Městské vodovodní systémy jsou komplexem inženýrských staveb pro příjem, zvedání, čištění vody, její konzervaci a dodávku spotřebiteli. Zahrnuje následující struktury:
stavby pro příjem vody a první výtahové čerpací stanice, které dodávají vodu do míst jejího čištění;
sběrné nádrže na čistou vodu;
čerpací stanice druhého a následujících stoupání, dodávající vodu do města nebo do průmyslových podniků;
vodovodní potrubí a vodovodní sítě.
V praxi městského zásobování vodou existují různé systémy, které zásobují spotřebitele vodou centrálně. Celá řada systémů zásobování vodou může být klasifikována podle následujících kritérií:
• Podle druh použitých přírodních zdrojů, – vodovodní potrubí odebírající vodu z povrchových nebo podzemních zdrojů a systémy zásobování vodou smíšené spotřeby;
• podle typu spotřebitele – komunální (město, vesnice); požární ochrana; výroba, která se zase dělí podle průmyslu (vodovody chemických podniků, tepelné elektrárny, hutní závody atd.);
• Podle územní pokrytí spotřebitelů – místní (pro jeden objekt)a skupinové (nebo centralizované) systémy zásobování vodou, které obsluhují skupinu objektů;
• podle způsobů předkládání vody – vodovodní potrubí s gravitačně (gravitací) a s mechanickým přívodem vody (pomocí čerpadel);
• Podle frekvence používání vody –s cirkulací vody, se sekvenčním použitím v různých instalacích;
• podle povahy používání vody– přímý průtok, reverzní, sekvenční (s opětovným využitím vody);
• podle typu spotřebitele– voda pro domácnost a pitná voda, průmyslová, hasičská, zemědělská;
• na komplexnosti zákaznických služeb– integrované, neúplně oddělené, oddělené systémy.
Jednotný systém zásobuje pitnou vodou zpravidla všechny tři typy spotřebitelů. Takové systémy jsou vhodné v případech, kdy průmysl spotřebovává kvalitní pitnou vodu nebo relativně malé množství vody. Tyto systémy jsou jednodušší a mají relativně nižší náklady na výstavbu sítě, které obvykle činí asi 60 % nákladů celého vodovodního systému.
Neúplný samostatný systém používá se, když průmysl spotřebovává značné množství vody, jejíž kvalitativní požadavky jsou nízké. V tomto případě je výstavba integrovaného systému nerentabilní, protože neodůvodněné náklady na čištění vody pro průmyslové potřeby na kvalitu pitné vody vedou k výraznému nárůstu nákladů na výstavbu a provoz vodovodního systému.
Oddělené systémyzajistit výstavbu samostatných systémů pro potřeby pitné, průmyslové a požární ochrany. Takové systémy jsou velmi vzácné.
Schémata zásobování městskou vodou se liší souborem staveb nezbytných k zajištění vody v požadované kvalitě a množství. Celkový pohled na schéma zásobování vodou, které zahrnuje kompletní sadu zařízení na zásobování vodou, je znázorněno na obrázku. Zdrojem zásobování vodou jsou přírodní a umělé nádrže, řeky, podzemní artéské a podzemní vody, moře a oceány.
Systémy zásobování vodou pro průmyslové podniky jsou klasifikovány podle způsobů použití vody: přímý průtok, cirkulace a opětovné použití vody.
В průtočné systémyvoda je zpravidla součástí finálního produktu (např. při výrobě minerálních kyselin, kapalných suspendovaných komplexních hnojiv apod.) nebo výrazně mění své složení (např. voda pro elektrolyty v elektrolyzérech), a proto její opětovné použití je nepraktické. V tomto případě je vypouštěna po smísení s ostatními odpadními vodami do místní hydrografické sítě nebo převedena do čistíren.
В oběhové systémyOpětovné použití dodávky vody, pokud se voda používá především k chlazení, je vhodné ohřátou vodu ochladit (například v chladicích věžích) a dodat ji k opětovnému použití ve stejném zařízení. Z vodního zdroje je přitom dodáváno pouze 3-5 % z celkového množství spotřebované vody pro doplnění jejích ztrát při cirkulaci. Někdy je potřeba recyklovanou vodu nejen zchladit, ale také poslat k úpravě.
В systémy opětovného použitívoda vypouštěná jedním průmyslovým spotřebitelem může být využita jiným (např. voda po zachycení plynů fluoru při výrobě superfosfátu se používá při výrobě fluoridu amonného-hydrofluoridu). To umožňuje snížit množství vody odebrané z vodního zdroje.
Existují 4 schémata zásobování vodou:
1 – přímoproudý systém (voda je vypouštěna do nádrží bez čištění). Qp.p. – nenapravitelné ztráty vody ve výrobě, Qsp. – ztráta vody vypařováním.
spotřeba (průmysl, domácnost)
Qp.p. – ztráty vody z průmyslových výrobků,
Qisp – ztráta vody vypařováním.
2 – systém s čiřením odpadních vod na čistírnách odpadních vod.
spotřeba (průmysl, domácnost)
Qos. – ztráta vody odstraněné spolu s kalem z čistíren.
3 – vodovod s čištěním odpadních vod před vypuštěním do nádrže
spotřeba (průmysl, domácnost)
Qshl. – ztráta vody odstraněné s kalem z čistíren.
4 – systém zásobování cirkulační vodou. Spotřeba vody v něm je malá, daná spotřebou nutnou k doplnění nevratné spotřeby vody v procesu výroby a spotřeby a také periodickou výměnou vody v cirkulačních cyklech (odkalování). V tepelné elektrárně o výkonu 1 mil. kW, s přímou dodávkou vody, se ročně spotřebuje 1,5 km3 vody, s oběhovým systémem – pouze 0,12 km3, tzn. 13krát méně.
Strhávání – ztráta vody strháváním kapiček,
Qreset – ztráta vody při proplachování systému,
Qadd – voda odebraná z vodního útvaru k doplnění ztrát vody v systému.
V tomto systému zásobování vodou není odpadní voda po vyčištění vypouštěna do nádrže, ale je znovu použita ve výrobním systému a po každém výrobním cyklu prochází regenerací.
5 – bezodtokový vodovodní systém (uzavřený systém), nejslibnější, ale nejobtížněji dosažitelný.
Kritéria účinnosti vody
Efektivitu využívání vody lze hodnotit pomocí následujících tří ukazatelů dohromady.
Technická dokonalost vodovodního systému se hodnotí podle množství použité recyklované vody (%)
Efektivita využití vody odebrané ze zdroje se posuzuje faktorem využití
Nevratná spotřeba a ztráty vody (%)
kde Qrev a Qseq. – množství vody použité v oběhu a následně;
Qist. a Qsýr. – množství vody odebrané ze zdroje a vstupující se surovinami do vodovodního systému;
QNE – množství odpadních vod vypouštěných do nádrže.
Pro ekonomické posouzení vodovodů je nutné uvažovat náklady na používanou vodu, náklady na zásobování vodou a jejich podíl na nákladech výroby, ekologické škody způsobené na životním prostředí vypouštěním znečištěných odpadních vod, náklady na zásobování vodou a jejich podíl na výrobních nákladech, ekologické škody způsobené vypouštěním znečištěných odpadních vod. stejně jako ekonomický efekt použití každého z uvažovaných schémat.
Rýže. Náklady na vodu (C), kapitálové investice (K), poškození životního prostředí (U) a ekonomický efekt (E) při použití 1-4 vodovodních systémů.
Obecné schéma zásobování vodou se může lišit v závislosti na konkrétních podmínkách. Pokud například voda nevyžaduje čištění, jsou z režimu vyloučena čistírna a související zařízení. Když je zdroj umístěn ve vyšších nadmořských výškách než uživatelské zařízení, voda může být dodávána samospádem a není potřeba stavět čerpací stanice. Některé systémy využívají více zdrojů vody, což vede ke zvýšení počtu hlavních zařízení.
Přijímače vody, čerpací stanice a zařízení na úpravu vody.
Příjem vody je vodní stavba, která odebírá vodu z napájecího zdroje (řeky, jezera, nádrže) pro potřeby využití vody. Kromě toho existují přívody vody používané pro vodní energii, zavlažování atd. Vodovodní konstrukce musí zajistit přítomnost vody ve vodovodním potrubí
v daném množství,
v souladu s harmonogramem spotřeby vody.
Zařízení pro jímání vody z povrchových zdrojů jsou klasifikována podle typu zdroje (řeka, nádrž, jezero, moře atd.). Z říčních jsou nejběžnější pobřežní, kanálové, plovoucí a kbelíkové. Lze je kombinovat s prvními čerpacími stanicemi výtahu.
Pobřežní jímací stavby, používané na poměrně strmých březích řek, jsou velkoprůměrové železobetonové studny s čelní stěnou umístěnou do řeky. Voda do něj vstupuje otvory vybavenými mřížkami a poté prochází síťkami, které zajišťují mechanické čištění vody.
Průtokové jímací stavby, které se používají na plochých březích, mají zhlaví uložené v korytě řeky, voda teče samospádem do pobřežní studny, která je často kombinována s první čerpací stanicí výtahu.
Plovoucí konstrukce pro příjem vody jsou ponton nebo člun, na kterém jsou instalována čerpadla pro čerpání vody přímo z řeky. Voda je přiváděna na břeh potrubím s pohyblivými spoji položenými podél spojovacího mostu.
V konstrukcích pro příjem vody kbelíky voda teče z řeky nejprve do vědra (umělá přehrada) umístěného poblíž břehu. Samotné vědro se používá k sedimentaci sedimentů a také k potírání ledových jevů – rozbředlého sněhu, hlubokého ledu.
Odběr podzemní vody je vodní stavba pro shromažďování podzemní vody a její dodávání do vodovodních a jiných vodohospodářských systémů. Volba místa pro odběrové zařízení podzemní vody je dána geologickými a hydrogeologickými poměry území, vzdáleností od místa odběru vody apod. Konstrukčně se takové odběry vody dělí na studny a šachtové studny. Studny jsou nejuniverzálnějším, technicky vyspělejším typem odběru vody a používají se pro centralizované zásobování vodou. Mají vyšší produktivitu a plně vyhovují hygienickým požadavkům. Hloubka vrtů může dosáhnout 800 m. Průtok může dosáhnout 50 l/s i více. Stěny studní v nestabilních horninách jsou vyztuženy pažnicovými trubkami, které do sebe zapadají a v hranicích vodonosné vrstvy jsou zakončeny filtrem z pórobetonu, štěrku, keramiky a kovové sítě. K čerpání vody se používají ponorná čerpadla. Často jsou studny pro příjem vody vybaveny vodárenskými věžemi, které regulují tlak a ztráty vody ve vodovodní síti. Životnost studní je 10-15, někdy až 30 let.
Příjem vody konstrukce jsou určeny ke sběru vody ze zdroje a jejímu hrubému čištění, především z plovoucích předmětů.
Stanice čerpadelStanice čerpadel I, II a další stoupání slouží ke zvedání vody. Stanice výtahu 1 obvykle dodává vodu do úpravny, stanice výtahu P dodává vodu do nádrže řízení vody. Jejich nutnost je dána terénem a délkou vodní dopravy. Jsou vybaveny čerpadly, obvykle elektricky poháněnými, a ovládacím, výstražným a ovládacím zařízením. Mnoho čerpacích stanic je dálkově ovládaných a plně automatizovaných.
Zařízení na úpravu vodyzpracovávat přírodní vodu tak, aby měla vlastnosti, které splňují požadavky uživatelů. Pokud voda ve zdroji splňuje požadavky spotřebitele, není potřeba úpravna.
Voda z povrchových zdrojů zpravidla není vhodná k pití z důvodu výrazného zákalu, barvy a vyššího obsahu bakterií, než je přijatelné pro pitnou vodu. Voda se tedy před přivedením do vodovodního řádu v úpravnách vyčeří (suspendují se a odstraní koloidní nečistoty), odstraní se barva a dezinfikuje (zbaví se patogenních bakterií), změkčí atd.
Vyčištěná voda je dodávána do vodárenského zařízení přes vodovodní potrubí a s pomocí se rozšířil po celém jeho území vodovodní síť.
Vodovodní síť
Vodovodní síť je soubor vodovodních řadů (potrubí) pro zásobování vodou míst použití vody a je hlavním prvkem vodovodního systému.
Nazývá se vodovodní síť položená mimo hranice staveb externí. Na řad vodovodní sítě jsou napojeny tzv. domovní větve (potrubí), kterými je přiváděna voda do jednotlivých staveb.
Domy jsou vybaveny vnitřní vodovodní sítě.
Pro zařízení vodovodní sítě se používá vodovodní potrubí. Výběr potrubí závisí na požadovaném tlaku ve vodovodní síti, povaze půdy, způsobu instalace a ekonomických faktorech. Pro podzemní instalaci jsou nejběžnější litinové, azbestocementové a ocelové trubky, použitelné jsou také železobetonové a plastové. Hloubka pokládky potrubí závisí na úrovni zamrznutí půdy, teplotě vody a provozním režimu (na Ukrajině asi 1,5-2 m). Maximální hloubka uložení potrubí je dána potřebou chránit potrubí před zničením v důsledku přepravního zatížení.
Vodovodní sítě jsou vybaveny uzavírací ventily – klapky a ventily pro uzavírání jednotlivých úseků sítě, zařízení pro výdej vody, požární hydranty, někdy i pouliční stoupačky. Hydranty a klapky se obvykle instalují do speciálních prefabrikovaných nebo zděných studní krytých kovovými poklopy.
Podle technických podmínek by tlak vody ve vodovodní síti obydlených oblastí neměl překročit 6 atm. Pro zásobování vodou vícepodlažních budov jsou navíc vybaveny místní čerpací stanice.
Síť může být prstencový (skládající se ze samostatných sousedních uzavřených smyček-kroužků, které lze v případě nouze vypnout) a rozvětvený (slepá ulička), ve kterém je v případě havárie v kterémkoli úseku zastavena dodávka vody do všech úseků sítě nacházející se za škodou. Proto lze rozvětvené sítě instalovat pouze v případech, kdy jsou přerušení spotřeby vody přijatelné.
Šířka trasy vodovodní sítě musí být minimálně 40 m na obě strany osy při uložení vodovodního potrubí v nezastavěném území a 10 m v zastavěném území.
V místech, kde dochází k nucenému křížení vodovodních a stokových sítí v obydlené oblasti, je vodovod navržen výše než kanalizační řad. Vertikální vzdálenost mezi nimi je minimálně 0,4 m.
Při pokládání vodovodního potrubí paralelně ve stejné úrovni jako kanalizační potrubí musí být vzdálenost mezi potrubími alespoň 1,5 m, pokud průměr vodovodního potrubí není větší než 200 mm, a alespoň 3 m, pokud je průměr vodovodního potrubí je více než 200 mm.
Při paralelním pokládání vodovodního potrubí pod kanalizační potrubí musí být vzdálenost mezi stěnami potrubí ve filtračních zeminách minimálně 5 m. Kanalizační potrubí by nemělo být položeno nad vodovodním potrubím v místech, kde je možný pokles a havárie vodovodních sítí z důvodu vysoká hladina podzemní vody, pokládka sítě podél mechových střech, v seismických oblastech atd.
Není dovoleno umísťovat žumpy a jiné podobné objekty ve vzdálenosti menší než 20 m od vodovodních sítí.
Pro regulaci tlaku a průtoku vody, vytvoření její rezervy a sladění provozního plánu čerpacích stanic, které budují vodárenské věže a nádrže.
Vodárenská věž sestává z vodní nádrže, obvykle válcového tvaru, a nosné konstrukce (kufru). Regulační úlohou vodárenské věže je, že v době snížené spotřeby vody se v ní hromadí přebytečná voda dodávaná čerpací stanicí a je spotřebována v době zvýšené spotřeby vody. Výška vodárenské věže (vzdálenost od povrchu země ke dnu nádrže) zpravidla nepřesahuje 25 m, někdy 30 m; kapacita nádrže – od několika desítek metrů krychlových až po několik tisíc. Nosné konstrukce jsou převážně ocelové, železobetonové, někdy zděné, nádrže jsou převážně železobetonové a ocelové.
Nádrž na vodu, na rozdíl od vodárenské věže nemá nosnou konstrukci (kmen), ale instaluje se na vyvýšené plochy terénu. Někdy vodní nádrže slouží k udržení požárních a nouzových zásob vody. V dnešní době jsou nejběžnější nádrže vyrobeny ze železobetonu.
Kapacita nádrží by měla zajistit nepřetržitou dodávku vody ve špičce a také zásobu vody v případě nouze. Stěny a dno podzemních nádrží musí být vodotěsné (železobeton, cihla). Dno nádrže musí být nad hladinou spodní vody, v případě potřeby se sníží pomocí drenáže.
Systémy centralizovaného zásobování vodou v obydlených oblastech jsou rozděleny do tří kategorií podle stupně spolehlivosti zásobování vodou v závislosti na velikosti populace:
Já – více než 50 tisíc lidí,
II —50—0,5 tisíce lidí,
III – méně než 0,5 tisíce lidí.
Pro kategorii I je povoleno snížit dodávku vody na 30 % požadovaného průtoku až na 3 dny,
Vodovod je komplex staveb, které mají určité skupině spotřebitelů dodávat vodu v požadovaném množství a požadované kvalitě.
Vodárenský systém se vybírá na základě údajů o odběratelích vody, spotřebě vody a informací o dostupných zdrojích zásobování vodou.
Vodovod obydlené oblasti a průmyslového podniku musí zajistit získávání vody z přírodních zdrojů, čištění a dodávání do místa spotřeby. Kromě toho musí mít vodovodní systém určitý stupeň spolehlivosti. K provádění těchto úkolů se používají následující struktury, které jsou obvykle součástí systému:
a) vodárenské stavby, pomocí kterých je zachycována voda z přírodních zdrojů;
b) stavby pro přečerpávání vody, tj. čerpací stanice, které dodávají vodu do míst jejího čištění, skladování a spotřeby;
c) stavby pro zlepšení kvality vody;
d) vodovodní potrubí a vodovodní sítě sloužící k dopravě vody do míst její spotřeby a rozvodu;
e) věže a tanky, plnící roli kontrolních a záložních tanků.
Relativní umístění hlavních vodovodních zařízení je patrné z obecného schématu zásobování vodou.
Voda je odebírána z přírodního zdroje pomocí vodárenského objektu 1 a dodávána čerpadly stanice I – výtah 2 do úpraven 3. Voda je po vyčištění přiváděna do nádrží čisté vody 4, ze kterých je odebírána další skupinou čerpadel stanice II – výtah 5. A vodovodním potrubím 6 je přiváděna do vodovodní sítě 7, která dodává vodu přímo do vodovodních rozvodů. 8 – vodárenská věž, jejímž účelem je kompenzovat nesoulad mezi způsoby dodávky a spotřeby vody v určitých hodinách dne, v některých hodinách akumulovat přebytečnou vodu dodávanou a v jiných doplňovat její nedostatek.
Obrázek 17 – Schéma zásobování vodou
V závislosti na místních přírodních podmínkách a povaze spotřeby vody a také v závislosti na ekonomických úvahách se může schéma zásobování vodou a její základní prvky značně lišit. Přijatý zdroj zásobování vodou, jeho povaha, výkon, kvalita vody v něm, vzdálenost od objektu zásobovaného vodou atd. mají velký vliv na návrh vodovodního systému.
Vodárenská věž může být umístěna na začátku sítě, na konci sítě nebo v nějakém bodě mezi nimi. Uspořádání dalších struktur může být také odlišné. Při využívání podzemních vod se zhotovují stavby pro odběr vody ve formě studní (důlních, vrtných), odvodňovacích štol nebo různých záchytných staveb. Při použití povrchových zdrojů se používají vodní odběry různých typů a provedení, což jsou složité vodní stavby.
V případech, kdy není vyžadováno čištění vody, je systém zásobování vodou výrazně zjednodušen, nejsou potřeba nejen čistírny, ale často ani související nádrže na čistou vodu a druhá výtahová čerpadla.
Terén ovlivňuje charakter zásobování vodou. V horských oblastech mohou být zdroje zásobování vodou (jezera, nádrže, prameny) umístěny v nadmořských výškách výrazně vyšších, než jsou nadmořské výšky zásobovaného zařízení. V tomto případě lze vodu dodávat samospádem a není potřeba čerpací stanice.
Velký praktický význam mají skupinové a okresní vodovody, ve kterých jeden vodovod pokrývá více objektů, někdy pro různé účely (osady, průmyslové podniky, nádraží, zemědělství atd.). Obsluha několika zařízení jedním systémem zásobování vodou poskytuje značné ekonomické výhody, protože kapitálové náklady a provozní náklady takového systému zásobování vodou jsou nižší než podobné náklady na samostatné systémy pro každé zařízení. Zároveň se zvyšuje stupeň spolehlivosti zásobování vodou.
Rozmanitost systémů zásobování vodou, se kterými se v praxi setkáváme, lze klasifikovat podle následujících hlavních charakteristik:
Na нúčel
a) veřejné vodovody (potrubí) (města, obce);
b) průmyslové vodovodní systémy (průmyslové vodovodní systémy), které se zase rozlišují podle průmyslu:
– vodovodní potrubí chemických závodů;
– vodovodní potrubí tepelných elektráren;
– vodovodní systémy hutních a strojírenských provozů;
– vodovod pro železniční dopravu;
Podle zamýšleného účelu
– voda pro domácnost a pitná voda; – ekonomická a požární ochrana; – ekonomické a výrobní; – zalévání; – požární ochrana.
Podle typu využití přírodních zdrojů
– vodovodní potrubí přijímající vodu z povrchových zdrojů (řeka, jezero atd.);
