Материал: Гончарук учебник

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

точник. Из-за неправильного устройства скважины может возникнуть гидрав­ лическая связь между эксплуатируемым водоносным слоем и расположенны­ ми выше водовмещающими горизонтами (грунтовыми водами, верховодкой), вода которых может быть эпидемически опасной и хуже по органолептическим свойствам. Поэтому конструкция скважины имеет большое значение для сохранения качества межпластовой воды, предотвращения загрязнения водо­ носного слоя, обеспечения санитарной надежности водозабора.

Для оборудования артезианской скважины в толще земли до межпластоврго горизонта бурят цилиндрическую вертикальную шахту диаметром от 50 до 600 мм, глубиной от 50—100 до 1500 м и более. Для защиты от обвалов и изоляции от водоносных горизонтов, расположенных выше, стенки шахты за­ крепляют колонной металлических труб (как правило, стальных) длиной от 4—6 до 8—13 м, которые называются обсадными. Стыки между трубами гер­ метизируют.

В зависимости от характера почвы при ударном способе бурения трубами одного диаметра можно углубиться на 30—50 м, при роторном — на 400—500 м. При большей глубине залегания водоносного горизонта достичь его колонной труб одного диаметра невозможно вследствие трения между стенками труб и поро­ дой, что создает сопротивление дальнейшему бурению. Поэтому, продвигаясь вглубь, переходят на трубы меньшего диаметра. Их вначале опускают в средину уже установленных обсадных труб, а потом продолжают бурить. По завершении бурения лишние части обсадных труб вырезают и удаляют. Колонна приобре­ тает телескопический вид. Для предупреждения загрязнения пространство, ко­ торое образуется между трубами (межтрубное пространство), заливают це­ ментным раствором. Первую колонну обсадных труб, называемую кондуктором, используют для защиты устьевой части скважины от размыва и обрушения. Для предупреждения загрязнения пространство, которое образуется между кондук­ тором и грунтовыми стенками шахты (затрубное пространство), цементиру­ ют под давлением с выдавливанием цементного раствора от "башмака " обсад­ ной трубы до поверхности земли. Вследствие этого вокруг кондуктора создается "цементный стакан ".

Иногда для повышения надежности скважины вторую колонну обсадных труб не вырезают, а пространство между ней и кондуктором заполняют цементным раствором на всю высоту.

Колонна обсадных труб достигает верхнего уровня водоносного горизонта. Далее в эту колонну опускают колонну труб меньшего диаметра, которой про­ ходят весь водоносный горизонт и которую вдавливают (фрезеруют) в нижний водоупорный слой. По внутренней колонне труб посредством штанг опускают фильтр, через который в скважину будет поступать вода. Фильтр представляет собой трубу с перфорированной частью, которую для защиты скважины от проникновения частиц водовмещающей породы оборачивают металлической сеткой. Фильтр располагают так, чтобы его перфорированная часть находи­ лась в толще водоносного горизонта. Нижний, глухой, конец фильтра вдавли­ вают в водонепроницаемый слой. После установки фильтра внутреннюю ко­ лонну труб удаляют, пространство между фильтром и обсадной трубой герме­ тизируют.

136

Рис. 6. Устройство артезианской скважины:

а — схема: 1 — водоупорный пласт; 2 — водоносный слой; 3,4, 5 — колонны обсадных труб; 6 — изоли­ рующий слой; 7 — уплотнительный сальник; 8 — надфильтровая труба; 9 — рабочая часть фильтра; 10 — отстойник; 11 — пробка отстойника;

б — оголовок скважины: 1 — отверстие для измерения уровня воды (закрыто болтом); 2 — резиновые прокладки размером 3 мм; 3 — на резьбе; 4 — заливка цементом; 5 — к центробежному насосу; 6 — рези­ новая прокладка; 7 — средний фланец; 8 — чугунный фланец с резьбой; 9 — зачеканивание свинцом 15 мм; 10 — обсадная труба; 11 — металлический патрубок; 12 — подкладное металлическое кольцо

Схема водозаборной (артезианской) скважины приведена на рис. 6. В сква­ жине выделяют три основные части: водоприемную — фильтр, водопроводящую — ствол и верхнюю — устье. С целью предупреждения замерзания и для защиты от атмосферных осадков устье скважины оборудуют специальной по­ дземной шахтой или наземным павильоном. Верхнюю колонну обсадных труб (кондуктор) выводят не менее чем на 0,5 м над поверхностью земли или дном шахты, а вокруг делают асфальтовую или бетонную отмостку с наклоном от скважины. Чтобы загрязнения не проникали через устье скважины, его герме­ тично соединяют с оголовком с помощью фланцев с резиновыми прокладками. Также необходимо обеспечить герметичность в месте вхождения всасываю­ щей трубы насоса или другого водоподъемного сооружения. Оголовок должен быть доступен для осмотра и иметь кран для отбора проб воды из артезианской скважины, то есть непосредственно из подземного источника. При размеще­ нии скважины в шахте последняя должна быть защищена от попадания в нее грунтовых вод путем гидроизоляции бетонированием или цементированием дна и стенок, а также от атмосферных осадков за счет герметичных сдвоенных крышек на люках.

137

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Если источником являются межпластовые напорные (артезианские) воды, то иногда давления в водоносном горизонте достаточно для подъема воды на поверхность земли. Но чаще всего вода не достигает поверхности и находится в скважине на определенном уровне, называемом статическим. Отсюда воду откачивают насосами. При откачивании воды в водовмещающей породе во­ круг скважины образуется зона пониженного давления, то есть зона депрес­ сии. Давление снижается, так как вода, продвигаясь в водоносном горизон­ те, испытывает сопротивление со стороны породы водоносного горизонта, и часть напора тратится на преодоление этого сопротивления. Чем быстрее откачивают воду, тем быстрее снижается давление. При этом наиболее низ­ ким является давление в зоне, расположенной ближе к скважине. Вследствие откачивания уровень воды в скважине снижается относительно статическо­ го до тех пор, пока скорость откачивания не уравновесится с поступлением воды через фильтр, расположенный в водоносном горизонте. Наконец при по­ стоянной скорости откачивания вода в скважине устанавливается на так на­ зываемом динамическом уровне. Чем быстрее откачивают воду, тем ниже от­ носительно статического уровень динамический и больше площадь воронки депрессии.

После завершения бурения скважины для промывания ее от частичек ила и грязи проводят строительное откачивание продолжительностью от несколь­ ких суток до месяца и более. При необходимости можно провести дезинфек­ цию. Сначала дезинфицируют надводную часть скважины, а потом — подвод­ ную. Для обеззараживания надводной части в скважине на несколько метров ниже статического уровня устанавливают пневматическую пробку. Часть сква­ жины выше пробки заполняют раствором хлора (или хлорной извести) с кон­ центрацией активного хлора 50—100 мг/л. Через 3—6 ч пробку вынимают и с помощью специального смесителя вводят раствор хлора в подводную часть скважины с таким расчетом, чтобы концентрация активного хлора после пере­ мешивания с водой была не ниже 50 мг/л. Через 3—6 ч контакта воду из сква­ жины откачивают, после чего отбирают пробу воды для контроля эффектив­ ности обеззараживания по микробиологическим показателям.

На водопроводе, кроме рабочих скважин, продуктивность которых долж­ на обеспечивать суточное водопотребление в населенном пункте, в обяза­ тельном порядке необходимо предусмотреть и резервные. Минимальное ко­ личество скважин на водопроводе — 2, одна из которых рабочая, вторая — резервная. Если рабочих скважин от 2 до 10, то необходимо предусмотреть 2 резервные скважины. Если же рабочих скважин более 11, то резервных долж­ но быть 20%.

Водоподъемные сооружения. Способ подъема воды из скважины зависит от уровня воды и дебита скважины. Чаще всего для этого используют центро­ бежные насосы. Они состоят из электродвигателя, нескольких камер с лопас­ тными колесами, закрепленными на вращающемся валу, всасывающей и на­ порной труб. Продуктивность такого насоса достигает 200 м3/ч.

Перед вводом водопроводного насоса в эксплуатацию камеры с лопастными колесами необходимо залить водой, которая должна отвечать действующему

138

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

стандарту на питьевую воду. Вал, на котором закреплены лопастные колеса, элект­ родвигатель приводит в быстрое вращательное движение. Возникают центро­ бежные силы, которые отталкивают воду, заполняющую камеры, к периферии спирального кожуха и далее — в напорную трубу. При этом в центре камеры перед входом всасывающей трубы создается пониженное давление и под действием атмосферного давления вода из скважины поступает из всасывающего трубо­ провода в насос.

При динамическом уровне до 7 м от поверхности земли применяют цент­ робежные насосы на горизонтальном валу. Если динамичный уровень воды размещен на глубине до 120 м, используют центробежные насосы на верти­ кальном валу, электродвигатель которых установлен над скважиной, а всасы­ вающая труба опущена в воду ниже динамического уровня. Для подъема воды из глубоких скважин до 500 м широко применяют погружные центробежные насосы на вертикальном валу, электродвигатель которых размещен в скважи­ не под динамическим уровнем воды. Во всех случаях должна быть обеспечена герметичность оголовка скважины в участке вхождения всасывающей или на­ порной водоподъемной трубы.

Если глубина скважины составляет менее 100 м, можно использовать штанговые насосы — разновидность поршневых или объемных насосов с длинным приводом продуктивностью до 20 м3/ч. Насос состоит из камеры, в которой расположен поршень, соединенный со штангой. Электродвигатель, расположенный на поверхности земли, приводит штангу в движение, чем обес­ печивает движение поршня в камере. К камере присоединены всасывающая и напорная трубы с клапанами. Когда поршень движется вверх, открывается вса­ сывающий клапан и закрывается напорный. Камера наполняется водой. Когда поршень движется вниз, всасывающий клапан закрывается, напорный откры­ вается и вода из камеры выталкивается в напорную трубу. Недостатком этих насосов является невысокая надежность: часто обрываются штанги, нужно ме­ нять кожаные манжеты, обеспечивающие тесный контакт поршня со стенками камеры, что повышает риск загрязнения.

Если глубина скважины не превышает 70 м, могут быть использованы эр­ лифты, или воздушные водоподъемники. Эрлифт состоит из водоподъемной трубы, в нижнюю часть которой введена воздушная труба с форсункой. Обе трубы опускают в скважину и погружают в воду так, чтобы погруженная часть была вдвое длиннее, чем непогруженная, которая выходит на поверхность зем­ ли. На поверхности воздушная труба присоединена к компрессору с ресиве­ ром, а водоподъемная — к отделителю воздуха, который трубой соединен с ре­ зервуаром чистой воды. Воздух, очищенный от пыли на масляном фильтре, ком­ прессором через ресивер и отделитель масла подается в воздушную трубу и через форсунку поступает в водоподъемную трубу. Водовоздушная смесь во­ доподъемной трубой поднимается на поверхность и попадает в отделитель воз­ духа, после чего вода поступает в резервуары чистой воды. Положительными характеристиками эрлифта являются простота и надежность конструкции, лег­ кость эксплуатации, возможность бесперебойной работы в течение длительно­ го времени.

139

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Резервуары чистой воды (РЧВ). Если забор производят из межпластовых источников I класса, вода которых не требует обработки, насосы подают воду по напорным трубопроводам в сборные резервуары — РЧВ. Запас воды, который собирается в РЧВ, необходим для компенсации возможного несоот­ ветствия между подачей воды и ее потреблением в определенное время суток. Для бесперебойной работы водопровода нужно предусмотреть резервное обо­ рудование, как минимум, 2 РЧВ.

РЧВ — прямоугольные водонепроницаемые резервуары из стали или же­ лезобетона, расположенные под землей (рис. 7). Дно РЧВ должно быть выше уровня залегания грунтовых вод. Иногда для надежности вокруг РЧВ создают глиняный замок, а над РЧВ делают куполообразную насыпь из грунта и дерна. Труба, подающая воду в верхнюю часть РЧВ, должна быть загнутой на конце, чтобы не размывать перекрытие РЧВ. С противоположной стороны устанавли­ вают (сверху вниз): переливную трубу (постоянно открыта на случай перепол­ нения РЧВ, имеется обратный клапан); трубу, которая подает воду для хозяйс­ твенно-питьевых нужд (соединена со всасывающей трубой насоса II подъема, постоянно открыта); трубу, которая подает воду для гашения пожаров (посто­ янно открыта) и грязевую трубу (расположена в приямке, постоянно закрыта). Рядом с РЧВ расположен переливной колодец со всеми подающими трубами, на которых в пределах переливного колодца устанавливают регулировочные краны. Для обмена воздуха РЧВ оборудуют вентиляционными стояками, под­ нятыми над уровнем земли на 1,5—2 м. Конец каждого стояка закрывают ме­ таллической сеткой с колпачком. В перекрытии РЧВ располагают 2 люка, ко­ торые плотно закрывают металлическими крышками, замком и пломбируют. Вокруг люков делают цементные отмостки.

РЧВ нуждаются в периодической ( 1—2 раза в год) очистке и дезинфекции.

В первую очередь РЧВ освобождают от воды. Для этого прекращают подачу воды в РЧВ, перекрывают трубы, подающие воду для хозяйственно-питьевых нужд и гашения пожаров, и открывают грязевую трубу, через которую спус­ кают с РЧВ воду. Потом через люки внутрь РЧВ спускается рабочий, очища­ ет и при необходимости ремонтирует его, смывает грязь в грязевой приямок, откуда она отводится грязевой трубой. После этого проводят дезинфекцию методом орошения. Рабочий, обеспеченный средствами индивидуальной за­ щиты кожи, глаз и органов дыхания, из гидропульта обильно орошает стены, дно и перекрытие РЧВ раствором хлорной извести (или кальция гипохлорита) с концентрацией активного хлора 200—250 мг/л. После этого закрывают и пломбируют люки, закрывают грязевую трубу и выжидают 2 ч. Затем запол­ няют РЧВ чистой водой, промывают, выпуская воду через переливную трубу, отбирают пробы для определения остаточного свободного хлора и бактерио­ логического исследования. При удовлетворительных анализах разрешают экс­ плуатацию РЧВ.

Из РЧВ вода поступает в водопроводную сеть под давлением 2—4 атм, ко­ торое создают насосы насосных станций II подъема.

140