Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО "Кубанский государственный аграрный университет"

Факультет Водоснабжения и водоотведения

Кафедра комплексных систем водоснабжения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений"

Выполнила: Гапоненко К.В.

Студентка гр. ВВ 1101

Проверил: Гринь В.Г.

Краснодар 2015 г

Содержание

• Введение
• 1. Характеристика источника водоснабжения
• 1.1 Гидрограф реки Кума
• 1.2 Химический состав и органолептические показатели реки Кума
• 2. Технологическая схема станции водоподготовки
• 3. Расчёт и конструкция коридорного осветлителя воды
• 3.1 Определение размеров осветлителя
• 4. Расчёт скорого фильтра
• 4.1 Определение размеров фильтра
• 4.2 Расчет дренажной распределительной системы
• 5. Обеззараживание воды
• 6. Подбор насосного оборудования
• 7. Эксплуатация РЧВ
• 8. Эксплуатация водопроводной сети
• 9. Эксплуатация решёток систем водоотведения
• 10. Вторичные отстойники
• Список используемой литературы

Введение

Создание условий по обеспечению потребителей доброкачественной питьевой водой - один из факторов санитарно-эпидемиологического благополучия, предотвращения поступления во внешнюю среду недостаточно очищенных сточных вод, обеспечения охраны окружающей среды от загрязнения, повышения эффективности, надежности и качества работы систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации, улучшения организации управления и эксплуатации этих систем, обеспечения энерго-ресурсосбережения.

Мониторинг технического состояния сооружений и инженерных систем предназначен для применения в строительстве при:

1. Контроле технического состояния сооружений и инженерных систем и своевременном принятии мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния;

2. Выявлении объектов, на которых произошли изменения напряжено-деформированного состояния несущих конструкций и для которых необходимо обследование их технического состояния;

3. Обеспечении безопасного функционирования систем и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований, которые могут повлечь переход объектов в ограниченно работоспособное или аварийное состояние;

4. Отслеживании степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятии в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения;

5. Оборудовании СМИС, информационно сопряженными с автоматизированными системами дежурно-диспетчерских служб объектов и ЕДДС с целью предупреждения возникновения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, в том числе вызванных террористическими актами;

6. Создании в целях обеспечения гарантированной устойчивости функционирования системы процессов жизнеобеспечения требуемого качества на контролируемых объектах и как средство информационной поддержки принятия решения по предупреждению и ликвидации ЧС, в том числе вызванных террористическими актами.

1. Характеристика источника водоснабжения

Источниками водообеспечения централизованных систем водоснабжения являются подземные и поверхностные воды и атмосферные осадки. К подземным водам относят: подрусловые, грунтовые, межпластовые, артезианские, карстовые, шахтные. Шахтными называют подземные воды, проникающие в выработанное при добыче полезных ископаемых подземное пространство и проходящие через водоотлив шахты. Состав подземных вод определяется условиями их образования и залегания.

К поверхностным относят воды рек, озер, водохранилищ, прудов, каналов, морей. Их состав определяют почвенно-геологические условия; климатические, геоморфологические и антропогенные факторы.

К атмосферным водам относят осадки, выпадающие в виде дождя и снега, аккумулирующиеся в естественных или искусственных емкостях. Их состав определяется чистотой атмосферы, количеством; гидрогеологическими свойствами грунтов бассейна водосбора, способом их накопления и хранения; условиями, сопутствующими их выпадению.

Для технического водоснабжения промышленных предприятий возможно использование до очищенных сточных вод.

Подземные воды характеризуются обычно постоянством состава и температуры, значительной минерализацией, отсутствием минеральных взвесей, низким содержанием органических веществ, присутствием растворенных газов, значительной жесткостью, повышенным содержанием железа и марганца, высокой санитарной надежностью. Часто подземные воды имеют гидравлическую связь с поверхностными, что влечет за собой изменение их химического состава: повышается концентрация органических веществ, кремниевой кислоты; изменяется минерализация, появляется растворенный кислород. С возрастанием глубины залегания увеличивается степень минерализации воды. По О.А. Алекину подземные воды подразделяют:

- по степени минерализации:

пресные - до 1 г/л;

солоноватые - 1-3 г/л;

засоленные - 3-10 г/л;

соленые - 10-50 г/л;

- по величине рН:

щелочные - 11 -14;

слабощелочные -8-10;

нейтральные - 7;

слабокислые - 4-6;

кислые - 1-3;

- по общей жесткости

очень мягкие до 1,5;

мягкие - 1,5-3;

умеренно жесткие - 3-6;

жесткие - 6-9;

очень жесткие - свыше 9.

Пресные поверхностные воды отличаются значительными колебаниями их состава и температуры в течение года, что объясняется характером их питания (поверхностное и подземное). Они характеризуются наличием диспергированных минеральных, коллоидных и растворенных веществ. СНиП 2.04.02-84 дает следующие классификации поверхностных вод:

- по минерализации:

очень малой - до 100 мг/л;

малой - 100-200 мг/л;

средней - 200-500 мг/л;

повышенной - 500- 1000 мг/л

высокой - свыше 1000 мг/л;

- по наличию гумусовых (в т. ч. фульвокислот):

малоцветные - до 35 град;

средней цветности - 35-120 град;

высокой цветности - свыше 120 град;

- по количеству взвешенных веществ:

маломутные - до 50 мг/л;

средней мутности - 50-250 мг/л;

мутные - 250- 1500 мг/л;

высокомутные - свыше 1500 мг/л;

- по степени бактериальной загрязненности (коли-индекс):

сильно загрязненные - свыше 10000;

загрязненные - более 1000;

слабо загрязненные - свыше 100;

удовлетворительные - более 10;

хорошие - до 3.

В зависимости от категории системы централизованного водоснабжения обеспеченность минимальных среднемесячных расходов воды поверхностных источников должна быть: 1 категория - 95%; 2 категория - 90% и 3 категория - 85%.

Наблюдается определенная закономерность: воды рек Севера характеризуются малой или средней мутностью, высокой цветностью и малым солесодержанием, а реки Юга - высокой мутностью и минерализацией, бесцветностью. Воды поверхностных источников, как правило, имеют значительную бактериальную загрязненность.

Состав природных вод постоянно изменяется в результате протекающих в них процессов оксидации и восстановления, седиментации диспергированных и коллоидных примесей и солей, как следствие изменения давления и температуры; ионообмена между водой и донными отложениями; обогащения вод микроэлементами вследствие биохимических процессов; смешения вод различного питания. В поверхностных водотоках наблюдается самоочищение воды за счет физических, химических и биологических процессов, чему способствует аэрация, перемешивание, декантация взвесей, разбавление загрязнений в большой массе воды. Под действием простейших водных организмов, микробов-антагонистов, бактериофагов и антибиотиков биологического происхождения, под влиянием биохимических и оксидационных процессов - погибают патогенные бактерии и вирусы. Самоочищение воды, как правило, не обеспечивает необходимого ее качества для производственных и хозяйственно питьевых целей. Поэтому практически всегда поверхностная вода нуждается в кондиционировании ее свойств с их доведением до требований потребителя.

В данном проекте забор воды производится из поверхностного источника, реки Кума.

1.1 Гидрограф реки Кума

По данным 100-летнего ряда наблюдений средний годовой сток реки Кума, формируемый за счёт дождевого и снегового питания (72 %), таяния высокогорных снегов и ледников (28 %) и грунтовых вод (17 %), составляет около 17,5 км. Кума берет начало в предгорьях Кавказа, на высоте около 2000 м над уровнем моря, в местности, расположенной между бассейнами pp. Кубани и Терека. Длина реки 590 км, площадь водосбора 25500 км ². Кума представляет собой маловодную степную реку; сток ее формируется главным образом в степной зоне. Средний годовой расход воды ее равен 13 м ²/сек. Воды реки широко используются на орошение. Они отличаются большой мутностью. Средняя годовая мутность достигает 2-2,8 кг/м ³. Выйдя в Прикаспийскую низменность, русло реки разделяется на ряд рукавов, впадающих в озера; Кума здесь теряется в зарослях камыша, не доходя до Каспийского моря. Только в особенно многоводные годы (1886. 1898, 1921 и т. д.). Кума сбрасывала часть своих вод в море.



Рисунок 1.1 - Гидрограф реки Кума.

1.2 Химический состав и органолептические показатели реки Кума

Органолептические свойства воды - это те ее признаки, которые воспринимаются органами чувств человека и оцениваются по интенсивности восприятия. Обонятельные, вкусовые, зрительные, тепловые ощущения обусловлены физическими характеристиками воды и наличием в ней определенных химических веществ (органических, минеральных солей, газов). Именно они и придают воде запах, вкус, привкус, окраску, мутность и т. п.

Р. Кума почти самая мутная река в Ставропольском крае, ее вода несет очень много почти невидимых глазами частиц глины. Величина этих глинистых частиц очень мала и достигает 0,05 мм, они придают воде бурый цвет.

По мутности река Кума даже превосходит реку Кубань. В одну секунду в русле Кумы вместе с водой проносится в среднем в году 5,91 кг глины.

А в 1 м ³ воды в зависимости от времени года содержится глинистых частиц:

В январе - 1120 гр., в апреле - 3140 гр.,

В марте - 1000гр., в августе - 4180 гр.

Определяемые ингредиенты	Р. Кума Выше сброса	Предельно допустимые нормы
1. Взвешенные вещества	94,0	24,2
2. Сухой остаток	2163	860
3. Хлориды	314,8	130
4. Сульфаты	949,07	183,0
5. Ион аммония	0,92	0,89
6. Нитрат- ион	22,25	86,3
7. Железо общее	0,484	0,1
8. Нефтепродукты	10	-

Вместе с тем, вода реки кроме частиц глины, еще содержит и много различных растворенных солей. Подсчитано, что Кума у с. Стародубского за год проносит 300 тысяч тонн различных солей, или примерно по одному килограмму в каждом кубометре воды.

По данным таблицы №2 мы видим, что содержание нитрат-ионов и фосфат-ионов находятся в допустимой норме, остальные превышают допустимые нормы.

В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO₃^-, хлорид Cl^- и сульфат SO₄^2-) и четыре катиона (кальций Ca²⁺, магний Mg²⁺, натрий Na⁺ и калий K⁺) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br^-, B³⁺, Sr³⁺ и др. Отнесение ионов K⁺ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K⁺ могут играть главную роль.

2. Технологическая схема станции водоподготовки

Современные станции по очистке воды представляют собой сложный комплекс специальных сооружений и устройств. Структура водоочистных станций предусматривает наличие склада реагентных веществ, насосных агрегатов, очистных сооружений различного назначения, резервуаров для хранения обработанной воды и контрольно-измерительных приборов.

Исходная вода поступает в смеситель, где в нее вводится раствор коагулянта и после перемешивания поступает в камеру реакций, где происходит образование хлопьев коагулянта. Далее вода поступает в отстойник, а из него пропускается через фильтр. После фильтрации, при выходе воды из фильтра, в нее вводится хлор, который в виде хлорной воды поступает из хлораторной. После этого вода направляется в резервуары, а из них - к потребителю. Загрязненные промывочные воды, образовавшиеся в процессе обработки воды, отводятся за пределы водоочистной станции.

При заборе воды из подземных источников, которая, как правило, имеет незначительную мутность и повышенное солесодержание, применяются другие технологические схемы очистки. Особенностью этих схем является то, что в их составе отсутствуют сооружения для осветления воды. Кроме того, в зависимости от применяемой технологии обработки воды, в составе промывочных вод могут присутствовать агрессивные кислые и щелочные стоки.

Иногда подземные воды и по солесодержанию, и по мутности соответствуют нормативным требованиям, а по другим показателям, например по концентрации железа или фтора или растворенным газам,- нет. В этом случае вместо сооружений по обессоливанию воды в технологическую схему вводятся устройства для улучшения этих показателей.

Фильтрование на скорых фильтрах

В природе встречаются подземные воды, состав которых соответствует нормативным требованиям. В таких случаях технологическая схема очистки воды значительно упрощается. Требуется производить только ее обеззараживание.

Из оголовка водозабора по самотечным трубопроводам вода из поверхностного источника поступает в насосную станцию первого подъема. Оголовок водозабора устанавливается ниже нижнего уровня воды (НУВ; верхний уровень воды - ВУВ) с учетом высоты образующегося льда. Насосы, установленные в насосной станции первого подъема, под напором подают воду в канал-смеситель. Предварительно в обрабатываемую воду вводится аммиак NН ₃ и через несколько минут - газообразный хлор Сl₂. Хлор взаимодействует с аммиаком, в результате чего образуются моно- и дихлорамины, обладающие меньшим, чем хлор, бактерицидным эффектом, но более длительным (пролонгированным) действием. В канале-смесителе происходит смешивание обрабатываемой воды с коагулянтом - сернокислым алюминием Аl₂(SО4)₃. Затем в воду вводится флокулянт - вещество, способствующее более полному и быстрому хлопьеобразованию. После смесителя вода поступает в горизонтальный отстойник, в котором происходит основное осаждение скоагулировавших частиц. После этого частично осветленная вода поступает на скорые фильтры, где освобождается от взвешенных частиц. После фильтра очищенная вода поступает в резервуар чистой воды и насосными агрегатами насосной станции второго подъема подается в разводящую распределительную сеть.

Фильтрование через барабанные сетки

Обработка воды осуществляется путем фильтрования через барабанные сетки и контактные осветлители. Водозаборные сооружения, насосные станции первого и второго подъема), резервуары чистой воды устроены так же, как и в первой технологической схеме.

Специальные способы очистки воды

Из специальных способов очистки воды наиболее часто применяют обессоливание. Масштабы использования воды на питьевые и технические нужды таковы, что в практику водоснабжения все более активно внедряются технологические схемы водоочистки, позволяющие использовать воды природных источников, имеющие повышенное солесодержание. В настоящее время к наиболее распространенным способам обессоливания воды относят дистилляцию, электродиализ, гиперфильтрацию и ионный обмен.

Дистилляция

Дистилляция основана на выпаривании обрабатываемой воды с последующей конденсацией пара. Эта технология может применяться для обработки вод с исходным солесодержанием более 10 г/л.

Под действием теплоты, отдаваемой нагревательными элементами, обрабатываемая вода в испарителе переводится в пар, который конденсируется с образованием дистиллята в конденсаторе.

Полученный дистиллят в зависимости от требований, предъявляемых к обессоленной воде, может разбавляться в смесителе соленой водой

до заданной концентрации солей. Описанная выше технология имеет два существенных недостатка. Во-первых, она является очень энергоемкой: в зависимости от принятой схемы дистиллятора затраты электроэнергии составляют 10-15 кВт * ч/м ₃ обрабатываемой воды. Во-вторых, в процессе работы дистиллятора на стенках испарителя образуется накипь. Очистка испарителей от накипи является весьма трудоемкой и дорогостоящей операцией.

Электродиализ

Электродиализ основан на способности ионов перемещаться в объеме воды под действием напряженности электрического поля. При приложении к воде постоянного напряжения катионы начинают перемещаться к катоду, анионы - к аноду. Ионоселективные мембраны пропускают через себя либо катионы, либо анионы. В объеме, ограниченном ионообменными мембранами, происходит снижение концентрации солей. Эту технологию рекомендуется применять при солесодержании исходной воды до 10 г/л.

Простейший аппарат (электродиализатор, электролизер), реализующий эту технологию, представляет собой проточную емкость, разделенную анионообменной и катионообменной мембранами на три изолированные друг от друга части (камеры). В крайние камеры помещают анод и катод. Особенность применяемых мембран заключается в том, что они способны пропускать под действием электрического поля только ионы одного знака. Анионообменные мембраны пропускают только отрицательно заряженные ионы (анионы), а катионообменные мембраны - только положительно заряженные ионы (катионы).

Предположим, что обработке подвергается вода с повышенным содержанием хлоридов, полученная путем растворения в ней NaCl. Эта вода подается одновременно в три камеры. Под действием электрического поля из средней камеры ионы Nа+ перемещаются к катоду, ионы Cl- к аноду. Из крайних камер ионы Nа+ и Cl- не могут перейти в среднюю, так как установленные мембраны препятствуют этому процессу. Таким образом, в средней камере постепенно снижается концентрация катионов и анионов, т. е. происходит обессоливание воды.

Гиперфильтрация (обратный осмос)

Гиперфильтрация основана на фильтровании обрабатываемой воды под давлением через полупроницаемые мембраны, которые пропускают воду, но задерживают гидратированные ионы солей. Эту технологию рекомендуется использовать при солесодержании исходной воды до 10 мг/л. Исходная вода под давлением 0,5-10,0 МПа поступает в установку с размещенной в ней мембраной и разделяется на два потока - обессоленную воду (фильтрат) и рассол.

Основным элементом установки является мембрана с диаметром пор 0,5-1,0 нм. Такие мембраны изготавливают из различных полимерных материалов, пористого стекла или металлической фольги. Несмотря на простоту этой технологии, ее реализация требует дополнительных затрат на предварительную обработку исходной воды и периодическую очистку от загрязнений мембран.

Ионный обмен

Ионный обмен основан на способности некоторых веществ, называемых ионитами, обменивать находящиеся в их составе ионы на катионы и анионы, содержащиеся в обрабатываемой воде. В промышленности эта технология позволяет производить обработку воды с исходным солесодержанием не более 3 г/л и применяется в основном для подготовки воды технического назначения.

Иониты - это твердые зернистые вещества, набухающие в воде, но не растворимые в ней. По характеру ионного обмена они подразделяются соответственно на катиониты и аниониты: вещества, обменивающие катионы, называют катионитами, а обменивающие анионы - анионитами.

При обессоливании обрабатываемая вода пропускается через последовательно расположенные катионитовый и анионитовый фильтры. В зависимости от строения катионита и способа его регенерации катионитовый фильтр может отдавать водородные ионы (катионит в форме Н+), ионы натрия (Na-катионит) и др. Анионит, в свою очередь, может находиться в гидроксильной форме (ОН-анионит) или содовой (СО ₃-анионит).

Предположим, что исходная вода содержит в своем составе Са(НСО₃)₄, MgSО₄ и NаСl. Фильтрование такой воды осуществляется через последовательно соединенные Н-катионитовый и ОН-анионитовый фильтры. Матрицы ионитов имеют обозначения соответственно КАТ и АН.

В Н-катионитовом (водород-катионитовом) фильтре содержащиеся в воде катионы Са₂+, Mg₂+ и Na+ обмениваются на катионы водорода:

КАТ-Н + МgSО₄ > КАТ-Са + Н₂SО₃;

КАТ-Н + NaCl > КАТ-Са + НСl;

КАТ-Н + Са(НСО₃)2 > КАТ-Са + Н₂СО₃;

Н₂СО₃ > Н₂О + СО₂.

Как видно из приведенных формул, вода после Н-катионитовых фильтров освобождается от катионитов Са₂+, Mg₂+ и Nа+. После дегазатора, где из воды удаляется СО₂, фильтрат пропускается через анионитовые фильтры, например АН[ОН]-анионит. В этом фильтре анионы обмениваются на гидроксильные ионы:

АН-ОН + Н₂SО₄ > АН-SО₄ + Н₂О;

АН-ОН + НСl > АН-Сl + Н₂О.

В результате этих реакций из воды удаляются сульфаты и хлориды.

Таким образом, в результате последовательной фильтрации воды через катионитовые (в форме Н+) и анионитовые (в форме ОН-) фильтры снижается ее солесодержание.

Рисунок 2 - Типовая технологическая схема очистка воды от железа, снижения мутности и запаха: 1 - дозирующий комплекс; 2 - накопительный резервуар 1; 3 - накопительный резервуар 2; 4 - насосная станция; 5 - дозирующий комплекс; 6 - система из 4 осветильно-сорбционных фильтров; 7 - система из 3х осветительно-сорбционных фильтров; 8 - мешочный фильтр; 9 - накопительный резервуар 3.

Регенерацию (восстановление) Н-катионитовых фильтров производят растворами кислот Н₂SО₄, НСl, а ОН-анионитовых фильтров - растворами щелочи NаОН. После регенерации фильтры промываются водой. Расход воды на промывку 1м³ катионита составляет 4-5 м³, 1 м³ анионита - 10-12 м³.

Nа-катионитовый фильтр регенерируют раствором каменной соли, СО ₃-анионитовый - раствором соды.

3. Расчёт и конструкция коридорного осветлителя воды

Коридорный осветлитель, как и отстойник, предназначен для предварительного выделения коагулированных взвешенных веществ из воды.

Расчет осветлителей выполняется с учетом годовых колебаний качества воды для двух периодов (п.6.78 [2]):

- минимальной мутности осветляемой воды при минимальном расходе (в зимний период);

- максимальной мутности воды и максимальном расходе (в летний период).

Рисунок 5 - Схема коридорного осветлителя: I- зона осветления; II - зона взвешенного осадка; III - зона осадкоуплотнения; 1 - рабочая камера (2 коридора); 2 - осадкоуплотнитель; 3 - подача воды на осветление от смесителя; 4 - подача воды в рабочую камеру; 5 - распределительный коллектор; 6 - водосборные желоба; 7 - трубопровод осветленной воды; 8 - трубы, отводящие осветленную воду из осадкоуплотнителя; 9 - шламоотводящие трубы; 10 - взвешенный слой; 11 - осадкоприемные окна; 12 - защитные козырьки; 13 - сброс осадка; 14 - подача воды на дальнейшую обработку (линия, обводная осветлитель).

Расчет осветлителя включает определение его габаритных размеров; расчет подводящих и отводящих систем; системы принудительного отвода осадка в зону шламонакопления; шламоотводящей системы.

Минимальное количество осветлителей принимают два, причем площадь одного не должна превышать 100-150 м². При числе осветлителей менее 6-ти следует предусматривать один резервный.

3.1 Определение размеров осветлителя

Площадь одного осветлителя включает в себя площадь двух коридоров осветления и расположенного между ними осадкоуплотнителя.

Площадь осветлителя F, м², определяется по формуле:

F = F_ОСВ + F_ОТД,

где F_ОСВ, F_{ОТД -} площади зоны осветления и отделения осадка соответственно, м², определяются п.6.78 [2]

F_ОСВ = (К_Р.В х q_Ч) / (3,6 х V_ОСВ),

В летний период:

F_ОСВ = (301*0,6)/ 3,6 х 1,2=42 м²

F_ОТД = q_Ч х (1-К_Р.В) / (3,6 х V_ОСВ),

F_ОТД=301 х(1-0,6)/3,6 х 1,2=28 м²

F =42+28=70 м ²

В зимний период:

F_ОСВ = (301*0,6)/ 3,6 х 1,1=45,6 м²

F_ОТД = q_Ч х (1-К_Р.В) / (3,6 х V_ОСВ),

F_ОТД=301 х(1-0,6)/3,6 х 1,1=30,4 м²

F =45,6+30,4=76 м²

где К_Р.В - коэффициент распределения воды между зонами осветления и отделения осадка, определяется по таблице 8 для зимы и лета;

V_ОСВ - скорость восходящего потока в зоне осветления в мм/с, принимается по таблице 8 для зимы и лета.

Таблица 8 - Расчетные параметры коридорного осветлителя (таблица 20 [2])

Мутность воды, поступающей в осветлитель, мг/л	Скорость восходящего потока в зоне осветления VОСВ, мм/с	Коэффициент распределения воды, КР.В
	в зимний период	в летний период
от 50-100	0,5-0,6	0,7-0,8	0,70-0,80
100-400	0,6-0,8	0,8-1,0	0,80-0,70
400-1000	0,8-1,0	1,0-1,1	0,70-0,65
1000-1500	1,0-1,2	1,1-1,2	0,64-0,60

Примечание: 1. При применении флокулянтов при коагулировании воды скорость выпадения взвеси следует увеличивать на 15-20 %.

2. Нижние пределы скорости указаны для хозяйственно-питьевых водопроводов

3. Скорость в зимний период следует принимать меньше, чем для летнего периода, так как мутность воды в этот период значительно снижается.

Расчет выполняется по следующей схеме:

М_МАХ, мг/л > V_ОСВ^Л, мм/с > К_Р.В.^Л > F_Л, м²;

М_MIN, мг/л > V_ОСВ^З, мм/с > К_Р.В.^З > F_З, м².

Из полученных двух величин F_Л, м ² и F_З, м ² выбирается наибольшая и по ней выполняются все дальнейшие расчеты.

Площадь каждого из двух коридоров осветления ѓ_К, м²

ѓ_К = F_ОСВ / (n х 2),

ѓ_К =76/2*8=4,75 м²

где n - количество рабочих осветлителей, шт., (следует согласовывать с типовыми проектами ВОС).n=5

Площадь осадкоуплотнителя ѓ_О.У, м²

ѓ_О.У = F_ОТД / n.

ѓ_О.У =30,4/8=4 м²

При определении площадей коридора и осадкоуплотнителя следует подставлять значения F_ОСВ и F_ОТД для выбранного периода работы осветлителя.

Ширину коридора осветлителя принимаем, тогда длина коридора

?_К = ѓ_К / 2,5.

?_К =4,75/2,5=1,9 м

Ширина осадкоуплотнителя выше окон для приема осадка b_О.У, м определяется:

b_О.У = ѓ_О.У / ?_К.

b_О.У =4/1,9=2,11 м

4. Расчёт скорого фильтра

Для получения воды питьевого качества, отвечающей требованиям [1], на ВОС предусматриваются скорые фильтры (СФ) открытого типа с зернистой загрузкой и скоростью фильтрования V_Ф = 5-12 м/ч (рисунок 6).

Расчет фильтра выполняется в соответствии с указаниями [2]. Заключается в определении габаритных размеров фильтра, их количества; расчете верхней (сборных желобов) и нижней дренажной (сборно-распределительной) систем; вычислении потерь напора в фильтре при промывке.

Фильтры рассчитываются на работу при нормальном и форсированном (часть фильтров находится в ремонте при промывке) режимах. При количестве фильтров до 20, возможен вывод на ремонт только одного фильтра.

При производительности ВОС более 1600 м³/сут, количество фильтров N, шт должно быть не менее 4-х; при Q_РАСЧ более 8000-10000 м³/сут количество фильтров определяется расчетом п.6.99 .

Тип и основные технические характеристики фильтра выбирают и заносят в таблицу.

Фильтрующая загрузка в скорых фильтрах располагается на поддерживающем слое, в котором укладывается распределительная система большого сопротивления. Крупность фракций и высота поддерживающих слоев принимается по таблице 12 (п.6.104[2]).Общая высота поддерживающего слоя обычно не превышает 500 мм, с крупностью зерен в верхнем слое 5-2 мм.

Таблица 12 - Конструкция поддерживающего слоя

Крупность зерен, мм	Высота слоя, мм	Примечание
40-20	Верхняя граница слоя должна быть на уровне верха распределительной трубы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий дренажной системы	В таблице представлена последовательность засыпки слоев снизу вверх
20-10	100-150
10-5	100-150
5-2	50-100

Для зернистой загрузки скорых фильтров используются кварцевый песок, дробленый керамзит и другие материалы, обеспечивающие технологический процесс и обладающие химической стойкостью и механической прочностью.

Рисунок 6 - Схема скорого фильтра: 1 - корпус фильтра; 2 - боковой карман фильтра; 3 - желоб; 4- дренаж фильтра; 5 - зернистая фильтрующая загрузка; 6 - поддерживающий слой; 7 - подача осветляемой воды на фильтр; 8 - отвод фильтрата; 9 - подача промывной воды в фильтр.

4.1 Определение размеров фильтра

Общая площадь фильтрации F_Ф, м²вычисляется по формуле (п.6.98 [2])

F_Ф = Q_РАСЧ / (Т_СТ х V_Ф - 3,6 х n х щ х t₁ - nxt₂xV_Ф),

где Т_{СТ -} продолжительность работы станции в течение суток, ч, принимаем круглосуточную работу ВОС т.е. Т_СТ =24 ч;

V_{Ф -} расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимается (таблица 11);

n - число промывок каждого фильтра в сутки (п.6.97);

щ - интенсивность промывки, л/(с х м²);

t₁ - принятая продолжительность промывки, ч;

t₂ - время простоя фильтра при промывке, принимается в соответствии с п.6.98 [2] 0,33 ч.

F_Ф = 7224/(24*5,5-3,6*2*6*0,2-2*5,5*0,33) = 60,34 м²

Интенсивность промывки щ, л/(с х м ²) и ее продолжительность t_1, ч принимается по таблице 13 в соответствии с выбранным типом фильтра.

Таблица 13 - Параметры промывки скорого фильтра

Тип фильтра и его загрузки	Интенсивность промывки, щ, л/(с х м2)	Продолжительность промывки, t1, ч	Величина относительного расширения загрузки, е, %
СФ с однослойной загрузкой Д,мм: 0,7-0,8 0,8-1,0 1,0-1,2	12-14 14-16 16-18	6-5	45 30 25
СФ с двухслойной загрузкой	16-18	7-6	50

Площадь одного фильтра, ѓ, м²определяется:

ѓ = F_Ф / N.

ѓ =60,34/4=15,1 м²

N=0,5 = 0,5*

N=4 шт

По величине ѓ, м²определяются размеры фильтра (ширина b, м и длина а, м), которые согласовываются с соответствующим типовым проектом ВОС. Фильтры проектируются прямоугольными (квадратными) в плане.

При площади фильтра менее 40 м² принимают конструкцию фильтров с боковым карманом, при большей площади - рекомендуется проектировать фильтры с центральным распределительным карманом.

4.2 Расчет дренажной распределительной системы

В проектируемом фильтре проектируется трубчатая распределительная (дренажная) система большого сопротивления с выходом воды в поддерживающие слои. Предназначена для равномерного распределения промывной воды по площади фильтрующей загрузки при промывке и равномерного сбора профильтрованной воды. Выполняется система из стальных или полиэтиленовых труб.



Рисунок 7 - Схема дренажной распределительной системы: 1 - центральная распределительная труба (коллектор); 2 - дырчатые ответвления; 3 - отверстия распределительной системы.

Дренажная система состоит из центрального распределительного коллектора и дырчатых ответвлений. Расчет системы заключается в подборе диаметров распределительных труб и расчете их перфорации.

Рассчитывается система на пропуск воды, необходимой для промывки одного фильтра q_ПР, л/с

q_ПР = ѓ х щ, > м³/с,

q_ПР =15,1*6=90,51 л/с = 0,091 м ³/с

Диаметр центрального коллектора Д_КОЛ, мм определяется:

Д_КОЛ = [4 х q_ПР / (р х V_К)]^0,5

Д_КОЛ = [4 х 0,091/3,14 х 1] ^0,5 =0,4м

где V_{К -} скорость движения воды в коллекторе, м/с принимается 1,0-1,5 м/с;

?_ОТ = 0,5 х (b - Д_КОЛ^Н).

?_ОТ =0,5 х (3,89-0,4)=1,75 м

b===3,89 м

Площадь фильтра, приходящаяся на одно ответвление ѓ_ОТВ, м² определяется:

ѓ_ОТВ = 0,5 х (b - Д_КОЛ^Н) х m,

ѓ_ОТВ = 0,5 х (3,89-0,4) х 0,25=0,44 м ²

где m - расстояние между ответвлениями, м принимается по п.6.105 [2] в пределах 0,25-0,35 м.

Количество ответвлений N_ОТВ, шт составляет

N_ОТВ = F_Ф / ѓ_ОТВ,

N_ОТВ =60,34/0,44=137,54=138 шт.

Расход промывной воды, поступающей в фильтр через одно ответвление q_ОТВ, л/с составляет

q_ОТВ= ѓ_ОТВх щ.

q_ОТВ=0,44*6=2,64 л/с=0,0026 м ³/с

Скорость движения в ответвлениях, по рекомендации п.6.106 [2], не должна превышать V_ОТВ = 1-2,0 м/с. По скорости V_ОТВ, м/с и расходу q_ОТВ, л/с по [4] подбираем соответствующий диаметр ответвлений d_ОТВ, мм.

d_ОТВ=50 мм, при V_ОТВ = 1 м/с.

5. Обеззараживание воды

Под обеззараживанием питьевой воды понимают мероприятия по уничтожению в воде бактерий и вирусов, вызывающих инфекционные заболевания. По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на химические, или реагентные; физические, или безреагентные, и комбинированные. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений; безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями, а в комбинированных используются одновременно химическое и физическое воздействия.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относят ее обработку окислителями: хлором, озоном и т. п., а также ионами тяжелых металлов. К физическим - обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и т. д. Перед обеззараживанием вода обычно подвергается очистке фильтрацией и (или) коагуляцией, при которой удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта.

Зараженность воды микроорганизмами контролируют, определяя общее число бактерий в 1 мл воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Основной вид этой группы - E . coli - определяется проще, чем другие бактерии этой группы. БГКП присутствуют в воде, загрязненной фекалиями, и при этом обладают одним из самых высоких коэффициентов сопротивляемости обеззараживанию. Будучи безвредной, является контрольным микроорганизмом, характеризующим бактериальное загрязнение воды. По СанПиН 2.1.4.1074-01 общее число бактерий должно быть не более 50 при отсутствии в 100 мл колиформных бактерий. Мерой зараженности является так называемый коли-индекс, т. е. содержание coli в 1 литре воды.

Однако эта норма не всегда коррелирует с обеззараживанием воды от вирусов. При дозах УФ-излучения и хлора, обеспечивающих одинаковый эффект обеззараживания по коли-индексу, воздействие ультрафиолета на вирусы (вируцидный эффект) значительно сильнее, чем в случае применения хлора. Озонирование же по вируцидной активности практически не уступает УФ-облучению. Реальные практические дозы для достижения высокого вируцидного эффекта: 0,5-0,8 г/л озона при контакте 12 мин; при УФ-облучении - 16-40 мДж/см³.

Наиболее распространенным методом обеззараживания воды был и остается метод хлорирования. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента - жидкого или газообразного хлора - и относительной простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством метода хлорирования является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

Взаимодействие хлора с микроорганизмами описано выше.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений, при которых в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению.

Хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Предлагается применение диоксида хлора, который обладает рядом преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог, должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

Применение для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Правда, используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3-5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержаших реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием.

Все большее распространение, особенно на небольших станциях водоподготовки, приобретают установки по производству активных хлорсодержаших реагентов электрохимическими методами. В России несколько предприятий предлагают установки типа "Санер", "Санатор", "Хлорэл-200" для производства гипохлорита натрия методом диафрагменного электролиза поваренной соли.

Озонирование воды основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1-6 мг/л при контакте в 8-15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3-0,5 мг/л, т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб. С гигиенической точки зрения озонирование воды - один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания воды оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.

Однако в связи с большим расходом электроэнергии, использованием сложной аппаратуры и необходимостью высококвалифицированного обслуживания, озонирование нашло применение для обеззараживания питьевой воды только при централизованном водоснабжении.

Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона, смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу. Все это требует также дополнительного вспомогательного оборудования (озонаторы, компрессоры, установки осушки воздуха, холодильные агрегаты и т.д.), объемных строительно-монтажных работ.

Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м³. К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси.

Следует отметить, что, хотя ряд зарубежных фирм предлагает автономные озонаторные установки для организации водоснабжения отдельного коттеджа или очистки воды в бассейне, кроме очень высокой стоимости таких устройств, требуется обеспечение их высококачественного обслуживания. Применение установки, предлагаемой одной из отечественных фирм, для автономного водоснабжения без всяких систем контроля содержания озона в воздухе и воде, может печально кончиться для ее владельцев. В этих условиях возможно применение дозирования в воду гипохлорита, получаемого в малогабаритном электролизере типа "Санатор", хотя и здесь требуется квалифицированное обслуживание.

Применение тяжелых металлов (медь, серебро и др.) для обеззараживания питьевой воды основано на использовании их "олигодинамического" свойства - способности оказывать бактерицидное действие в малых концентрациях. Эти металлы могут вводиться в виде растворов солей либо методом электрохимического растворения. В обоих этих случаях возможен косвенный контроль их содержания в воде. Следует заметить, что ПДК ионов серебра и меди в питьевой воде достаточно жесткие, а требования к воде, сбрасываемой в рыбохозяйственные водоемы, еще выше.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относится также широко применявшееся в начале 20 в. обеззараживание соединениями брома и йода, обладающими более выраженными бактерицидными свойствами, чем хлор, но требующими и более сложной технологии. В современной практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщен ные йодом. При пропускании через них воды йод постепенно вымывается из ионита, обеспечивая необходимую дозу в воде. Такое решение приемлемо для малогабаритных индивидуальных установок. Существенным недостатком является изменение концентрации йода во время работы и отсутствие постоянного контроля его концентрации.

Применение активных углей и катионитов, насыщенных серебром, например, С-100 Ag или С-150 Ag фирмы " Purolite ", преследует цели не "серебрения" воды, а предотвращения развития микроорганизмов при прекращении движения воды. Наличие серебра в структуре этих частиц резко уменьшает вероятность обсеменения слоя загрузки.

6. Подбор насосного оборудования

Расчётная подача насоса определяется по формуле:

Q_н = ,

где - максимально-суточный расход населенного пункта, м³/сут;

К_н.с. - коэффициент, учитывающий расход воды на промывку фильтров и другие нужды насосной станции, К_н.с. = 1,09;

Т - время работы насосной станции (по заданию), час.

Q_н = 0,15 м³/с=526,8м³/ч

Напор насоса, определяемый после полного расчета трубопроводной сети, должен обеспечивать требуемый свободный напор в сети населенного пункта или промышленного предприятия (с учетом его потерь в сети и рельефа местности). Для расчета напора насоса на плане населенного пункта выбирается точка, куда сложнее подать воду. Эта точка называется диктующей.

Напор насоса определяется по формуле:

Н_н= Н_г+?h_в + h_m + h_св,

d = м

d_ст= 300мм

h_1-2 = A*q²*l*k*b = 330*1,1*1,1*2,6*0,03²= 1м

h_2-3= 2600*1,1*1,1*2,6*0,03²=7 м

?h=1+7=8 м< 10 м

V = =

h_св = 15-25

h_m = 0.3h = 0,3*8=2,4 м

Н_г= 41,5-32=10,5 м

Н_н= 10,5+8+2,4+20=50 м

Рисунок 1 - Характеристика насоса марки NK 80-200

Расчетная мощность электродвигателя находится по формуле:

= 24 кВт

где

- мощность, затрачиваемая на перекачку воды объемом Q_A при напоре Н_А;

- КПД передачи (=1,0);

- коэффициент запаса мощности, (1,2)

Зная , частоту вращения насоса - n, условия работы насоса, характеристику окружающей среды, подбирается электродвигатель для данного центробежного насоса. В данном случае - двигатель АИР 180S2.

Принимаем в работу 2 насоса

Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения об./мин.	Коэффициент полезного действия	Коэффициент мощности	Масса, кг
30	2935	91	0,89	180

7. Эксплуатация РЧВ

В резервуарах предусматривается регулирующий объём и хранение запасных - на случай пожара или аварии, а также объёмов воды, предназначены для собственных нужд водопровода.

В результате согласования подачи насосной станции 2-го подъёма и водопотребления устанавливается режим её работы. Обычно выбирается круглосуточный режим работы насосной станции 1-го подъёма, что облегчает определение регулирующего объёма резервуара чистой воды W_р.

В общем виде полный объём (м ³) резервуаров определяется по формуле:

W_рчв=W_рег+W_пож+W_пр+W_ав

= =0,18 м ³/с

определяется из условия обеспечения пожаротушения из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов в течение 3-х часов, а также максимальных хозяйственно-питьевых и производственных нужд на весь период пожаротушения:

= 15л/с

= 5л/с

t= 3ч = 10800c

n=1

определяется по типовой таблице распределения воды по часам суток в хозяйстве.=8,283+8,273+5,923=22,5-3 смежных часа максимального водопотребления.

³

W_aв=q_aв*t_aв

W_aв=291,25*8=2330

q_aв=0,7* q_ср.час=0,7*483,4=338,4/с

t_aв=8ч

Таблица 4 -определение Wр РЧВ

Часы суток	Подача насосов	Поступление в резервуар	Забор из резервуара	Остаток в резервуаре	Примечание
	I	II
0-1	4,17		4,17		20,84
1-2	4,17		4,16		25
2-3	4,16		4,17		29,17	полный бак
3-4	4,17	5,88		1,71	27,46
4-5	4,17	5,88		1,71	25,75
5-6	4,16	5,88		1,72	24,03
6-7	4,17	5,88		1,71	22,32
7-8	4,17	5,88		1,71	20,61
8-9	4,16	5,88		1,72	18,89
9-10	4,17	5,88		1,71	17,18
10-11	4,17	5,88		1,71	15,47
11-12	4,16	5,88		1,72	13,75
12-13	4,17	5,88		1,71	12,04
13-14	4,17	5,88		1,71	10,33
14-15	4,16	5,88		1,72	8,61
15-16	4,17	5,88		1,71	6,9
16-17	4,17	5,88		1,71	5,19
17-18	4,16	5,88		1,72	3,47
18-19	4,17	5,88		1,71	1,71
19-20	4,17	5,88		1,71	0	пустой бак
20-21	4,16		4,17		4,17
21-22	4,17		4,17		8,34
22-23	4,17		4,16		12,5
23-24	4,16		4,17		16,67
	100%	100%	29,17%	29,17%

Wрчв=3049+1347+2380+2330+1044=10250 м³

Принимаю 2 РЧВ:

W_1.2=W_полн/2=10250/2=5465,5 м ³

8. Эксплуатация водопроводной сети

Водопроводная сеть представляет собой совокупность трубопроводов, по которым вода транспортируется потребителям. Основное назначение водопроводной сети - подавать потребителям воду в требуемом количестве, хорошего качества и с необходимым напором. Обычно водопроводная система наряду с подачей воды для хозяйственных нужд обеспечивает ещё и нужды пожаротушения. Проектируют водопроводную сеть с учётом совместной работы насосных станций, водонапорной башни и других элементов системы водоснабжения.

Трассировка водопроводной сети заключается в придании ей определённого геометрического начертания. Она зависит от: конфигурации населённого пункта, расположения улиц, кварталов, общественных и производственных зданий, расположения источника водоснабжения и многих других факторов.

По начертанию в плане различают два основных вида сетей - тупиковые и кольцевые.

Для обеспечения надёжной и бесперебойной работы систем водоснабжения с оптимальными санитарными и технико-экономическими показателями необходима четкая координация работы всех составляющих их элементов. Для этого применяется единая централизованная система управления - диспетчеризация.

Диспетчеризация - это централизация (конценгрализация) оперативного управления и контроля в руках одного человека - диспетчера - для согласования работы отдельных звеньев, составляющих общий производственный комплекс сетей и сооружений.

Все объекты водоснабжения сельскохозяйственного назначения имеют неавтоматизированное диспетчерское управление - из диспетчерского пункта, который, как правило, располагается на головных сооружениях. Возможна частичная автоматизация диспетчерского управления системой.

Диспетчерская служба одноступенчатая, оперативно управляющая работой как всех сооружений и агрегатов, так и распределительной сетью.

В административно-техническом отношении диспетчер подчиняется начальнику объекта водоснабжения.

Обязанности диспетчера:

- обеспечение согласованной работы всех узлов и сооружений;

- разработка графиков работы отдельных агрегатов и сооружений;

- анализ аварий, участие в разработке режимов и мероприятий по повышению надежности, как всей системы, так и отдельных её узлов;

- составление технической отчётности о работе оборудования.

В компетенцию диспетчера входит оперативное решение вопросов и действия, связанные с обеспечением надёжности, бесперебойности и экономичности работы отдельных сооружений или всей системы, требующие координации со стороны диспетчера.