1.2: Зберігання води

Результати навчання студентів

Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість:

• Поясніть використання та вимоги до зберігання води
• Перерахуйте різні типи водосховищ
• Перелік обладнання для зберігання води
• Охарактеризуйте експлуатацію та обслуговування водосховищ

Накопичувач води є важливою складовою розподільної системи. Основна мета - забезпечити достатню кількість води для усереднення або вирівнювання добових потреб в системі. Зберігання забезпечує підвищені експлуатаційні зручності, забезпечуючи джерела постачання протягом дня і вночі, коли комунальні працівники зазвичай не працюють. Він вирівнює вимоги до насосів, може зменшити витрати на електроенергію від перекачування, забезпечує подачу води під час відключення електроенергії, зберігання пожежі та інші переваги. У цій главі тексту будуть розглянуті системи зберігання води, різні типи накопичувачів води, як накопичення води впливає на якість води, а також загальний огляд експлуатації та обслуговування водонакопичувальних споруд.

Навіщо потрібно зберігання води

Потреба у воді найвища в ранні більші та вечірні години доби. Вранці клієнти приймають душ, користуються туалетами та готують страви, для яких потрібна вода. Крім того, більшість систем зрошення використовуються в ранні ранкові години до того, як температура стане занадто гарячою. У вечірні години люди повертаються з роботи та школи, і попит на воду зазвичай збільшується в цей час. Існує низький рівень використання в полудень і протягом нічних годин. Без зберігання потужність перекачування була б приблизно в два рази перевищує середню потребу. Адекватне зберігання дозволяє рівномірно прокачувати. Зберігання також дозволяє мінімально залучати оператора в неробочий час. Без зберігання працівники повинні бути доступні для роботи системи, якщо відбудеться несподіване збільшення попиту. Утиліта потребуватиме різних насосів різного розміру, щоб відповідати змінам попиту. Часте включення і відключення насосів викликає підвищений знос насосів і двигунів і більш високі витрати на електроенергію.

Ще однією перевагою зберігання води є можливість зберігання і подачі води під час аварійних ситуацій і перебоїв з електроенергією. Якщо водоканал виключно покладався на насоси для задоволення вимог, у будь-який час відключення електроенергії, водопостачання буде перервано. Наявність води, що зберігається в резервуарах, дозволяє забезпечити безперебійну службу в ці часи. Деякі розподільні системи мають довгі магістралі передачі води, що приносять водопостачання в громаду, яка обслуговується. За цих обставин будь-який ремонт, зроблений на цих трубах, що вимагають ізоляції водопроводу, порушить подачу води споживачам.

Пожежогасіння є ще однією критичною потребою систем водопостачання громад Водоканали не тільки повинні відповідати експлуатаційним вимогам, вони також повинні відповідати вимогам гасіння пожеж. На гасіння пожежі може припадати цілих п'ятдесят (50) відсотків від загального обсягу зберігання. Крім того, вимоги до пожежогасіння повинні виконуватися під час розривів магістралі, відключення електроенергії та максимальних вимог замовника. Адекватний тиск також необхідно підтримувати під час пожежних потоків.

Зберігання води та якість води

Зберігання води може допомогти з якістю води, а також може сприяти проблемам якості води. Як частина Закону про безпечну питну воду, набір правил, які називаються Правилом обробки поверхневих вод (SWTR), вимагає певного часу, коли хлор повинен контактувати з водою, перш ніж вода досягне першого замовника. Резервуари для зберігання води можуть забезпечити час затримання, щоб хлор залишався в контакті з водою досить довго, забезпечуючи необхідний час. Зберігання води також може бути областю, де може відбуватися змішування декількох джерел постачання. Якщо порушене джерело живлення перекачується в резервуар для зберігання, непорушені джерела також можуть бути закачані в резервуар, забезпечуючи адекватне змішування порушеного джерела.

Якість води також може погіршуватися в резервуарах для зберігання води. Хоча резервуари для зберігання води забезпечують різні переваги, зберігання занадто великої кількості води може призвести до погіршення якості води. Залишки хлору можуть зменшуватися, а вода може застоюватися, якщо вода в резервуарах для зберігання не змінюється. Велосипедні резервуари (дозволяючи рівню в резервуарі підніматися і падати) можуть допомогти уникнути застою та погіршення якості води.

Який тип і розмір сховища потрібні?

Резервуари для зберігання води бувають різних розмірів і стилів. Деякі фактори для визначення типу та ємності зберігання в розподільчій системі залежать від розміру системи, рельєфу розподільної системи та способу побудови системи розподілу (чи розкинута або зосереджена система на невеликій площі). Ці та інші критерії використовуються для проектування потреб зберігання води.

Слід розуміти кілька термінів, пов'язаних зі зберіганням води.

• Середній денний попит (ADD) —Це загальна потреба у воді протягом періоду часу, поділена на кількість днів у цьому часовому періоді. Це ще називають середньодобовим попитом.
• Максимальний денний попит (MDD) - це найвищий загальний попит протягом 24 годин протягом певного року
• Пікова година попиту (PHD) —Це максимальний попит протягом однієї години протягом певного року
• Float on the System—Це метод експлуатації сховища. Добовий надходження в систему приблизно дорівнює середньоденному попиту. Коли вимоги клієнтів низькі, сховище буде наповнюватися, а коли вимоги високі, сховище буде спорожнятися.

Гідравліка системи безпосередньо пов'язана з розташуванням водосховищ в межах розподільної системи. Якщо резервуар для зберігання води розташований в безпосередній близькості від насосної станції, втрати напору (тиску) на найдальшу ділянку розподільної системи можуть бути надмірними через нормальний розмір трубопроводу. Додаткові магістралі передачі можуть допомогти полегшити цей тип втрати тиску. Якщо резервуар для зберігання розміщений у найдальшому кінці зони обслуговування, адекватний тиск зазвичай отримують на далеких кінцях та поблизу насосних станцій. Цей тип налаштування дозволяє уникнути необхідності збільшення основних розмірів. Однак у віддаленому місці повинно бути достатньо ємності для поповнення резервуара під час непікових періодів. Крім того, якщо існує великий поділ між насосною установкою та сховищем, в середині розподільної системи може виникнути менший тиск. Якщо це можливо, ідеально підходить розміщення складських конструкцій, прилеглих до ділянки з найменшим тиском. Це, як правило, забезпечує достатньо доступного тиску на всю зону обслуговування, і можна використовувати водопровідні магістралі меншого діаметру, оскільки потік з резервуара розділений на два напрямки.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення COC OER ліцензовані відповідно до CC BY

Для гідравлічних цілей ідеальніше мати кілька менших резервуарів замість одного більшого бака. Це дозволяє забезпечити більш стабілізований і рівний тиск по всій системі розподілу. Втрати напору також збільшуються, коли потрібна перекачування на великі відстані та в умовах пікового попиту. Розміщення резервуарів для зберігання поблизу центру розподільної системи дозволяє насосним станціям працювати в умовах середньодобового попиту або поблизу них більшу частину часу.

Види водонакопичувальних споруд

Існують різні види водосховищ. Вони виготовляються з різних видів матеріалів і розроблені в різних формах для задоволення різних потреб. Хоча існують різні накопичувальні структури, що зберігають сиру воду та всередині очисних споруд, у цьому розділі обговорюються лише структури зберігання, знайдені в розподільних системах. Нижче наведено деякі з найбільш поширених водосховищ в рамках розподільної системи:

• Підвищені резервуари для зберігання - У регіонах з відносно рівним рельєфом зазвичай використовуються підвищені резервуари для зберігання. Вони є надземними резервуарами, підтримуваними сталевою або бетонною вежею або п'єдесталом. Більшість виготовляються зі сталі і призначені для плавання по системі. Якщо вони побудовані недостатньо високими, вони можуть переливатися і забезпечити недостатній тиск.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Зображення McGhiever ліцензовано відповідно до CC BY-SA 4.0

• Гідропневматичні резервуари для зберігання - Ці резервуари використовуються в дуже малих системах з достатнім тиском. Вони залишаються частково заповненими стисненим повітрям, щоб забезпечити воду, що перевищує потужність насоса, коли це потрібно. Ці типи систем також забезпечать водою обмежений час, якщо насос вийде з ладу.
• Standpipes - Ці резервуари побудовані безпосередньо на землі і мають висоту більше діаметра. Вони зазвичай використовуються для вирівнювання сховища поблизу джерела постачання, як поле свердловини. Їх також можна використовувати для забезпечення додаткового протипожежного захисту.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зображення від Necraig ліцензовано відповідно до CC BY-SA 3.0

• Над наземними резервуарами для зберігання - Це найбільш часто використовувані форми резервуарів для зберігання вздовж західного узбережжя Сполучених Штатів. Вони можуть зберігати велику кількість води і розташовані там, де рельєф такий, що їх можна побудувати на схилах пагорбів. Головний мінус полягає в тому, що вони вимагають досить великої площі землі.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Зображення ВПС США знаходиться у відкритому доступі

Компоненти надземних та надземних резервуарів

Ці резервуари мають дуже схожі складові. У цьому розділі будуть розглянуті основні компоненти та розглянуті будь-які відмінності між двома стилями структур зберігання.

Вхідні та вихідні труби

Підвищені резервуари для зберігання, як правило, мають загальну вхідну та вихідну трубу, тоді як надземні резервуари для зберігання можуть мати як загальні, так і окремі вхідні та вихідні труби. Призначення цих труб полягає в тому, щоб підвести воду всередину і дати воді вийти з бака. Мета наявності окремої конфігурації вхідного та вихідного трубопроводу полягає в тому, щоб допомогти воді циркулювати всередині резервуара. Загальна труба (звана стояком) для підвищеного резервуара для зберігання зазвичай проходить до середини опорної конструкції, що тримає резервуар. Вхідний та вихідний трубопровід надземного резервуара для зберігання зазвичай надходить у резервуар вздовж нижньої частини резервуара. В окремій конфігурації входу/виходу розташування вхідного та вихідного з'єднання, як правило, знаходиться на протилежних кінцях резервуара.

Переливна труба

Кожен тип бака оснащений переливної трубою. Він призначений для того, щоб вода могла виходити з бака в атмосферу в разі виходу з ладу регуляторів рівня води. Вони зазвичай побудовані для скидання в уловлювальний басейн і ніколи не повинні бути безпосередньо підключені до каналізації або зливової каналізації. Вони повинні мати належне відділення повітряного зазору від зони, в яку вони скидають, і повинні бути екрановані або мати зважену заслінку, щоб запобігти потраплянню тварин в трубу.

З'єднання зливу

Всі ємності потрібно періодично оглядати. Хоча деякі перевірки можуть відбуватися з водою в баку, зазвичай зливати бак для огляду, очищення та ремонту. Воду в резервуарі можна опускати, запобігаючи включенню насосів для заповнення бака. Однак їх можна опускати лише до рівня висоти вихідної труби і ні в якому разі не слід повністю зливати бак під час експлуатації. Після того, як вода зб'ється, наскільки в може, перебуваючи в експлуатації, можна відкрити окрему зливну трубу для зливу решти води.

Пристрої моніторингу

Резервуари для зберігання води, як і інші водорозподільні споруди, зазвичай оснащені пристроями моніторингу. Детальна інформація про ці пристрої моніторингу розглядається в іншому розділі. Однак про це також піде мова тут коротко. Однією з найважливіших речей, за якими слід стежити на накопичувальних баках, є рівень води. Тому більшість із них оснащені фізичним датчиком майданчика, встановленим на зовнішній стороні резервуара та/або датчиками рівня, які можуть передавати рівні резервуара у віддалені місця. Ці пристрої зазвичай оснащуються сигналізацією високого та низького рівня води.

Клапани

Для того, щоб ізолювати резервуар від розподільної системи, клапан повинен бути обладнаний вздовж вхідного/вихідного трубопроводу, що надходить до резервуара. Потім цей клапан можна закрити, щоб вивести бак з експлуатації для технічного обслуговування та ремонту. Іноді бак буде оснащений клапаном, іменованим висотним клапаном. Цей клапан призначений для закриття, запобігаючи переповненню бака.

Венти

Повітряна вентиляція зазвичай забезпечується у верхній частині резервуарів, щоб дозволити повітрю виходити під час заповнення резервуара та надходження повітря, а рівень у резервуарі падає. Ці вентиляційні отвори повинні бути достатньо великими, щоб запобігти руйнуванню резервуара, і вони повинні бути належним чином екрановані з мінімальним розміром сітки ¼».

Люки доступу

Доступ всередині бака також повинен бути забезпечений. На верхній частині резервуарів для зберігання є принаймні, а іноді і кілька люків доступу. Вони дозволяють роботам надходити в бак для огляду та технічного обслуговування. Ці люки повинні бути правильно сконструйовані з обідками під кришкою, щоб запобігти потраплянню поверхневих вод в резервуар. У нижній частині резервуара також є люки для доступу, коли резервуар був злитий і виведений з експлуатації для технічного обслуговування та огляду.

Сходи

Доступ потрібно забезпечити до вершин резервуарів і всередині резервуарів. Сходи зазвичай забезпечують такий доступ. Деякі резервуари для зберігання надземної води використовують гвинтові сходи на відміну від сходів. Підвищені резервуари для зберігання зазвичай оснащуються трьома (3) різними сходами. Перший біжить вгору по ніжці вежі від землі до балкона навколо танка. Друга сходи проходить від балкона до верхньої частини даху бака. Третя сходи проходить уздовж внутрішньої частини бака для внутрішнього доступу. Зовнішні сходи повинні бути встановлені від шести (6) до восьми (8) футів від землі або мати замкнений металевий щит навколо дна, щоб запобігти несанкціонованому доступу.

Катодний захист

Внутрішні стінки бака схильні до корозії, особливо на верхніх ділянках, які не постійно занурюються у воду. Катодний захист може зменшити цю внутрішню корозію в сталевих резервуарах з покриттям. Катодний захист повертає потік струму, який має тенденцію до розчинення заліза з поверхні резервуара, викликаючи іржу та корозію. Електроди з постійним струмом (DC) використовуються і будуть роз'їдати замість стінок бака. У теплому кліматі електроди можна підвішувати до даху резервуара. У холодному кліматі електроди повинні бути занурені в воду. Аноди можуть тривати до десяти (10) років, але також повинні перевірятися щорічно.

Покриття резервуарів

Оскільки сталь може окислюватися і псуватися, а оскільки вода вважається «універсальним розчинником», важливо правильно покрити внутрішню і зовнішню частину резервуарів. Внутрішні покриття повинні витримувати постійне сходження у воду, різну температуру води, поперемінні періоди змочування і висихання, стирання льодом, підвищену вологість, тепло, вміст хлору та мінеральних речовин у воді. Зовнішні покриття повинні витримувати подібні умови і зберігати хороший зовнішній вигляд. Всі внутрішні покриття повинні бути схвалені NSF.

Експлуатація та технічне обслуговування

Американська асоціація водних робіт рекомендує повністю перевіряти всі споруди зберігання води кожні три (3) - п'ять (5) років. Піднесені і надземні резервуари для зберігання слід періодично осушувати, очищати, оглядати, ремонтувати та фарбувати. Внутрішні поверхні слід ретельно очистити струменем води під високим тиском або шляхом підмітання та очищення. Весь бруд і сміття повинні бути видалені з бака, а також має відбутися повне або точкове повторне покриття.

Всі ємності потрібно продезінфікувати перед введенням в експлуатацію. Сюди входять нові конструкції та резервуари, виведені з експлуатації на технічне обслуговування. Існує три (3) основні методи дезінфекції резервуарів для зберігання:

• Перший спосіб передбачає заповнення всієї ємності водою і витримується на залишковому рівні дезінфікуючого засобу 10 мг/л Якщо вода дезінфікується перед надходженням в резервуар, час затримання становить шість (6) годин і якщо резервуар заповнюється, а потім дезінфікується, час затримання становить двадцять чотири (24) години.
• Другий спосіб передбачає обприскування внутрішніх стін дезінфікуючим розчином концентрацією 200 мг/л.
• Третій метод вимагає, щоб шість (6) відсотків резервуара були заповнені і дезінфікуються до залишкового 50 мг/л Потім бак повністю заповнюється і витримується протягом двадцяти чотирьох (24) годин.

Потім резервуар повинен бути відібраний і проаналізований на загальну кількість бактерій кишкової палички. Якщо результати повертаються позитивними, потрібна додаткова дезінфекція, поки два (2) послідовні зразки не стануть негативними. Нові та відновлені резервуари також повинні бути пробовані та проаналізовані на предмет летючих органічних сполук.

Планові огляди також повинні проводитися в резервуарах для зберігання води. Переливні трубопроводи, вентиляційні отвори, люки, сходи та замки слід часто контролювати на предмет пошкоджень та вандалізму. Сходи повинні бути в справному стані і замінені, якщо вони вважаються небезпечними. Дах і точки доступу також повинні бути перевірені на наявність тріщин і отворів, щоб запобігти проникненню поверхневої води в резервуар.

Зразки питань

1. Висотний клапан використовується до ___________.

1. Запобігайте занадто швидкому наповненню резервуарів для зберігання
2. Запобігайте переповненню резервуарів для зберігання
3. Відокремте вхідний і вихідний пускають потоки
4. Жодне з перерахованих вище

2. Резервуари для зберігання води повинні бути повністю оглянуті?

1. Щороку
2. Через рік
3. Кожні 3 - 5 років
4. Кожні 5 - 10 років

3. Без зберігання потужність перекачування становила б приблизно ___________.

1. Подвоєна середня вимога
2. Втричі перевищує середню вимогу
3. Менше середньої вимоги
4. Жодне з перерахованих вище

4. Пожежна потреба може становити цілих ___________.

1. 10% від обсягу зберігання
2. 25% від обсягу зберігання
3. 50% зберігання
4. 100% зберігання

5. Баки для зберігання рекомендується мати ___________.

1. Окремі вхідні та вихідні трубопроводи
2. Загальні вхідні та вихідні трубопроводи
3. Розетки вдвічі більші за вхідний трубопровід
4. Немає рекомендацій