В соответствии с новыми экономическими условиями, законодательством и структурой управления на базе действующих норм и правил в строительной отрасли РФ, а также с учётом международных стандартов, в нашей стране разрабатывается новая система нормативных документов [1–3], в частности, в области проектирования и строительства систем водоснабжения, канализации, отопления и вентиляции зданий и сооружений. Чуть ли не каждый год публикуются актуализированные нормативные документы, например, строительные правила (СП), но профессиональных вопросов по проектированию объектов от этого не уменьшается. Наоборот, их количество возрастает. Хотелось бы дать на них ответы хотя бы частично, поскольку представилась такая возможность, но большинство журналов подобные материалы не размещают. Как исключение, в журнале СОК была опубликована статья «О расчётной производительности станций водоподготовки» [4], в которой ставился вопрос о совершенствовании нормативных требований и необходимости получения чётких сведений о методике оценки энергетических параметров сооружений систем водоснабжения. Первым из этих параметров рассматривалась производительность или расчётный расход Qрасч станции водоподготовки.
Не акцентируя внимание на неточностях, допущенных автором [4] при обосновании данной проблемы, поскольку его энтузиазм заслуживает одобрения, остановимся на методических подходах оценки расчётных параметров водопроводных систем. Во-первых, оценку параметров какого-либо объекта необходимо начинать с анализа требований условий его функционирования. При решении подобных задач общепринято любой объект рассматривать как систему или элемент системы. Станция водоподготовки является сооружением, а точнее элементом системы водоснабжения.
Системы водоснабжения и водоотведения (ВиВ), как и системы отопления, классифицируются по категориям функционирования (условиям выполнения требований потребителей), а не уровням надёжности. Эта особенность проектируемых систем подчёркивалась в первой публикации СП 31.13330.2012 [5], возможно, не очень категорично, чтобы не удивлять лиц, не имеющих чётких представлений в области теории надёжности и оптимизации систем ВиВ. Подобный неоспоримый подход к проектированию объектов ВиВ начался с 1970 года благодаря неоценимой деятельности Н. Н. Абрамова [6], о которой пытались или старались забыть.
Согласно последним Постановлениям Правительства РФ [1, 2], надёжность систем ВиВ необходимо оценивать с учётом научных методов [7], а не частных умозаключений. Поскольку дискуссии по этой проблеме на всех уровнях рассмотрения не завершены, перейдём к оценкам энергетических параметров систем.
Расчётные расходы системы водоснабжения определяются:
Qсутmax = QсутсрKсутmax;
Qсутmin = QсутсрKсутmin, (1)
где Qсутmax и Qсутmin — суточные расходы воды при наибольшем и наименьшем водопотреблении, соответственно, м³/сут.; Qсутср — суточный расход воды средний за год водопотребления, м³/сут.; Kсутmax и Kсутmin — коэффициенты суточной неравномерности наибольшего или наименьшего водопотребления за год.
Расчётные расходы станции водоподготовки следует определять:
Qсут.очистн.сооружmax = αQсутmax/T;
Qсут.очистн.сооружmin = αQсутmin/T, (2)
где T — время работы сооружения за сутки, ч; α — коэффициент, учитывающий долю расхода воды на собственные нужды системы водоснабжения.
Время работы сооружения T может быть самым разнообразным: 0,1 или 24 часа за сутки, все зависит от требований потребителей к подаче воды и выбранных условий функционирования системы водоснабжения (или её элемента очистных сооружений). Непрерывность подачи воды потребителям может обеспечиваться за счёт резервирования источников водоснабжения, водопроводных сооружений, регулирующих ёмкостей и т. д. Что касается коэффициента α, то автор статьи [4] прав — дополнительная доля расхода воды должна предусматриваться не только на собственные нужды очистных сооружений, но и всей системы водоснабжения, поскольку промываются и водозаборные сооружения, и трубопроводы, и насосные станции. Расход воды на полив улиц и зелёных насаждений предусматривается в часы минимального водопотребления. Можно было бы допустить, что и промывки водозаборных сооружений, трубопроводов, насосных станций должны осуществляться в часы минимального водопотребления. Однако аварийные ситуации в системах не планируются, они возникают случайно (из личной практики можно привести не одну экстремальную аварийную ситуацию в системах водоснабжения и водоотведения). Неуместны и такие крайности, как выделение времени на промывку фильтров за счёт времени подачи воды потребителям. С автором [4] можно согласиться в том, что нормирование методов проектирования очистных сооружений осуществляется крайне необоснованно.
В частности, в СП 31.13330.2012 [5] были исключены формулы расчёта скорых фильтров, контактных осветлителей на основании опубликованной статьи [8]. Но на это никто не обращает внимание, о чём свидетельствуют публикации и решения [4], которые принимаются по сей день при проектировании систем ВиВ. Нормативные требования по надёжности, бесперебойности подачи воды потребителям учитываются только для водозаборных сооружений, насосных станций, регулирующих ёмкостей, водоводов и распределительных трубопроводных систем. Очистные сооружения локализуются, рассматриваются вне связи с остальными элементами систем ВиВ по каким-то законам частных лиц, о которых можно только догадываться.
Казалось бы, чего проще и логичнее — подходить к принятию решений по выбору необходимого количества фильтров на очистных сооружениях с учётом модели [8], схема которой приведена на рис. 1.
Рис.1.Модель функционирования и вос- становления системы фильтров
Если оценивается процесс фильтрования воды, то площадь фильтров Fф для обеспечения нормальной работы системы должна рассчитываться по формуле:
Fф = Qсут.очистн.сооружmax/ϑф, (3)
где ϑф — расчётная скорость фильтрования воды при нормальном режиме, м/ч. Количество рабочих фильтров на станции определяется как:
z = Fф/fф,
z = n — m, (4)
где n — общее количество фильтров на станции; m — количество резервных фильтров на станции; fф — площадь одного фильтра, м².
Количество резервных фильтров, необходимых для обеспечения безотказной работы системы, можно определить по единым правилам [6, 7, 9], которые используются в технике для обеспечения уровня надёжности системы Р(t) при заданных m, λ′, λ, μ и r.
Допустим, в системе предусматривается z = n — m рабочих фильтров (элементов) с интенсивностью отказа λ′ = 1/Tо (Tо — наработка на отказ или среднее время между ремонтами, ч) и m резервных фильтров (элементов), которые с интенсивностью λ = 1/Tц (Tц — время цикла работы фильтра между промывками, ч) замещают рабочие фильтры при остановке последних на промывку (тёплый или скользящий резерв) и с интенсивностью μ = 1/τ (τ — среднее время ремонта, ч) восстанавливаются.
Каждый отказавший фильтр восстанавливается подразделением обслуживающего персонала, состоящим из r ремонтных единиц. Пример более подробного расчёта необходимого количества фильтров на станции приведён в [8, 9].
Администраторы, которые уполномочены принимать соответствующие инженерные заключения по проекту, не знают (или забыли), что расчётный расход для системы ВиВ при оценке состава, габаритов, мощности её сооружений и оборудования уже более 100 лет принимается часовой, а не суточный или годовой. Причём расчётный расход, который принимается для очистных сооружений, не меняется в течение одного часа, он экстремальный и постоянный.
Об этом знают отдельные специалисты, а, может быть, их уже не осталось, поскольку трубопроводные сети систем водоотведения по сей день рассчитываются по расходам, которые в течение часа от одного источника (группы потребителей на расчётной площади) могут изменяться в несколько (два, три и более) раз в ту или другую сторону, что существенно противоречит выводам академика Н. Н. Павловского [10, стр. 316–322].
Заключение
Из всего перечисленного можно сделать вывод, что очистные сооружения или станции водоподготовки являются элементами единой системы, а потому должны анализироваться не в виде самостоятельного объекта, а только в совокупности всех элементов системы, с учётом методических подходов и правил теории надёжности.
