Система водораспределения - Water distribution system

Пример водораспределительной системы: насосная станция, водонапорная башня, водопровод, пожарные гидранты и инженерные сети.

Система распределения воды является частью сети водоснабжения с компонентами , которые несут питьевую воду из централизованных очистных или скважин потребителям для удовлетворения жилых, коммерческих, промышленных и противопожарных требований борьбы.

Определения

Водораспределительная сеть - это термин, обозначающий часть водораспределительной системы до точек обслуживания оптовых потребителей воды или узлов спроса, где множество потребителей сосредоточено вместе. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) использует термин систему передачи воды для сети труб, как правило , в виде древовидной структуры, которая используется для передачи воды от очистных сооружений до обслуживания резервуаров , а также использует термин систему распределения воды для сеть трубопроводов, которая обычно имеет петлевую структуру для подачи воды из служебных резервуаров и балансировочных резервуаров к потребителям.

Компоненты

Водопроводный кран

Система распределения воды состоит из трубопроводов, хранилищ, насосов и других принадлежностей.

Трубопроводы, проложенные в пределах полосы отчуждения, называемые водопроводами , используются для транспортировки воды в распределительной системе. Водопроводы большого диаметра, называемые первичными питателями , используются для соединения водоочистных сооружений и зон обслуживания. Вторичные фидеры подключены между первичными фидерами и распределителями . Распределители - это водопроводные сети, расположенные рядом с водопользователями, которые также подают воду на индивидуальные пожарные гидранты . Линия обслуживания - это труба небольшого диаметра, используемая для подключения от водопровода через небольшой кран к водомеру в месте нахождения пользователя. На линии обслуживания, расположенной рядом с уличным бордюром, есть сервисный клапан (также известный как ограничитель бордюра ), который перекрывает подачу воды в здание пользователя.

Хранилища или распределительные резервуары обеспечивают хранение чистой питьевой воды (после необходимого процесса очистки воды), чтобы гарантировать, что в системе достаточно воды для обслуживания при меняющихся потребностях ( вспомогательные резервуары ) или для выравнивания рабочего давления ( уравновешивающие резервуары ). Их также можно временно использовать для пожаротушения во время отключения электроэнергии. Ниже перечислены типы распределительных резервуаров:

  • Подземный резервуар для хранения или закрытый резервуар для готовой воды : подземный резервуар или большой резервуар, вырытый из земли, который полностью закрыт. Стены и дно этих резервуаров могут быть облицованы непроницаемыми материалами для предотвращения проникновения грунтовых вод.
  • Непокрытый готовый резервуар для воды : Большой резервуар, вырытый грунтом, который имеет соответствующие меры или облицовку для предотвращения стока поверхностных вод и проникновения грунтовых вод, но не имеет верхнего покрытия. Этот тип резервуаров менее желателен, поскольку вода не будет подвергаться дальнейшей обработке перед распределением, но она восприимчива к загрязнителям, таким как птичьи отходы, деятельность животных и человека, цветение водорослей и осаждение в воздухе.
  • Поверхностный резервуар (также известный как наземный резервуар для хранения и наземный резервуар ): хранилище, построенное на земле со стеной, облицованной бетоном, торкретбетоном , асфальтом или мембраной. Поверхность резервуара обычно закрывается для предотвращения загрязнения. Обычно они располагаются на возвышенности, где имеется достаточный гидравлический напор для распределения. Когда поверхностный резервуар на уровне земли не может обеспечить достаточный гидравлический напор в распределительную систему, потребуются подкачивающие насосы.
  • Водонапорная башня (также известная как надземный резервуар ): приподнятый резервуар для воды. Несколько распространенных типов: сферический приподнятый резервуар для хранения, стальной сфероидальный резервуар на вершине стальной колонны малого диаметра; композитный надземный резервуар, стальной резервуар на бетонной колонне большого диаметра; и гидропиллярные надземные резервуары, стальной резервуар на стальной колонне большого диаметра. Пространство внутри большой колонны под резервуаром для воды можно использовать для других целей, таких как многоэтажные офисные помещения и складские помещения. Основная проблема при использовании водонапорных башен в системе распределения воды - эстетика местности.
  • Напорная труба : резервуар для воды, который представляет собой комбинацию резервуара для хранения воды и воды из водонапорной башни. Он немного отличается от водонапорной башни тем, что напорная труба позволяет хранить воду от уровня земли до верхней части резервуара. Нижнее хранилище называется вспомогательным хранилищем, а верхняя часть, которая находится на той же высоте, что и водонапорная башня, называется полезным хранилищем.
  • Отстойник : это хранилище воды на случай непредвиденных обстоятельств, которое не используется для прямого распределения воды. Обычно он строится под землей круглой формы с куполом над землей. Вода из отстойника при необходимости будет перекачиваться в сервисный резервуар.

Складские помещения обычно расположены в центре пунктов обслуживания. Находясь в центре города, вы сокращаете длину водопровода до точек обслуживания. Это снижает потери на трение при транспортировке воды по водопроводу.

Топологии

В целом, водораспределительную систему можно классифицировать как решетчатую, кольцевую, радиальную или тупиковую.

Сеточная система соответствует общему плану дорожной сети с водопроводом 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 можно отнести сложность определения размера системы.

Кольцевая система имеет водопровод для каждой дороги, и есть вспомогательная магистраль, ответвленная от магистрали, чтобы обеспечить циркуляцию для клиентов. Эта топология имеет некоторые преимущества системы сетки, но ее легче определить размер.

Радиальная система подает воду в несколько зон. В центре каждой зоны вода подается потребителям радиально.

В тупиковой системе водопроводы проходят вдоль дорог без прямоугольного рисунка. Он используется для населенных пунктов, дорожная сеть которых нерегулярна. Поскольку между водопроводами нет перекрестных соединений, вода может иметь меньшую циркуляцию, и поэтому застой может быть проблемой.

Целостность систем

Целостность систем подразделяется на физическое, гидравлическое и качество воды.

Физическая целостность включает опасения по поводу способности барьеров предотвращать попадание загрязнений из внешних источников в системы распределения воды. Ухудшение может быть вызвано физическими или химическими факторами.

Гидравлическая целостность - это способность поддерживать адекватное давление воды внутри труб во всех распределительных системах. Он также включает циркуляцию и время, в течение которого вода проходит по распределительной системе, что влияет на эффективность дезинфицирующих средств .

Целостность качества воды - это контроль деградации воды по мере ее прохождения через распределительные системы. Влияние качества воды может быть вызвано факторами физической или гидравлической целостности. Ухудшение качества воды также может иметь место в распределительных системах, например рост микроорганизмов, нитрификация и внутренняя коррозия труб.

Сетевой анализ и оптимизация

Анализы проводятся, чтобы помочь в проектировании, эксплуатации, обслуживании и оптимизации систем распределения воды. Существует два основных типа анализа: гидравлический и анализ качества воды при ее прохождении через систему распределения воды. Оптимизация конструкции водораспределительных сетей - сложная задача. Однако уже предложено большое количество методов, в основном основанных на метаэвристике. Использование методов математической оптимизации может привести к значительной экономии на строительстве таких инфраструктур.

Опасности

Опасности в системах водоснабжения могут быть микробными, химическими и физическими.

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 поддерживает их рост и снижает эффективность дезинфицирующих средств. Общие микробные опасности в системах распределения возникают из-за заражения фекальными патогенами человека и паразитами, которые проникают в системы через перекрестные соединения , разрывы, водопроводные сети и открытые резервуары для хранения.

К химическим опасностям относятся побочные продукты дезинфекции , выщелачивание материалов трубопроводов и арматуры, а также химикаты для очистки воды.

К физическим опасностям относятся помутнение воды, запахи, цвета, накипь, которая является отложением материалов внутри труб в результате коррозии, и повторное взвешивание отложений.

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.

Ведущие сервисные линии

Загрязнение питьевой водой свинцом может происходить в результате выщелачивания свинца, который использовался в старых водопроводах, коммуникациях, стыках труб, сантехнической арматуре и арматуре. По данным ВОЗ, наиболее значительным источником свинца в воде во многих странах является линия обслуживания свинца.

Обслуживание

Контроль внутренней коррозии

Качество воды ухудшается из-за коррозии металлических поверхностей труб и соединений в распределительных системах. Коррозия труб проявляется в воде по цвету, вкусу и запаху, любой из которых может вызвать проблемы со здоровьем.

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. Сильное или длительное воздействие кадмия может вызвать повреждение различных органов. Коррозия железных труб приводит к образованию ржавой или красной воды. Коррозия цинковых и железных труб может вызвать металлический привкус.

Для контроля внутренней коррозии могут использоваться различные методы, например регулировка уровня pH , регулировка 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 одним из ингибиторов коррозии. Это снижает вероятность вымывания следов металлов из материалов труб в воду.

Промывка гидранта

Пожарный гидрант смывает ржавую воду

Промывка гидрантов - это плановый выпуск воды из пожарных гидрантов или специальных промывочных гидрантов для удаления железа и других минеральных отложений из водопровода. Еще одним преимуществом использования пожарных гидрантов для промывки водопровода является проверка того, подается ли вода в пожарные гидранты под давлением, достаточным для тушения пожара. Во время промывки гидранта потребители могут заметить цвет ржавчины в своей воде, поскольку при этом возникают отложения железа и минералов.

Обновление водопровода

После того, как водопроводная сеть будет эксплуатироваться в течение длительного времени, произойдет ухудшение конструкции, качества воды и гидравлических характеристик. Разрушение конструкции может быть вызвано многими факторами. В трубах на основе металла развивается внутренняя и внешняя коррозия, в результате чего стенки трубы истончаются или разрушаются. Со временем они могут протечь или лопнуть. Трубы на цементной основе подвержены износу цементной матрицы и армированной стали. Все трубы подвержены выходу из строя стыков. Ухудшение качества воды включает образование отложений, отложений и 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 бугристостью. Осаждение - это когда твердые частицы оседают внутри труб, обычно в углублениях между отложениями накипи. Когда происходит изменение скорости потока воды (например, внезапное использование пожарного гидранта), осевшие твердые частицы будут взбалтываться, вызывая обесцвечивание воды. Биопленки могут образовываться в трубах с крупной чешуей и, следовательно, с шероховатой поверхностью, где бактерии могут расти, поскольку чем выше шероховатость внутренней стенки, тем сложнее дезинфицирующему средству убить бактерии на поверхности стенки трубы. Гидравлический износ, влияющий на давление и расход, может быть результатом другого ухудшения, препятствующего потоку воды.

Когда приходит время обновления водопровода, есть много соображений при выборе метода обновления. Это может быть замена траншеи открытым способом или один из методов восстановления трубопровода. Некоторые методы восстановления трубопроводов включают разрыв труб , скольжение и футеровку труб .

Одним из преимуществ использования метода восстановления на месте является более низкая стоимость, поскольку нет необходимости проводить земляные работы вдоль всего водопровода. Для доступа к существующей водопроводной сети выкапываются только небольшие ямы. Однако отсутствие водопровода во время реабилитации требует строительства временной водопроводной системы, которая будет служить водопроводной магистралью в пострадавшем районе. Временная система байпаса воды (известная как временный байпасный трубопровод ) должна быть тщательно спроектирована для обеспечения надлежащего водоснабжения потребителей в зоне проекта. Вода из питающего гидранта забирается во временную трубу. Когда труба пересекает проезжую часть или дорогу, необходимо установить укрытие или защитную пленку, чтобы автомобили могли пересекать временную трубу. Временные технологические соединения с домами могут быть выполнены через временную трубу. Среди множества способов сделать временное подключение наиболее распространенным является подключение временного сервисного подключения к садовому шлангу. К временной трубе также следует добавить временные пожарные краны для защиты от пожара.

Поскольку водопроводные магистрали могут нарушать работу ведущих линий водоснабжения , что может привести к повышенному содержанию свинца в питьевой воде, рекомендуется, чтобы при планировании проекта обновления водопроводной сети водоканал работал с владельцами собственности над заменой свинцовых коммуникационных линий в рамках проэкт.

Смотрите также

использованная литература