Сельскохозяйственное водоснабжение. Качество воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Сельскохозяйственное водоснабжение. Система водоснабжения, ее структура и классификация

Требования, предъявляемые к качеству воды

Качество воды и способы его улучшения

Сельскохозяйственное водоснабжение. Система водоснабжения, ее структура и классификация

Сельскохозяйственное водоснабжение - это отрасль водного хозяйства, в задачи которого входит удовлетворение бытовых и производственных потребностей в воде объектов сельского хозяйства.

Основные отличия сельскохозяйственного от бытового и промышленного водоснабжения заключается в рассредоточенности потребителей и сезонной цикличности сельскохозяйственного производства. Вода в сельском хозяйстве расходуется на хозяйственно-питьевые нужды населением, коммунальными предприятиями (школа, торговый центр), животноводческими фермами и комплексами, предприятиями по первичной переработке сельскохозяйственной продукции, производственными зданиями и т.д. Таким образом, можно сказать, что вода расходуется потребителями на самые разнообразные нужды. Однако подавляющее большинство этих расходов может быть сведено к трем основным категориям:

1. Расход воды на хозяйственно-питьевые (бытовые) нужды населения. Сюда входят все расходы воды, связанные с бытом людей: питье, приготовление пищи, умывание, стирка, поддержание чистоты жилищ и т.п. К этой же категории могут быть отнесены все расходы воды, необходимые для обеспечения благоустройства поселка: полив улиц, зеленых насаждений и т.п.

2. Расход воды для производственных (технических) целей на предприятиях промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства и т.п. К ним относятся парообразование, охлаждение, конденсация пара, изготовление различных фабрикатов, промывка продукции и т.д.

3. Расход воды для пожаротушения.

Специфической особенностью сельскохозяйственного водоснабжения является то, что сельскохозяйственное производство ведется на обширных территориях, что обуславливает рассредоточенность населенных пунктов и различных водопотребителей по площади землепользования. Кроме того, водопотребители (люди, животные, машины), выполняя производственные операции (вспашка, уборка, пастьба животных), перемещаются по территории. Все это увеличивает дальность транспортировки воды, усложняет системы водоснабжения и затрудняет их эксплуатацию.

Системой водоснабжения называется комплекс сооружений для получения воды из природных источников, ее очистки, транспортировки и подачи потребителям. Системы водоснабжения состоят из следующих видов водопроводных сооружений:

- водозаборных сооружений, с помощью которых осуществляется забор воды из природных источников;

- насосных станций, поднимающих воду из водозабора и подающих ее в водопроводную сеть или водонапорную башню;

- очистных сооружений, осуществляющих очистку природной воды в соответствии с требованиями потребителя;

- водопроводной сети, транспортирующей воду к потребителям;

- регулирующих и запасных емкостей для хранения воды.

Водопроводом называют централизованную систему водоснабжения, в которой подача и распределение воды осуществляются по трубам

Системы водоснабжения могут быть классифицированы по ряду основных признаков. По назначению, например, различают системы водоснабжения (водопроводы) населенных пунктов и системы производственного водоснабжения (производственные водопроводы). В свою очередь, производственные водопроводы разделяют по отраслям промышленности (водопроводы тепловых электростанций, водопроводы металлургических заводов и т. д.); и системы сельскохозяйственного водоснабжения.

Все системы водоснабжения можно классифицировать по следующим характерным признакам:

- степени централизации:

· децентрализованная система;

· централизованная система;

· комбинированная система;

- виду использования природных источников:

· системы водоснабжения, получающие воду из поверхностных источников (реки, озера и моря);

· системы водоснабжения, получающие воду из подземных источников (родниковые, артезианские, грунтовые воды);

· смешанного питания;

- способам подачи воды:

· самотечные системы (гравитационные);

· с механической подачей воды (с помощью насосов)

· комбинированные системы.

Растениеводство и животноводство тесно связано с непрерывно изменяющимся производственным фактором, которым обуславливается циклическое чередование сельскохозяйственных работ. Эти обстоятельства приводят к неравномерной нагрузке систем водоснабжения, влияют на технико-экономические показатели

При обслуживании одной системой водоснабжения ряда объектов устраивают, как было сказано, групповые или районные системы водоснабжения. В пределах одного объекта в соответствии с объединением различных функций устраивают водопроводы хозяйственно-питьевые, хозяйственно-противопожарные и хозяйственно-производственные.

Требования, предъявляемые к качеству воды

Требования к качеству воды, используемой для водоснабжения, различны и зависят от того, для каких целей она расходуется. Оценка качества воды в источнике водоснабжения, предназначенном для хозяйственно-питьевых целей, осуществляется исходя из положений, указанных в ГОСТ 276.1-57 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (Правила выбора и оценки качества)». Согласно этому ГОСТ в первую очередь нужно отдавать предпочтение артезианским водам; при отсутствии таких вод следует ориентироваться на другие источники в следующем порядке: межпластовые безнапорные воды, грунтовые воды, воды открытых водоемов (водохранилища, реки, озера, каналы). Животноводческий комплекс или ферма должны быть обеспечены водой питьевого качества в соответствии с ГОСТ 2874-73. При невозможности подачи воды питьевого качества на все нужды фермы (в районах с дефицитом пресной воды), допускается применять минерализованную воду. Такая вода может быть использована для поения животных, приготовления кормов, уборки помещений, а также мытья животных.

При мембранных методах опреснения (электродиализ и гиперфильтрация) требуемые уровни минерализации легко могут быть достигнуты, однако при этом солевой состав воды ограничивается в основном натрием и хлоридами, что, по-видимому, не может компенсировать (в физиологическом отношении) разнообразия ионного состава подземных вод. В связи с этим должна быть предусмотрена возможность применения дополнительных приемов, которые могут улучшить качество опресненной воды.

В воде выбранного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения содержание сухого остатка не должно превышать 1000 мг/л, сульфатов - 500 мг/л, хлоридов - 350 мг/л, общая жесткость не выше 7 мг-экв/л. Вода должна быть прохладной, освежающей; запах и привкус при температуре 20°С не должны быть более 3 баллов. В подземных источниках водоснабжения допускается использование воды с содержанием железа (суммарного) до 1 мг/л. Присутствие в воде подземных источников, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, искусственных радиоактивных веществ не допускается.

Если вода источника водоснабжения не отвечает санитарным требованиям, то перед подачей в сеть ее необходимо улучшить до соответствующих норм. Однако организовать улучшение качества воды при эксплуатации скважины очень сложно, особенно на небольших водопроводах. Для работы очистной станции даже при проведении одного только обеззараживания воды простым хлорированием требуются постоянный квалифицированный персонал и дефицитные реагенты. Таким образом, следует стремиться проектировать разведочно-эксплуатационные скважины с расчетом получения воды, которая по своим качествам уже отвечает требованиям ГОСТ.

Рекомендуемая температура воды для поения животных 5-15° С. Теплая вода плохо утоляет жажду у животных. Слишком холодная вода уменьшает продуктивность скота и вызывает необходимость повышенного расходования кормов.

Качество воды и способы его улучшения

сельскохозяйственный водоснабжение очистка фильтрация

В зависимости от назначения, к качеству воды предъявляют различные требования. Качество воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, определяется стандартом (СанПиН 2.1.4.559-96); для производственных - специфическими требованиями производства. Качество воды характеризуется её физическими, химическими и бактериологическими свойствами.

Основные физические свойства воды:

- Мутность: зависит от содержания в воде взвешенных веществ в мг/л. Количество взвеси в воде определяют весовым способом или мутномерами. Принцип действия мутномера основан на способности взвесей поглощать и отражать лучи света, а световой поток измеряют фотоэлементом. По мутности воды подразделяются на следующие классы:

· маломутные: до 50 мг/л взвесей;

· среднемутные: от 50 до 250 мг/л;

· мутные: от 250 до 2500 мг/л;

· высокомутные: более 2500 мг/л.

Стандарт на питьевую воду допускает мутность до 1,5 мг/л.

- Прозрачность (способность воды пропускать лучи света): зависит от мутности примерно в обратной пропорциональности. Она определяется путём просматривания через слой воды, налитой в стеклянный цилиндр, стандартный шрифт или чёрный крест с толщиной линий 1 мм на белом фоне. Прозрачность выражается в сантиметрах, через которые читается шрифт или различаются линии креста.

Стандарт допускает прозрачность более 30 см по шрифту и более 300 см по кресту. Примерное соотношение между прозрачностью и мутностью следующее:

- Цветность: обусловлена наличием в воде гуминовых веществ. Цветность определяют путём сравнения цвета исследуемой воды с искусственно подкрашенными эталонами. В качестве эталона краски берут водные растворы стойких, не выцветающих солей платины и кобальта. Цветность выражается в градусах платинокобальтовой шкалы, разделённой на 500°.

Стандарт допускает 35°.

- Вкус и запах: зависят от растворённых в воде газов, минеральных солей и органических примесей. Определяют вкус и цвет при температуре 20°С по пятибалльной системе. Слабый вкус и запах не поддающийся обнаружению потребителем воды оценивается в 1 балл. Далее с появлением вкуса и запаха число баллов увеличивается.

Стандарт допускает 2 балла для бытовых нужд и 3 балла для производственных целей в сельскохозяйственном водоснабжении.

Основные химические свойства:

- Сухой остаток: характеризует общее содержание растворённых в воде химических веществ. Его определяют путём выпаривания предварительно профильтрованной воды.

Стандарт допускает 1 ООО мг/л.

- Жёсткость воды: обусловлена наличием в ней растворённых солей кальция и магния. Жёсткость выражается в мг-экв/л - это содержание в миллиграммах элементов кальция и магния в 1 литре воды, разделённое на их эквивалентную массу.

Стандарт допускает 7 мг-экв/л.

- Активная реакция воды (водородный показатель рН): характеризует кислотность или щёлочность воды, по нему судят об агрессивности водной среды.

Стандарт допускает рН = 6,5 - 7,5.

Баланс химических элементов очень важен для потребителя. Из-за избытка или недостатка тех или иных включений в воде, могут проявляться те или иные последствия, как положительные, так и отрицательные. Рассмотрим основные их виды. Фтор. Избыток его в воде может вызвать заболевание и разрушение эмали зубов, а недостаток - кариес. Стандарт допускает 0,7 - 1,5 мг/л. Йод. Элемент содержится в воде обычно в небольших количествах, а иногда вообще отсутствует. Его отсутствие или малое содержание в воде может вызвать заболевание щитовидной железы. Стандарт допускает 0,0001 мг/л. Соединения азота: аммиак, соли азотистой кислоты (нитриты) и азотной кислоты (нитраты) чаще всего образуются в воде при разложении белковых и других органических веществ. Стандарт допускает 10 мг/л.

Бактериологическая заражённость воды характеризуется общим числом бактерий, содержащихся в 1 мл воды, а также содержанием в 1 л воды кишечных палочек (коли-бактерий). Большинство бактерий, встречающихся в природной воде, безвредно для человека. Тем не менее, в воде также могут находиться и болезнетворные (патогенные) бактерии и микроорганизмы, вызывающие инфекционные заболевания, такие как холера, дизентерия, туляремия, брюшной тиф и др. Патогенные бактерии появляются в воде главным образом при попадании в неё экскрементов человека и животных. При бактериологических анализах определяют содержание в воде кишечных палочек, постоянно живущих в кишечнике человека и животных. Кишечная палочка сама по себе не является болезнетворной бактерией, но обнаружение её в воде свидетельствует о загрязнении её фекальными водами, а, следовательно, и о возможности попадания болезнетворных бактерий.

Пробы воды для бактериологического анализа берут в чистую стерильную посуду и доставляют в бактериологическую лабораторию немедленно (не позднее чем через 12 часов). При анализах воды определяют общее число бактерий в 1 мл воды; число кишечных палочек в 1 л воды (такой показатель называется коли-индекс); объём воды в мл, в котором содержится одна кишечная палочка (такой показатель называется коли-титр).

Стандарт по бактериологической загрязнённости воды допускает общее количество бактерий в 1 мл - 100, коли-индекс - 3 и коли-титр - 300.

Если качество воды не соответствует вышеуказанным стандартам, то она подвергается очистке.

Очистка воды заключается в её осветлении, обесцвечивании, дезодорации (устранении запахов и привкусов) и обеззараживании. Воду осветляют, то есть устраняют её мутность, удаляя из неё взвешенные вещества и коллоиды. Осветление воды включает в себя два процесса:

- отстаивание: осаждение из неё взвешенных веществ;

- фильтрование: пропуск её через слой фильтрующего материала.

Отстаивание воды производится в специальных бассейнах - отстойниках, фильтрование - на фильтрах. Отстойники (горизонтальные, вертикальные) - сооружения, предназначенные для осаждения под силой тяжести в основном крупных по размеру и массе частиц, находящихся в воде во взвешенном состоянии. Время отстаивания воды зависит от крупности содержащихся в ней взвешенных частиц. Чем меньше частицы, тем больше времени требуется для их осаждения. Для интенсификации процесса очищения применяют коагулирование взвесей. Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодиспергированных примесей воды, происходящий вследствие взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Процесс коагуляции завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов - хлопьев. Различают коагуляцию в свободном объеме (в камерах хлопьеобразования) и контактную коагуляцию, протекающую в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка. Если говорить подробнее, то процесс происходит при помощи добавления в воду химических веществ - коагулянтов. Последние, распадаясь на катионы и анионы, нейтрализуют отрицательно заряженные частички взвесей, что позволяет им слипнуться в более крупные объёмы и быстрее выпасть в осадок. В то же время коагулянты, вступая в реакцию с растворёнными в воде солями, образуют хлопья, которые собирают частицы взвесей и увлекают их в осадок.

Самым распространённым коагулянтом в России является сернокислый алюминий (химическая формула Al₂(S0₄)₃), или как его ещё называют - глинозём. В среднем для осветления 1 л воды требуется 40 - 150 мг глинозёма, в зависимости от качества природной воды.

После осаждения взвесей вода поступает на фильтр, где, проходя через слой фильтрующего материала, она освобождается от не успевших выпасть в осадок взвесей и где завершается процесс полного осветления воды.

Для фильтрования воды на водопроводных очистных станциях устраивают водоочистные фильтры. Фильтрация - это следующий после коагуляции и отстаивания процесс для освобождения воды от взвешенных веществ, оставшихся после первых этапов очистки. Сущность фильтрации заключается в пропуске воды через мелкопористый материал (с зернистой загрузкой), на поверхности, в верхнем слое (или в толще) которого задерживаются взвешенные частицы. Фильтр - ёмкость, в которую загружают слой зернистого фильтрующего материала (песка, дробленого антрацита, керамзита, мраморной крошки и др.). Поданная на фильтр вода проходит через фильтрующий слой, оставляя в нём взвеси, собирается дренажным устройством и отводится в резервуар чистой воды. Фильтрующая среда постепенно загрязняется задержанными ей взвесями и требует периодической очистки или промывки водой.

Интенсивность процесса фильтрации измеряется количеством воды в кубических метрах, прошедшей за 1 час через 1 м² площади фильтра. Следовательно, величина, характеризующая интенсивность фильтрации, имеет размерность скорости (м³/час·м² = м/час), поэтому её принято называть скоростью фильтрации.

По скорости фильтрации все фильтры можно разделить на такие типы:

- медленные, в которых V_Ф от 0,1 до 0,5 м/час;

- скорые, в которых V_Ф от 5 до 50 м/час.

Медленные фильтры впервые начали применяться в Англии в 1829 г. В этих фильтрах осветление воды достигают в основном за счёт плёночного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая загрузка, имея мелкие поры, вначале задерживает на своей поверхности наиболее крупные частицы. Последние, заклиниваясь в порах, сужают их сечение, благодаря чему начинает задерживаться более мелкая взвесь. Этот процесс быстро прогрессирует, в порах задерживаются всё более и более мелкие частицы, а затем коллоиды и даже бактерии. Так на поверхности фильтра образуется фильтрующая плёнка с очень мелкими порами. После этого качество профильтрованной воды становится очень высоким. Задержанные плёнкой бактерии и органические вещества обусловливают возникновение в ней биологических процессов, включая развитие низших организмов, поглощающих бактерий. В результате биологических процессов большинство (до 99%) бактерий, находящихся в воде, задерживается плёнкой и погибает. Созревшую фильтрующую плёнку медленных фильтров называют биологической. Для созревания биологической плёнки медленного фильтра необходимо 2-3 суток. Очистка медленного фильтра заключается в снятии верхнего слоя (3-5 см) фильтрующего материала вместе с биологической плёнкой и промывки всего слоя фильтрующего материала. Работает фильтр циклично. Период его работы между двумя чистками называют фильтроциклом. Фильтроцикл медленного фильтра составляет 40 - 60 суток. Но самое главное, воду на медленных фильтрах можно очищать, не применяя реагенты.

Скорые фильтры появились в 1884 году и почти вытеснили медленные, так как, имея большую производительность, требовали меньшей площади и были экономичнее в эксплуатации. В этих фильтрах осветление воды достигается в основном за счёт объёмного фильтрования. В них применяют относительно крупнозернистую фильтрующую загрузку, обладающую повышенной грязеёмкостью. Биологическая плёнка на скорых фильтрах не успевает образовываться, так как их фильтроцикл длится всего 8-12 часов. На скорые фильтры подают воду, предварительно обработанную реагентами. Многие бактерии - возбудители опасных инфекционных заболеваний могут распространяться через воду. В результате отстаивания и фильтрования из воды удаляется до 95% бактерий. Для уничтожения оставшихся микроорганизмов - воду обеззараживают. С этой целью используют жидкий хлор, гипохлорит натрия, полученные электролитическим путём озон, двуокись хлора и бактерицидное облучение.

Хлорирование. Хлорирование является наиболее распространённым методом обеззараживания воды. Для хлорирования используют хлорную известь или газообразный хлор. Обычно применяют двойное хлорирование, добавляя хлор перед отстаиванием и после фильтрации.

Хлор доставляют на станцию в сжиженном виде в баллонах. Из них хлор переливают в промежуточный баллон, где он переходит в газообразное состояние. Газ поступает в хлоратор. Здесь он растворяется в водопроводной воде, образуя хлорную воду, которая вводится в трубопровод, транспортирующий воду, предназначенную для хлорирования.

Озонирование. Озонирование заключается в окислении бактерий атомарным кислородом, образующимся при распаде озона. Озон одновременно уменьшает цветность, вкусы и запахи воды. Озон в виде озоно-воздушной смеси получают в электрических озонаторах из кислорода воздуха. Перемешивание озоно-воздушной смеси с водой происходит в специальных колоннах и резервуарах с помощью механических мешалок, эжекторов-смесителей и других приспособлений.

Бактерицидное облучение. Способ очистки воды, который осуществляется с использованием ультрафиолетовых лучей, под действием которых находящиеся в воде бактерии погибают. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется возникающими при облучении фотохимическими процессами в веществе бактерий. Источником ультрафиолетовых лучей служат электрические кварцевые ртутные или аргоно-ртутные лампы. Эти лампы располагаются в специальных камерах, через которые пропускается вода.

В случае организации централизованной подачи питьевой воды и небольшие объекты (поселки, пансионаты, дома отдыха и т.д.) при использовании в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов для очистки воды могут применяться компактные сооружения небольшой производительности. Примером такой установки служит компактные «Струя», производительность которой ранжируется от 25 до 800 м³/сут. В её состав входят: трубчатый отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, оборудование для приготовления и дозирования реагентов и бак для промывной воды.

Размещено на Allbest.ru