Хлорной известью обрабатывают  воду в водопроводах небольшого дебита. Хлор с водой образует  хлорноватистую кислоту, которая легко распадается на соляную  кислоту и атомарный кислород. Последний является сильным  окислителем и обладает бактерицидным действием. При хлорировании воды газообразным хлором процесс обеззараживания исходит аналогично.
  При хлорировании хлор вводят два раза: перед отстаиванием и  после фильтрования. Для этого расчетную норму хлора разделяют на две части. Хлор дозируют автоматические хлораторы. В хлоратор он поступает в сжиженном виде в баллонах. Так как вызывает коррозию стали, то резервуары, в которых обрабатывают воду, изготовляют из древесины или железобетона. Трубы подачи раствора хлорной извести применяют резиновые, эбонитовые, полиэтиленовые, полихлорвиниловые, стеклянные большой дозы хлора вода приобретает неприятный запах. Такую воду дехлорируют. Для нейтрализации воды в нее добавляют аммиак, гипосульфит натрия или сернистый газ.
Кроме того, для обеззараживания применяют гипохлорит на получаемый из поваренной соли электролитическим способом.
  Бактерицидное облучение воды осуществляют ртутно-кварцевыми лампами высокого давления или аргоно-ртутными лампами низкого давления, вмонтированными в бактерицидные установки  марок ОВ-IП; ОВ-50 (ОВ-IП-РРС); ОВ-150 и.др. Лампы испускают ультрафиолетовые лучи, обладающие бактерицидными свойствами.  Такие лампы называют бактерицидными и располагают их над поверхностью воды или погружают в нее. Этот способ обеззараживания более перспективен, так как в воду не добавляются посторонние агенты.
  Озонированием обрабатывают воду, мутность которой не превышает 15 мг/л. Озон попутно уменьшает цветность, посторонние привкус и запах воды. В зависимости от состава примесей применяют один или несколько видов специальной обработки воды: умягчение, обезжелезивание, стабилизацию, фторирование, обесфторирование, минерализацию, обессоливание, дегазацию.
  Умягчение воды осуществляется реагентным (наиболее распространенным известково-содовым) и катионитовым способами умягчения в том случае, если жесткость воды превышает 7 мг экв/л.
  Для умягчения известково-содовым способом в воду одновременно добавляют реагенты в виде раствора извести  и соды. Известь добавляют для устранения  карбонатной (временной) жесткости, а соду - для устранения некарбонатной (постоянной) жесткости. Реагенты вступают в реакцию с жесткими солями воды (соли Са и Mg), образуют малорастворимые в соде соединения СаСОз и Mg(OH)2  выпадающие в осадок; для ускорения процесса выпадения осадка добавляют коагулянт - железный купорос.

{mospagebreak}
  Катионитовый способ умягчения воды заключается в способности катионов обменивать ионы. Катионит связывает жесткостные ионы воды (Са, Mg), а взамен выделяет в воду натриевые или водородные ионы. Поэтому различают два типа катионов - Nа-катиониты и Н-катиониты. .
  Установка для катионитного умягчения представляет собой закрытый фильтр. Вместо кварцевого песка фильтр загружен катионитовым песком, сульфоуглем, искусственными катионитами. Такие фильтры называют катионитовыми.
  Катионитовые фильтры периодически промывают, пропуская воду в обратном направлении. После промывки катионит регенерирует: через катионитовый фильтр, загруженный Nа-катионитом, пропускают раствор поваренной  соли.  Н-катионит таким же способом обрабатывают раствором серной кислоты.
Обезжелезивание воды проводят аэрацией, коагулированием, известкованием, катионированием (катионит - сульфоуголь).
  Наиболее удобный и экономичный способ обезжелезивания - аэрация. Для обработки этим способом воду пропускают через  аэрационное устройство, контактный резервуар и скорый закрытый фильтр. В аэрационном устройстве вода насыщается родом. Двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, которое образует не растворимый в воде бурого цвета гидроксид железа Fe(OH)3. Процесс его образования происходит в контактном  резервуаре. Осаждение гидроксида железа из воды осуществляется в фильтрах.
  Аэрацию воды проводят разными способами. Наиболее распространенные - нагнетание воздуха в воду через дырчатые трубы, пропуск воды через контактные или вентиляторные градирни, подача воздуха во всасывающий патрубок насоса и др.
  Стабилизацией воды называют такую ее обработку, при которой вода теряет способность откладывать соли и тем самым вызывать коррозию. Стабилизация важна при оборотном водоснабжении, в теплообменных аппаратах, охладительных установках и в  системах горячего водоснабжения.
  Воду стабилизируют подкислением соляной или серно кислотами, рекарбонизацией углекислым газом, фосфатированием  тринатрийфосфатом, суперфосфатом.
  Фторирование воды необходимо для доведения содержания  фтора до оптимального содержания 0,5-1,5 мг на 1 л питьевой  воды. Отсутствие в организме человека фтора способствует проникновению кариеса зубов и некоторых других заболеваний. Воду фторируют кремнефторидом или фторидом натрия, кремнефторидом аммония на установках фторирования. Однако концентрация фтора в воде выше нормы вредна и недопустима, поэтому в  некоторых случаях подземные воды приходится обесфторивать  на фильтрах, загруженных активированным оксидом алюминия.
  Для обработки воды в небольших количествах применяют комплексные установки, которые успешно используют повсеместно. Для приема и хранения воды, поступающей от насосных станций первого подъема, станций очистки для приема воды в оборотном водоснабжении; ее хранения регулирующего объема в противопожарных и аварийных запасов сооружают запасные резервуары. Их выполняют из железобетона. Они могут быть монолитными и сборными. Для водонепроницаемости внутренние  поверхности стенок и днище резервуара покрывают водонепроницаемым слоем (торкретируют).  При объеме до 2000 м3 резервуары обычно сооружают круглой формы в плане, при большем объеме - прямоугольной формы.
  Резервуары закрывают слоем земли для уменьшения влияния на воду температуры воздуха. Вместимость резервуаров определяют расчетами.