Традиционные схемы водоснабжения.

Несмотря на многообразие схем водоснабжения городов и промышленных объектов их можно свести к нескольким типовым решениям. В любом случае кокретная схема водоснабжения будет аналогична описанной или комбинацией из них.

Схема №1. Водозабор с водонапорной башней.

Схема совершенно тривиальная и функционирует по одному алгоритму: в зависмости от уровня в башне необходимо включать и выключать насосы артезианских скважин. Давление в городской сети в полном соответствии с законами физики равно уровню в резервуаре плюс высота башни, если его выражать в метрах водяного столба (кто не помнит – 10м воды приблизительно 1 атмосфера). От интеллекта персонала зависит порядок включения и выключения насосов – от все по одному уровню до установки индивидуальных уровней в зависимости от рентабельности насоса и времени суток (в этом случае появляется алгоритм обеспечивающий равномерную по количеству отработанных часов работу насосов) . Регулирование включения с учетом времени суток целесообразно при двух тарифной системе оплаты электроэнергии, если объем башни покрывает потребности ночного водоразбора.

Теоретически в башне должен быть установлен датчик уровня для сохранения пожарного запаса воды. По сигналу этого датчика запрещается водоразбор- подача воды из башни, но на это все давно наплевали.

Как вариант может производится водозабор из открытого водоема (река-озеро), это совершенно не меняет алгоритмов и идеологии, а только тип применяемых для водоподъема насосов.

Схема №2. Водозабор со станциями второго подъема.

Вырождением данной схемы является вариант, который можно найти влюбом дачном доме – один насос(погружной, артезианский или самовсасывающий) и напорный бак-накопитель (гидрофор). Алгоритм управления полностью аналогичен ранее описанному, только вместо уровней в башне для управления насосом используются значения давления, получаемые от реле давления. Для промышленных систем с гидрофороми большого объема необходим контроль уровня воды в нем. Для этого в бак устанавливается поплавковый датчик уровня на два положения, контролирующий работу компрессора, закачивающего в гидрофор воздух для обеспечения избыточного давления. Вода из гидрофора вытесняется воздухом, при снижении давления до установленного уровня включается насос, при достижении установленного давления насос выключается. Если воздуха в баке мало, то высокий уровень воды включает воздушный компрессор. Воздух вытесняет воду в сеть до установленного уровня и компрессор выключается. Проще только колодезный журавль.

Если башню закопать в землю по самый резервуар, то возникнет необходимость создания давления в городской распределительной водопроводной сети. Для этого строятся насосные второго подъема. Насосы поддерживают давление в городской сети согласно показаний датчика давления членом профсоюза, включающим или выключающим насосы второго подъема или (патологический случай!) прикрывающим выходную задвижку. Возникает мысль построить водонапорную башню и регулировать работу насосов по уровню в башне. Очень распостраненное решение. В цивилизованных странах устанавливают на вторых подъемах станции с частотнорегулируемым приводом. С приводом все ясно и описывать процесс не будем.

Все что писалось про башню справедливо и для накопительных резервуаров, включая датчик пожарного уровня. Традиционно резервуары обладают большим нежели башня объемом и поэтому более переспективны для внедрения двух тарифной системы оплаты электроэнергии. Ночью, когда электроэнергия дешевле работают менее экономичные насосы артезианских скважин, а днем, если емкости резервуаров хватает на день, работают только более экономичные насосы второго подъема.

Для высотных домов строятся насосные станции третьего подъема. Это позволяет снизить общее давление в городских магистралях с массой приятных последствий – от снижения потерь до экономии электроэнергии.

После установки ЧРП, а может и раньше, приходит понимание, что давление на выходе станции второго подъема иногда сильно отличается от давления в некоторых районах города. Продвинутые (Advanced) в таких случаях устанавливают датчики давления в судьбоносных (диктующих) точках и эту информацию передают на ЧРП. Результаты в этом случае могут быть поразительные......

Пытливый ум в больших городах может заметить различные комбинации вышеприведенных схем – после насосных второго подъема башни и далее насосные третьего подъема, открытий водозабор в сочетании с артезианскими скважинами. Чудесам нет конца.

Одно из чудес – подъем воды из пласта вакуумными насосами. В водоносный слой опускаются трубы соединенные общим коллектором с резервуаром. В верхней части устанавливается компрессор для создания разрежения. Вода всасывается в резервуар и насосми из резервуара подается в городскую сеть.

Контроль производительности подобной системы легко осуществлять установкой ЧРП на компрессор с последующей реализацией тупого алгоритма - чем больше тем больше. С водоподъемом можно закончить, отметив что любую схему можно выродить в описанные или их комбинацию. Все это нагромождение технических средств должно решать легко формулируемую задачу – иметь воду с определенным давлением в определенных точках городской сети.

К сожалению гордская сеть - набор бесчувственного железа абсолютно невменяемого лозунгами. Для контроля за ее состоянием приходится создавать системы, состоящие из точек измерения давления и потока в определенных местах города с передачей этой информации в контрольный центр. Сети разрастаюся через переключающие камеры – скопища задвижек, которые руки чешутся сделать управляемыми и следить и контролировать за перетоками воды (суточными и сезонными) из спальных районов в промышленные или из окраин в центр и наоборот.

Схема №3. Вакуумная насосная.

Дистанционное управление задвижками легко решает проблему самоочистки труб, позволяя изменять направление течения воды. Можно изучать эволюцию перехода от деревянных труб через железные к пластиковым, но про водоподъем принципиально все.

Системы водоочистки.

Для тех, кто прогуливал, уроки напомним, что процесс очистки растворов и взвесей (поднятая вода является и тем и другим, впрочем как и фекалии или сточные воды) заключается в механической очистке от взвесей и в переводе растворенных веществ в нерастворяемый осадок с его последующим удалением.

Основным растворенным веществом в воде является железо. В удалении железа из воды более всего заинтересованы китайские прачечные, сами предприятия водоснабжения и продавцы железосодержащих медикаментов, остальные относятся к этому как к теологической проблеме (с такой же степенью заинтересованности).

Подробно рассмотрим процесс удаления железа на станциях удаления железа или обезжелезования. Глобально станции бывают двух типов – с напорными фильтрами или открытыми.

Схема №4. Открытая станция обезжелезования.

Если Вам надоели уточки и прочие плавающие в ванной игрушки, спустите воду, заткните сливное отверстие, откройте кран и переверните душ струей вверх – получилась открытая станция удаления железа. Вода из душа при падении насыщается кислородом из воздуха, железо из растворенного переходит в нерастворимый окисел и оседает на дне ванны, сверху чистая вода.

Точно также это происходит впромышленных объемах – вода падает на ванну фильтра – датчик уровня определяет высоту падения и количество кислорода в воде (как следствие), окислы железа оседают в теле фильтра (обычно это песок, но строго говоря конструкция сложнее), очищенная вода вытекает из фильтра.

В общем случае любые фильтры либо промывают, либо выкидывают. Этот придется промывать. Для этого перекрывают доступ неочищенной воды и включают барботирующий компрессор (слово нравится!), тело фильтра разрыхляется, окислы отлипают от песчинок и очищенная вода уносит их в отстойник. В продвинутых системах отстоявшаяся осветленная вода опять идет на фильтр, а отстой в канализацию, в реальной жизни все идет в канализацию. Преимуществом открытых фильтров является отсутствие окислительного компрессора и безопаность при невозможности отключить воду от скважин. Лишняя вода будет просто переливаться в канализацию.

Недостатком являются в первую очередь большие габариты, необходимость заглубления, жесткое соблюдение санитарных норм и т.д.

Схема №5. Станция обезжелезования с напорными фильтрами.

В напорную трубу от водозабора к фильтру под давлением впрыскивается воздух от окислительного компрессора. Далее все происходит по ранее описанной схеме. Окислы железа оседают в теле фильтра, очищенная вода вытекает из фильтра. Для промывки перекрывают доступ неочищенной воды и включают барботирующий компрессор, тело фильтра разрыхляется, окислы отлипают от песчинок и очищенная вода уносит их в отстойник. В продвинутых системах отстоявшаяся осветленная вода опять идет на фильтр, а отстой в канализацию, в реальной жизни все идет в канализацию.

Недостаком напорных фильтров является наличие оксидационного компрессора и системы снятия давления в случае засорения или неисправности клапанов фильтра. Несомненное достоинство – компактность.

Работа отстойников абсолютно идентична работе канализационной насосной станции. Сладкое на десерт, то есть в конце.

В промышленных системах фильтров два или более, как правило четное количество. Система управления фильтрами определяет количество работающих, интервалы, откачку отстойников и порядок промывки. Время промывки определяется по времени работы на фильтрацию или по степени засоренности фильтра. Степень засоренности фильтра можно определить для открытых по повышению уровня в фильтре, а в напорных по перепаду давления на фильтре. Место станций удаления железа на схеме водопровода между водоподъемом и накопительными резервуарами или водонапорной башней. Очевидно, что станции удаления железа увеличивают себестоимость воды.

На самом деле водоподготовка гораздо сложнее, но многие процессы это просто черные ящики (хлорирование, декальцинирование, умягчение и т.д.), а про новомодное увлечение ультрафиолетом даже писать не хочется. Наиболее популярный процесс – хлорирование, кому он не нравится напомню, что запах хлорки лучше гепатита. Место установки узла хлорирования на схеме водопровода вечная тема для дискуссий, но с алгоритмом все понятно- или ручной режим, или в соответствии с объемом подаваемой воды, естественно,чем больше, тем больше.

Для обеспечения необходимого давления могут строится станции третьего подъема, но их тривиальность не требует отдельного описания. Отметим, что третьи подъемы обычно объединяются с индивидуальными тепловыми узлами (ИТП) – не путать с ЛТП!

Канализационная сеть.

Попав к потребителю вода претерпевает метаморфозу – она теряет напор и из питьевой становится сточной, даже если потребитель с ней ничего не делал. Сточные воды текут сверху вниз, поэтому для их транспортировки строится сеть канализационных насосных станций (КНС).

Канализационные насосные станции предназначены для транспортировки фекальных и промливневых стоков от мест их образования до мест очистки или сброса. Конструктивно они могут быть очень разными и отличаться размерами, архитектурой, типом, рабочим напряжением и мощностью насосов.

Несмотря на это общий принцип их функционирования достаточно прост: стоки накапливаются в приемном бассейне и в зависимости от уровня стоков включаются насосы станции. Очевидно,что неисправности оборудования не приводят к прекращению накопления стоков, отсюда возникает требования к надежности электропитания и работы автоматики насосных станций.

Схема №6. Упрощенная канализационная сеть.

Работа КНС более всего напоминает последовательной переливание из длинного ряда кастрюль ложкой. Сначала из первой во вторую, из второй в третью, из третьей в....... Конструктивно КНС могут быть совершенно различными, но их можно поделить на две группы – с сухими насосами, установленными рядом с приемным приямком в машинном отделении и с погружными насосами, опущенными в приемный приямок. Эксплуатировать удобнее первые , строить дешевле вторые.

Сточные воды – взвесь с большим содержанием механических примесей, а иногда и просто тяжелых предметов. Для их задержания на входе устанавливаются решетки с механическими граблями или без оных. В настоящее время все более популярными становятся дробилки, считается , что они могут измельчить бревно.

Экономия воды и водосберегающие технологии (интересно – повышение тарифов можно отнести к водосберегающим технологиям?) приводят к снижению объемов сточных вод и как следствие к ранее не виданным явлениям. Это заиливание приямков и седментация или появление осадка во всех полостях канализационной сети из-за снижения времени работы насосов и соответственно увелечения времени простоя станции. В это время приямок и коллектор выглядят как естественный отстойник. Поэтому при организации алгоритмов работы станции необходимо предусмотреть контроль максимального времени простоя и принудительное одновременное включение нескольких насосов.

При пересечении сетью возвышенностей или естественных водоемов, а также в случае больших стационарных потоков может появиться разновидность КНС – это напорные канализационные станции. За исключением перекачиваемой среды – просто насосные станции второго подъема с той же идеологией.