Шахтные колодцы

Шахтный колодец предназначен для забора подземных вод на глубине залегания до 30 м. Колодец состоит из ствола, водоприемной части и оголовка – верхней надземной части шахты. Стволы бывают круглыми, прямоугольными, с поперечным размером в пределах 1–1,5 м. Для безопасности стенки шахты укрепляют обычно деревом, бутовым камнем, кирпичом или бетоном.

Самым простым и распространенным способом строительства колодцев считается его устройство в плотных грунтах. Шахту роют на всю глубину, после этого сооружают ствол, представляющий собой сруб, каменный, кирпичный или бетонный вертикальный канал. Для предотвращения осыпания стенок шахты их укрепляют с помощью деревянных щитов. Такого рода колодцы строят только при небольшой глубине залегания водоносных слоев, потому что вырыть шахту большой глубины так, чтобы ее стенки не осыпались, невозможно.

В настоящее время обычно используют безопасный опускной способ строительства колодца. В этом случае исключается вероятность того, что осыпающийся грунт может навредить работающему в шахте. Наращиваемый ствол опускается под своим весом по мере удаления грунта из-под него. Для этих целей используют венцы сруба или железобетонные кольца, диаметр которых позволяет работать внутри шахты.

Строительство колодца начинается с рытья котлована. После этого нужно выровнять дно и установить строго горизонтально первый венец сруба или железобетонное кольцо.

После того как ствол шахты выйдет на запланированный уровень, над колодцем устраивают П-образную стойку или треногу с лебедкой для подъема грунта. Пазы между венцами сруба забивают жирной глиной. Ее следует уплотнять как можно лучше, чтобы через щели не просачивалась вода по мере заглубления ствола. Зазоры между железобетонными кольцами устраняют с помощью цементного раствора. Собранный сруб укрепляется с внутренней стороны толстыми досками, что не позволяет сооружению разорваться во время опускания вдоль вырытой шахты.

Землю из-под стенок сруба убирают лопатами. После этого один человек должен спуститься в колодец. При подъеме грунта нужно соблюдать осторожность, потому что ведро с землей может сорваться и упасть на работающего в шахте. В связи с этим перед подъемом грунта необходимо проверить веревку на прочность.

Чтобы при опускании не произошло застревания сруба, лучше делать это с помощью специальных направляющих (рис. 85).

На наружных сторонах сруба, по его углам, прибивают толстые доски. Для лучшего скрепления сруба на каждой его стороне устанавливают дополнительные средние направляющие. Это делает всю конструкцию более жесткой, что весьма важно при опускании. Затем вокруг сруба укладывают толстые бревна и забивают прочные колья большой длины. После этого сруб будет опускаться строго вертикально. После того как установка ствола закончится, направляющие останутся в грунте.

Устройство ствола из железобетонных колец не такое сложное, не требует дополнительных приспособлений, поэтому его выбирают гораздо чаще. Помимо этого, железобетонные кольца не гниют, что значительно увеличивает срок службы колодца. Такие колодцы называются трубными. В отличие от деревянных они не подвержены воздействию верховодки. Их стенки намного легче очищать от зеленого налета и слизи, всегда присутствующих в колодцах. В связи с этим гигиенические свойства железобетонных колодцев также намного выше, чем у деревянных.

Рис. 85. Устройство для опускания сруба по шахте колодца: 1 – угловые направляющие; 2 – дополнительная направляющая; 3 – бревна; 4 – колья

При устройстве колодца важным моментом является безопасность работающего внизу человека. Особая опасность заключается в загазованности шахты, которая приводит к нехватке кислорода и потере сознания. Загазованность можно проверить специальным прибором – газоанализатором. Если прибора нет под рукой, проверить уровень загазованности можно с помощью обыкновенной свечи. Ее привязывают к веревке, зажигают и опускают в шахту. Если свеча погаснет или изменит степень свечения, в колодце присутствует газ.

Способов удаления газа из шахты много. Самым простым и надежным является тот, при котором используется естественная тяга переносной металлической печи. Наверху, у шахты, устанавливается металлическая печь (рис. 86). Вместо нее можно использовать обыкновенную металлическую бочку. К поддувалу печи присоединяется вентиляционная труба, нижний конец которой опущен в шахту.

Рис. 86. Вариант вентиляции шахты колодца с помощью переносной печи: 1 – шахта колодца; 2 – вентиляционная труба; 3 – переносная печь

При топке печи естественная тяга удаляет из шахты имеющиеся там газы. Если газ появляется вновь, то работать в колодце можно только при работающей печи.

Вторым этапом после сооружения ствола является устилание дна колодца песчано-гравийной смесью, предназначенной для фильтрации. Если поступление воды происходит через стенки шахты, то в нижней ее части устраивают специальные щели.

Ствол шахты необходимо поднять на 1–1,2 м над уровнем планировки и облагородить. Для этих целей над колодцем устанавливают надстройки в виде сруба или навеса. Надстройки защитят колодец от атмосферных воздействий и обеспечат удобство эксплуатации.

Для предотвращения попадания в шахту дождевой воды территорию вокруг колодца мостят природным камнем, кирпичом или тротуарной плиткой.

Буровые колодцы

Обычно проектированием и строительством буровых трубчатых колодцев занимаются специализированные фирмы, у которых на проведение этих работ имеется разрешение от эпидемиологической службы.

Буровой колодец – это скважина, направленная перпендикулярно к направлению потока подземных вод. Для безопасности стенки скважины укрепляются обсадными металлическими, а при мелких скважинах – керамическими или асбестоцементными трубами. Внутренний диаметр обсадной трубы зависит от водоподъемного оборудования (простые колонки или один из типов насосов). В любом случае диаметр не должен быть меньше 120 мм.

Верхняя часть скважины носит название «устье колодца» и защищена оголовком от всевозможных загрязнений. Одновременно оголовок служит для установки водоподъемного оборудования. Он должен быть выше поверхности земли на 0,8–1 м, герметично закрыт легко открывающейся крышкой. В шахте колодца обязательно устанавливают вентиляционную трубу высотой 2 м от поверхности земли. Вокруг оголовка должна быть сделана отмостка из камня, кирпича, бетона или асфальта радиусом не менее 2 м с уклоном в сторону водоотводного лотка.

С увеличением глубины скважины диаметр обсадных труб уменьшают, концентрические зазоры между обсадными трубами заделывают цементным раствором. При устройстве скважины в скальном грунте укреплять ее стенки не нужно.

При строительстве буровых колодцев можно использовать только те материалы, которые соответствуют санитарным нормам. Например, при изготовлении фильтра его материал должен быть химически и механически устойчивым, в процессе эксплуатации не должен забиваться песком. Минимальный внутренний диаметр фильтра должен составлять 100 мм. Тип фильтра выбирается в зависимости от категории грунта. Если он представляет собой неустойчивую породу, то используются трубчатые фильтры с круглыми или щелевидными отверстиями. При гравийном грунте, гравелистом и крупном песке водоприемная поверхность выполняется из проволочной обмотки из нержавеющей стали или из стального штампованного листа. В песчаных грунтах устанавливают трубчатые фильтры из сетки гладкого или галунного плетения, которые применяются при любой глубине скважины.

При устройстве скважины традиционным способом возникают некоторые негативные моменты. Во-первых, стальные обсадные трубы с течением времени подвергаются коррозии и разрушаются. Куски ржавчины попадают в питьевую воду, заметно снижая ее качество. В стенках труб возникают отверстия, через которые в питьевую воду могут попасть сточные воды из соседнего дома. Также со временем скважина заиливается. Срок службы скважин глубокого бурения составляет всего 5 лет.

В настоящее время имеется несколько новых технологий, продляющих срок службы скважин. Бурение ведется в несколько этапов (рис. 87). Сначала бурят песчано-глинистые отложения, доходя до известняка.

Рис. 87. Бурение артезианских скважин по новым технологиям: 1 – подача воды потребителю; 2 – оголовок с вентилем; 3 – обсадная металлическая колонна диаметром 168 мм; 4 – насос; 5 – пластиковая колонна диаметром 125 мм; 6 – металлическая обсадная колонна диаметром 168 мм; 7 – пластиковая колонна диаметром 125 мм; 8 – фильтр; А – водоносный горизонт (песок обводненный); Б – водоносный горизонт (песок сухой); В – водоносный горизонт (песок обводненный); Г – суглинок (водоупор); Д – водоносный горизонт (песок обводненный); Е – юрская глина (водоупор); Ж – водоносный горизонт (известняк обводненный)

После этого на всю глубину скважины опускают металлическую обсадную колонну из труб с фильтрами.

При бурении известняка до вскрытия водоносного слоя скважину делают меньшим диаметром. После этого на всю глубину вставляют пластиковую колонну, в которой вода под давлением пластов поднимается на определенный статический уровень. Вокруг пластиковой трубы на 5–10 м выше фильтров засыпается калиброванный кварцевый гравий диаметром 1,2–2 мм, который дает возможность воде беспрепятственно поступать в эксплуатационную колонну. Этот слой отфильтровывает механические примеси. На слой гравия укладывают гранулы сухой глины, которые разбухают от влаги и создают глиняный замок, не дающий водам верхнего горизонта просачиваться в эксплуатационный горизонт.

Такая скважина служит около 30 лет.

Механизация водоснабжения

Для нормальной работы современной бытовой техники в системе водоснабжения дома необходимо поддерживать постоянное давление. Нужный уровень напора обеспечивают насосы. На российском рынке имеется множество моделей как отечественных, так и зарубежных производителей.

Самовсасывающие центробежные вихревые насосы предназначены для подачи воды из колодцев и скважин. Процесс обусловлен тем, что всасывающий коллектор расположен выше оси насоса, поэтому в его рабочей части всегда находится вода. Для включения агрегата в работу после остановки его не надо заливать водой.

Объемно-инерционные насосы используют в работе колебания, идущие к клапану-плавнику. В них нет трущихся частей, вращающихся деталей, они не требуют смазки. Такие насосы применяются для подъема пресной воды из колодцев и трубчатых скважин, диаметр которых более 100 мм, с глубины более 40 м.

Температура поднимаемой воды не должна превышать 35° С. Насос должен быть полностью погружен в воду, без соприкосновения со стенками и дном колодца. Его включают в работу без предварительной заливки. Перемещать или поднимать насос можно только после отключения от электросети. Работать насос может долго, но время непрерывной эксплуатации не должно превышать 2 ч. После перерыва в 15–20 мин насос можно снова включать в работу. Общее время работы насоса в сутки составляет 12 ч.

Основные характеристики водяных насосов даны в табл. 55.

Таблица 55

Характеристики водяных насосов

Если в трубопровод водоснабжения вода подается с помощью насосов, то потребуется накопительная емкость, установленная на высоте, для обеспечения нужного давления в сети водопровода. Такое техническое решение уже устарело, т. к. накопительная емкость требует периодической чистки и обеззараживания, да и сама емкость, расположенная на чердаке, оказывает дополнительную нагрузку на строительные конструкции дома. Строительство индивидуальной напорной башни для отдельно взятого дома нецелесообразно.

Рис. 88. Водоснабжение индивидуального дома: 1 – скважинный насос; 2 – трос; 3 – скважина; 4 – электрокабель; 5 – водонапорный шланг; 6 – приямок; 7 – запорные вентили; 8 – реле давления; 9 – манометр; 10 – напорный гидробак; 11 – внутренний водопровод; 12 – выводы для садовых работ

В наше время существуют совершенно новые технологии водоснабжения, при которых в системе автоматически поддерживается давление воды с помощью гидробака, установленного в подвале или на первом этаже (рис. 88). Такие гидробаки чаще всего поставляются в комплекте с некоторыми моделями насосов. Давление воды, установленное с помощью управляющего прибора, поддерживает встроенный частотный преобразователь.

Рис. 89. Станция водоснабжения MQ: 1 – панель управления; 2 – соединение с напорным трубопроводом; 3 – обратный клапан; 4 – залив и слив воды; 5 – встроенные реле давления протока; 6 – электродвигатель; 7 – мембранный напорный бак

Также в продаже появились станции водоснабжения MQ, представляющие собой компактные агрегаты, состоящие из самовсасывающего насоса, мембранного напорного бака, устройства управления и защиты (рис. 89).

Станция предназначена для водоснабжения индивидуального дома, но ее можно использовать и в тех местах, где нужна мобильная, компактная установка для перекачки воды.

При производстве станции используются материалы с повышенной коррозионной стойкостью, что позволяет ей работать на открытом воздухе. Она оснащена всем необходимым для автоматической работы, поэтому не требует подбора мембранного бака, устройства защиты и управления. Нужно открыть только один кран, а насос включается и выключается автоматически. При этом поддерживается постоянное давление в напорной магистрали. Встроенный обратный клапан предотвращает отток воды. Панель управления с помощью светодиодов отражает все режимы работы станции.

Очистка воды

То, что воду нужно очищать, ни у кого не вызывает сомнений. Самым простым способом обеззаразить воду является кипячение. Но оно не дает полной очистки. При высокой температуре погибают некоторые микробы и болезнетворные бактерии, но в воде остаются соли тяжелых металлов, а полезные вещества (соли кальция и магния) разрушаются, оседая в виде накипи на стенках посуды. Кроме того, при кипячении хлорированной воды образуются опасные канцерогены, дающие толчок к развитию многих болезней.

Питьевая вода должна быть безопасной для здоровья и приятной на вкус. В нашей стране действует ГОСТ «Вода питьевая», согласно которому муниципальные службы обязаны следить за качеством питьевой воды. И хотя нам говорят, что отечественная водопроводная вода имеет высокий уровень качества, сомнения на этот счет остаются, тем более что практически во всем мире давно отказались от хлорирования воды, которое в нашей стране практикуют повсеместно.

На всех станциях имеются специальные очистные сооружения, в которых вода проходит очистку от вредных примесей и обеззараживается методом хлорирования. Хлор придает воде неприятный запах, а также наносит вред здоровью, но предотвращает многие заболевания. Для того чтобы вода обеззараживалась и в водопроводе, хлор добавляют в воду в огромных количествах. Особенно интенсивно хлорируют воду весной и в сезон обильных дождей, когда поверхностные воды могут попасть в системы водозабора. После такой очистки в воде образуется диоксин. Этот сильнейший яд, негативно влияющий на иммунную систему, практически не выводится из организма.

Как видно из вышесказанного, даже централизованная очистка воды не дает гарантии ее качества.

Проблемы очистки воды в городских квартирах и загородных домах различны. В первом случае большую часть работы выполняют муниципальные службы водоснабжения, а во втором – владелец дома.

Качественная питьевая вода получается при правильной организации ее очистки в установках, которые можно приобрести в магазинах.

Изобретатели во всем мире постоянно работают над вопросом очистки воды, совершенствуя методики и создавая уникальные установки. Эти агрегаты отличаются друг от друга производительностью, методами, на которых основан принцип их работы, дизайном, степенью автоматизации, надежностью и прочими техническими характеристиками. Их монтируют как в городских квартирах, так и в домах индивидуальной застройки.

Выбор подходящей установки для очистки воды довольно сложен. Конечный результат ее работы во многом зависит от правильности способа очистки, а для этого нужно учитывать следующие факторы:

• состав воды с учетом типичных сезонных колебаний, а также наличие в ней вредных примесей;

• технологические характеристики очистных установок, их надежность и бактериологическая устойчивость к воздействию тех или иных вредных факторов, присутствующих в воде;

• количество и состав отходов, получаемых при очистке воды, и методы их утилизации;

• себестоимость очистки воды и всех процессов, с этим связанных;

• ремонтноспособность установки и возможность приобретения комплектующих деталей и очищающих материалов.

При всем многообразии очистных установок выбирать следует все же отечественные, потому что они наиболее соответствуют реальным условиям. К основным проблемам, касающимся очистки воды, относятся:

• удаление нерастворенных частиц, взвесей и коллоидных веществ (для этого используют механические фильтры);

• удаление привкуса железа с помощью специальных фильтров для обезжелезивания;

• умягчение воды;

• неприятный запах, привкус и цвет (удаляют с помощью угольных фильтров);

• бактериологическая загрязненность (устраняют с помощью ультрафиолетовых стерилизаторов, озонаторов или мембранных фильтров).

Для экономии средств и реагентов очистку воды необходимо выполнять в два этапа:

– очистка хозяйственной воды;

– очистка питьевой воды.

Это связано с тем, что нормативы для хозяйственной воды, используемой в быту, несколько снижены, поэтому ее очистка будет стоить дешевле. Потребность в питьевой воде не такая большая, поэтому для ее очистки можно применять более дорогие средства. Типовая схема водоочистки в индивидуальном доме показана на рис. 90.

Рис. 90. Типовая схема водоочистки в индивидуальном доме: 1 – подача воды от водопровода; 2 – подача воды от погружного насоса; 3 – насос; 4 – пневмобак; 5 – осадочный фильтр; 6 – фильтр обезжелезивания; 7 – умягчитель воды; 8 – бак солерастворителя; 9 – угольный фильтр; 10 – стерилизатор ультрафиолетовый; 11 – бойлер; 12 – подача горячей очищенной воды; 13 – подача холодной очищенной воды