Основные виды потребления воды. Объекты водоснабжения

Размеры и мощности отдельных элементов инженерных систем водоснабжения устанавливают исходя из заданных нагрузок для этих элементов (или предполагаемых нагрузок в процессе их экс­плуатации). Нагрузки представляют собой расчетные количества воды, которые эти элементы должны подавать или транспортировать в единицу времени, аккумулировать или хранить. Основой для определения нагрузок служат заданные количества потребляемой воды, режим ее потребления, а также требуемые и допустимые значения давлений в водопроводной сети.

Различают следующие основные виды (категории) потребления воды:

1) на хозяйственно-питьевые нужды населения;

2) на производственные нужды промышленных предприятий;

3) на поливку и мойку территорий населенных пунктов (улиц, площадей), поливку зеленых насаждений, работу фонтанов и т. п.*;

4) на тушение пожаров.

* Полив сельскохозяйственных полей в задачу систем водоснабжения не входит и осуществляется системами орошения.

Первые три категории предусматривают непрерывную, хотя и изменяющуюся во времени, подачу воды, четвертая категория пред­усматривает эпизодическую подачу воды (при возникновении пожа­ров), осуществляемую за счет имеющихся резервных емкостей. Необ­ходимость подачи воды для нужд пожаротушения следует учитывать при проектировании и устройстве водопровода.

Система водоснабжения должна удовлетворять нужды всего объекта, который она обслуживает. Большинство объектов водо­снабжения представляет собой комплекс потребителей воды раз­личных категорий.

Наиболее характерными объектами водоснабжения являются:

1) населенные пункты (города и поселки различного типа);

2) промышленные предприятия или группы предприятий (про­мышленные комплексы), расположенные вне города;

3) сельскохозяйственные объекты (сельскохозяйственные пред­приятия, поселки, пастбища и т. п.).

Все эти объекты водоснабжения требуют подачи различных ко­личеств воды для перечисленных категорий водопотребления.

Город как комплексный объект водоснабжения

Все населенные пункты и особенно крупные города представляют собой весьма сложные комплексы разнообразных потребителей воды.

Расходование воды на хозяйственно-питьевые нужды населения является основной категорией водопотребления в городе. Коли­чество расходуемой воды зависит от степени санитарно-технического благоустройства районов жилой застройки и от климатических условий.

Анализ фактических расходов воды по этой категории водопотребления на одного жителя для различных условий дает основан и для составления норм хозяйственно-питьевого водопотребления (табл. 1.1). Эти нормы, периодически пересматриваемые, включены в главу СНиП-31-74 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Их следует использовать при составлении проектов городских водо­проводов для определения расчетных объемов потребления воды на хозяйственно-питьевые нужды.

Таблица 1.1

Приведенные в табл. 1.1 нормы включают расходы воды на хозяй­ственно-питьевые и бытовые нужды в жилых и общественных зда­ниях, в том числе на предприятиях коммунально-бытового обслу­живания населения.

Выбор норм водопотребления в пределах, указанных в табл. 1.1, следует производить с учетом природно-климатических условий, мощности источника водоснабжения, степени благоустройства, этаж­ности застройки, уклада жизни населения и других местных условий.

Количество воды на нужды местной промышленности, обслужи­вающей население, и неучтенные расходы допускается принимать в размере 5—10% суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта.

Следует иметь в виду, что при централизованной системе горя­чего водоснабжения с непосредственным отбором воды из тепловых сетей до 40% общего расхода воды подается потребителям из сетей теплоснабжения.

Зная число жителей в отдельных районах города с различной степенью санитарно-технического благоустройства жилищ, можно определить средний за год суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды города в целом:

Для правильного расчета систем водоснабжения весьма важно учитывать неизбежные изменения и колебания во времени принятых значений расчетных объемов водопотребления. Такие изменения происходят в результате постоянного изменения (увеличения) полного расхода воды городом в течение периода работы системы водоснабжения до ее реконструкции (расширения) и пуска в эксплуатацию новых водопроводных сооружений. За рассматриваемый период t, лет, годовой расход воды и соответственно средний за год суточный расход воды Q будут меняться как вследствие увеличения числа жителей N, так и (весьма часто) вследствие повышения степени благоустройства районов жилой застройки (т. е. изменения величины q). Таким образом, полный расчетный расход воды должен быть определен в соответствии с на­меченными (в данном городе) ростом населения (величины ) и повышением уровня санитарно-технического оборудо­вания жилищ.

Рис.1.1.

Расчетный срок t с момен­та пуска новых сооружений ( на рис. 1.1) до очередного рас­ширения или реконструкции во­допровода ( на рис. 1.1) определяют исходя из предельной пропускной способности проектируемых водопроводных сооружении (ломаная ли­ния 1 на рис. 1.1) и намеченных (предполагаемых) темпов роста водопотребления (кривая 2).

В пределах каждого года происходят циклические колебания су­точного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды: сезонные, связанные с изменениями температуры, влажности в отдельные се­зоны года, а также недельные, обусловливаемые особенностями во­допотребления в отдельные дни недели (праздничные, предпразд­ничные, будние и т. п.). Наблюдения, проводимые в течение ряда лет за изменениями суточного водопотребления в разных условиях, позволяют определить некоторые численные осредненные «коэффи­циенты неравномерности» суточного расхода (т. е. отношения наибольшего или наименьшего суточного расхода к среднему), на осно­вании которых принимаются нормативные коэффициенты. В СНиП II-31-74 даны следующие значения коэффициентов неравномерности наибольшего и наименьшего суточного расхода: , . Таким образом, наибольший и наимень­ший (за год) расчетные суточные расходы составляют соответствен­но:

Наибольший (расчетный) суточный расход является основой для расчета большинства сооружений систем водоснабжения и, в част­ности, для расчета систем подачи и распределения воды.

Расходование воды на производственные и бытовые нужды про­мышленных предприятий, расположенных на территории города или в непосредственной близости к его границам, составляет сле­дующую категорию водопотребления в городе.

Расход воды на нужды производства, как правило, задается технологами предприятия. Однако проектировщики городского водо­провода и работники производственных предприятий водопроводно-канализационного хозяйства города в целях рационального ис­пользования воды питьевого качества должны требовать от предприятий, желающих пользоваться водой из городского водопровода, принятия всех мер по экономии воды, в частности, введения на предприятиях оборотного водоснабжения и последовательного ис­пользования воды.

Объемы потребления воды на нужды производства могут посто­янно расти в течение расчетного периода работы водопровода до его реконструкции. Этот рост связан с расширением предприятий и, следовательно, расчетные расходы воды на последний год расчетно­го периода определяются планами развития предприятий на этот срок.

Многие технологические процессы промышленных предприятий обусловливают постоянный в течение года объем водопотребления. Иногда объемы водопотребления изменяются по сезонам года. Так, на предприятиях, использующих воду для охлаждения аппаратуры, сред, изделий или конденсации пара (теплосиловые электростан­ции), расход воды зависит от ее температуры (охладительного эф­фекта) и поэтому в холодные сезоны года он меньше, чем в теплые.

Согласно существующим нормам, расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве учитывается дополнительно к тем хозяйственно-питьевым расходам, которые им полагаются как жителям города или рабочего поселка. Эти дополнительные расходы составляют на одного рабочего в смену в цехах со значительным выделением тепла 45 л, а в остальных цехах 25 л*. Кроме того, на производствах, связанных с загрязне­нием тела или требующих особого санитарного режима, должен быть предусмотрен расход воды в душевых из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку в течение 45 мин**. Для указанных нужд требуется использование воды питьевого качества, поэтому она обычно забирается из сети городского водопровода.

* С коэффициентом часовой неравномерности соответственно 2,5 и 3.

** По нормам одна душевая сетка устанавливается на 15; 7 или 5 рабочих в зависимости от степени загрязнения, обусловленного характером производ­ства.

Расходование воды на поливку улиц и зеленых насаждений. Рас­четные расходы воды на эти нужды зависят от размеров поливае­мых площадей и «удельной нормы» расхода воды на единицу площа­ди. СНиП II-31-74 предусмотрены следующие удельные нормы расхода воды, л/м²:

Число поливок в сутки устанавливают в зависимости от клима­тических условий.

При отсутствии данных о площадях поливки допускается прини­мать ориентировочно расход воды на поливку от 50 до 90 л/сут на одного жителя в зависимости от природно-климатических усло­вий, мощности источника водоснабжения, от степени благоустройст­ва населенных пунктов и других местных условий.

Расход воды на поливку подвержен сезонным колебаниям. Наи­больший расход соответствует наиболее теплым и сухим периодам года.

Площадь поливки можно определять непосредственно по плану города (на расчетный год его развития). Для приближенных рас­четов площадь улиц, проездов и площадей можно определять ориен­тировочно в соответствии с нормами планировки и застройки на­селенных пунктов.

Потребность в воде на поливку улиц и зеленых насаждений удо­влетворяют различными путями в зависимости от техники поливки. В настоящее время поливку улиц осуществляют частично поливоч­ными машинами и частично вручную (с помощью рукавов, присоеди­няемых к ответвлениям внутренних водопроводов). Поливочные машины могут набирать воду в свои цистерны из сети городского во­допровода через специальные краны (колонки) или из различных водоемов, расположенных на территории города, а также из при­родных водоемов. В последнем случае расходы на поливку не должны обеспечиваться городским водопроводом и их не включают в его расчетные расходы. Если используемые искусственные водоемы по­полняются в результате аккумулирования атмосферных осадков, то забираемое из них для поливки количество воды также не включа­ют в расчетные расходы водопровода.

В расчетный расход воды на поливку включают расходы, которые забираются через ответвления от внутренних водопроводов, и рас­ходы, отбираемые поливочными машинами через специальные колонки из городского водопровода или из емкостей (специаль­ных или общегородских), пополняемых из водопроводной сети.

Определенный расчетом суточный расход на поливку (для теплых и сухих сезонов) следует включать в максимальный суточный рас­ход городского водопровода.

Расходование воды на тушение пожаров. Как уже было указано, этот вид водопотребления носит специфичный характер, поскольку является эпизодическим и вызывается случайными событиями. Сис­тема водоснабжения должна обеспечить возможность подачи тре­буемых количеств воды к месту пожара в любой момент.

Таблица 1.2.

При расчетах систем водоснабжения необходимо знать расчетный пожарный расход, т. е. количество воды, подаваемой в единицу времени для нужд пожаротушения, и общий запас воды, требуемый для тушения пожара.

Согласно СНиП II-31-74, расход воды на тушение одного пожа­ра в городах и поселках определяется в зависимости от числа жите­лей и характера застройки (табл. 1.2).

Приведенные в табл. 1.2 данные позволяют определить общий расход, который необходимо подавать на нужды пожаротушения (при возникновении пожаров).

В СНиП указана расчетная длительность тушения пожара 3 ч. Соответственно этому может быть определено общее количество во­ды, затрачиваемой на тушение одного или нескольких одновремен­ных пожаров.

Расход воды для пожаротушения на промышленных предприяти­ях определяется в зависимости от характера производства и степе­ни огнестойкости производственных зданий. При ширине произ­водственных зданий до 60 м следует пользоваться данными табл. 1.3, для зданий шириной 60 м и более — данными табл. 1.4.

Расчетное число одновременных пожаров для объединенных про­тивопожарных водопроводов населенного пункта и нескольких рас­положенных в нем промышленных предприятий определяется по согласованию с органами пожарного надзора.

В водопроводах населенных пунктов в сеть может подаваться только вода питьевого качества, поэтому обычно должен быть пред­усмотрен (и постоянно обеспечен) запас воды в резервуарах чистой воды при очистных станциях, откуда ее забирают во время пожара Насосами и подают в сеть. При проектировании этих резервуаров предусматривают дополнительный объем для пожарного запаса воды. В результате пожарный расход не отражается непосредственно на работе очистных и водозаборных сооружений городского водопровода.

Таблица 1.3.

В отдельных случаях хранение пожарного запаса воды осущест­вляется в напорных регулирующих резервуарах, откуда она может подаваться самотеком (при условии неприкосновенности пожарного запаса при обычном водопотреблении).

Нормами предусматриваются необходимые сроки пополнения из­расходованного пожарного запаса: 24 ч — в населенных пунктах и на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям А, Б и В; и 36 ч — на промыш­ленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г и Д.

Для расчета систем подачи воды на случай пожара нормами предусматривается его возможность в часы наибольшего водопотребления.

Необходимость подачи пожарного расхода должна быть учтена при проектировании насосных станций II и последующих подъемов. Водопроводная сеть должна быть проверена на пропуск пожарного расхода.

При обычно применяемых системах пожаротушения низкого дав­ления вода отбирается из сети специальным пожарным насосом. При этом в сети должен быть обеспечен напор не менее 10 м.

Таблица 1.4.

Обеспечение потребностей города в воде и определение суммар­ных расчетных суточных расходов воды.

После определения суточ­ных расходов по отдельным категориям водопотребления должно быть принято обоснованное решение о целесообразности подачи воды единой системой или устройства на территории города несколь­ких систем водоснабжения.

Опыт и технико-экономический анализ показывают, что в боль­шинстве случаев на территории города целесообразно устройство единой системы подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды на­селения (в жилых и общественных зданиях); на хозяйственно-питье­вые и санитарные нужды рабочих во время их пребывания на производстве; на технологические нужды производства, требующего воды питьевого качества; на технологические нужды мелких предприя­тий и мастерских, рассредоточенных по территории города, неза­висимо от их требований к качеству воды; на тушение пожаров в городе. Часто эта же система подает воду на поливку улиц и насаждений и на нее возлагается задача подачи воды для тушения пожаров на промышленных предприятиях, расположенных на территории города. Иногда в городе устраивают самостоятельную систему по­ливочного водопровода.

Вода на технологические нужды промышленных предприятий, на­ходящихся в городе, может забираться как из городского водопро­вода, так и из природных источников — в зависимости от количест­ва потребляемой «производственной» воды и требований к ее качеству

Предприятия отдельных «водообильных» отраслей промышлен­ности и энергохозяйства (тепловые электростанции, металлурги­ческие, нефтеперерабатывающие и другие предприятия) потребля­ют весьма большие количества воды (в основном для целей охлажде­ния), не предъявляя высоких требований к ее качеству. Часто для этих целей может быть использована вода природных (в основном поверхностных) источников без специальной очистки. Для подобных предприятий (или групп предприятий) экономически целесообраз­но устраивать самостоятельные системы производственного водо­снабжения, не связанные с городским водопроводом.

При устройстве на предприятиях систем оборотного производст­венного водоснабжения может оказаться рентабельной подача им из городского водопровода «свежей» воды для восполнения потерь в оборотных циклах (составляющих 3—5% количества оборотной воды).

Выбор оптимального решения осуществляется путем технико-экономического сравнения возможных вариантов. Безусловно целе­сообразна подача воды из городского водопровода на производст­венные нужды тех предприятий, которым требуется вода питьевого качества. Обычно из городского водопровода приходится также по­давать воду многочисленным мелким производственным предприя­тиям, мастерским.

Для подачи воды на технологические (производственные) нужды всех крупных и средних промышленных предприятий целесооб­разно устраивать самостоятельные системы производственного водо­снабжения (из природных источников)— отдельно для каждого пред­приятия или групповые.

При значительном удалении пригодных для использования при­родных источников от города иногда осуществляют подачу неочищенной воды от источника до территории города, затем часть воды под­вергают очистке и подают в сеть городского водопровода, а осталь­ную воду используют без очистки на промышленных предприятиях.

Указанные решения позволяют определить суммарные расчетные суточные расходы воды для системы.

Полный максимальный суточный расход включает:

а) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды на­селения в сутки наибольшего водопотребления

б) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве (он предполагается неизмен­ным в течение года);

в) расход воды на производственные нужды предприятий (для сезона наибольшего потребления воды);

г) поливочный расход (если поливка осуществляется из сети городского водопровода).

Полный минимальный суточный расход включает:

а) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды на селения в сутки наименьшего водопотребления ;

б) расход воды на питьевые нужды рабочих на производстве;

в) расход воды на производственные нужды предприятий (для сезона наименьшего потребления воды).

Средний суточный расход включает:

а) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды Q;

б) средний за год суточный расход воды на нужды предприятий, снабжаемых водой из городской сети;

в) поливочный расход — с учетом местных климатических условий.