Механизация и автоматизация водоснабжения и поения скота и птицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Механизация и автоматизация водоснабжения и поения скота и птицы

На нашей планете насчитывается примерно 1,45 млрд. км³ воды, что составляет около 0,13% от объема земного шара.

Пригодной для непосредственного использования человеком воды всего 5…6 млн. км³, то есть 0,3…0,4% от общего объема.

Ниже приведены значения расхода воды, т, на производство 1 т продукции:

Молоко 5…10

Мясо (говядина) 50

Картофель 300

Пшеница 1000

На животноводческих фермах вода расходуется на поение, технологические, гигиенические, хозяйственные и противопожарные нужды.

Продуктивность и здоровье животных и птицы зависят не только от уровня кормления, но и от хорошей организации снабжения животных доброкачественной водой на фермах и пастбищах. Качество воды, используемой для животноводческих ферм, не всегда в полной мере отвечает санитарно-гигиеническим требованиям. Это объясняется тем, что открытые водоемы легко подвергаются загрязнению, а в глубоких подземных источниках в воде содержится большое количество минеральных солей. При употреблении загрязненной или высокоминерализованной воды у животных (птицы) снижается продуктивность, и возникают различные заболевания.

Воду, предназначенную для сельскохозяйственных животных и птицы, следует считать пригодной только в том случае, если она по своим качествам мало отличается от рекомендованной для использования человеком. Животные при голодании, но при обеспечении их водой в состоянии прожить 30…40 дней, хотя при этом теряют до 50% жиров, углеводов и белков. При полном лишении воды животные погибают через 4…8 дней.

Своевременное и в достаточных количествах потребление животными воды в сочетании с рациональным и полноценным кормлением способствует достижению их высокой продуктивности. Хорошо налаженное водоснабжение способствует повышению удоя у коров на 25…30%. У молочных коров потребность в воде увеличивается с повышением удоев. На 1 л молока коровы затрачивают от 2,31 до 3,17 л воды, а вместе с водой, содержащейся в корме, - до 4,0-5,1 л. Корова с удоем 12 кг выпивает в сутки 35…40 л. Птица при сухом кормлении получает не более 10% воды от ее общей потребности. При свободном доступе к воде она пьет воду по потребности, примерно 0,2…0,3 л воды на 100 г. комбикорма. Научными исследованиями установлено, что на 1 кг сухого вещества корма животные потребляют следующее количество воды: лошади - 2…3 л; крупный рогатый скот - 4…6 л; свиньи - 6…8 л; овцы - 2…3 л.

Механизация и автоматизация водоснабжения позволяет:

увеличить продуктивность животных;

снизить стоимость воды в 25…30 раз.

С гигиенической точки зрения целесообразно удовлетворять животных питьевой водой вволю, давать ее многократно, лучше через равные промежутки времени.

Добываемая из различных источников природная вода не бывает совершенно чистой. Поэтому не всякую воду можно употреблять не только для поения животных, но даже и для технических целей.

Санитарно-гигиенические требования к питьевой воде

Питьевая вода должна быть чистой, прозрачной, без цвета и запаха, не содержать вредных веществ, патогенных микроорганизмов (бактерий) и яиц гельминтов.

К физическим свойствам относятся температура, прозрачность и мутность, цветность, запах и привкус. Интенсивность биологических процессов самоочищения воды в водоемах во многом зависит от ее температуры. Слишком теплая вода плохо утоляет жажду, длительное поение водой с температурой выше 20 ^оС может привести к повышенной восприимчивости к простудным заболеваниям. Температура воды оказывает большое влияние на продуктивность животных. При поении животных холодной водой значительное количество энергии расходуется не на образование продукции, а на нагревание питьевой воды. Для компенсации затраченной теплоты требуется дополнительный корм. По результатам исследований, проведенных в производственных условиях, рекомендуются наиболее благоприятные температуры для поения: при поении молочных и стельных коров 15…16 ^оС; при поении других взрослых животных 12…14 ^оС. Температура воды для хозяйственно-питьевых целей должна быть в пределах 7…12 ^оС.

Питьевая вода должна быть прозрачной. Если в ней присутствуют органические или минеральные частицы, то вода становится мутной. Мутность питьевой воды должна быть не более 2 мг/л.

Цветность воды на фермах вызывается присутствием в ней растворенных гумусовых веществ. Если цветность обусловлена загрязнением сточными водами или фекальными отбросами, то такую воду без предварительной обработки употреблять для питьевых целей нельзя. Цветность определяют сравнением испытываемой пробы с эталонами подкрашенной воды и оценивают в градусах по специальной шкале. По нормам качества цветность воды должна быть не более 20°.

Запах и вкус зависят от примесей, содержащихся в воде. Хорошая питьевая вода не должна иметь постороннего запаха, а по вкусовым качествам должна быть приятной и освежающей. Интенсивность запаха и вкусовые качества воды оцениваются по пятибалльной системе: привкус отсутствует - 0; очень слабый - 1; слабый - 2; заметный - 3; отчетливый - 4; очень сильный - 5. По нормам качества на питьевую воду ее запах и вкус, определяемые при температуре 20 ^оС, не должны быть выше 2 баллов.

Химические свойства воды характеризуются следующими показателями: жесткость, сухой остаток, активная реакция (рН) и содержание в ней вредных веществ.

Жесткость воды в основном обусловливается присутствием в ней двууглекислых солей кальция Са(НСО₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂. Жесткая вода для хозяйственно-питьевых и технических целей нежелательна. У животных она нередко вызывает расстройства в работе желудочно-кишечного тракта, особенно если в ней содержится много сульфата магния MgSО₄. Очень мягкая вода также малопригодна для поения животных, так как не обеспечивает организм необходимым количеством минеральных солей. Кроме того, мягкую воду животные пьют неохотно. Различают общую жесткость, устранимую при кипячении, и постоянную (неустранимую). Жесткость воды измеряют в молях или в градусах жесткости. При этом 1° жесткости соответствует содержанию в 1 л воды 10 мг окиси кальция СаО или 14 мг окиси магния MgO. Жесткость в 1 мг-экв./л соответствует содержанию в воде 28 мг/л солей окиси кальция или 20,16 мг/л солей магния. Вода называется мягкой, если ее жесткость не превышает 10°; вода с жесткостью от 10 до 20° называется средней; вода с жесткостью 20-30° - жесткой; свыше 40° - очень жесткой. По ГОСТу 2874-73 общая жесткость воды должна быть до 20°. Однако в некоторых зонах допускается использование для поения животных воды с повышенной жесткостью. Остаток сухого вещества (после выпаривания) характеризует степень минерализации воды, т.е. общее содержание в ней растворенных веществ. В 1 л питьевой воды сухого остатка не должно быть более 1000 мг.

Активная реакция воды показывает степень ее кислотности, или щелочности, и характеризуется водородным показателем рН, т.е. концентрацией водородных ионов. У природной воды его значение колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Наиболее кислыми являются болотные воды, а щелочными - подземные. Доброкачественная вода должна иметь нейтральную или слабощелочную реакции (рН в пределах 6,5…8,5). Если в открытых водоемах рН воды ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на ее загрязнение сточными водами. Значения водородного показателя определяют электрометрическим методом с помощью лабораторного рН-метра (потенциометра) или универсального индикатора (в порошке) с использованием специальной шкалы сравнения.

При гигиенических исследованиях часто определяют биологическое потребление кислорода (БПК), т.е. количество растворенного в 1 л воды кислорода, расходуемого на окисление органических веществ за 5 суток хранения при температуре 18…20 ^оС. Чем больше в данной пробе легкоокисляющихся органических веществ, тем значительнее уменьшение в ней концентрации растворенного кислорода.

Принята следующая классификация воды открытых водоемов по БПК за пять дней хранения (БПК₅): 1) очень чистая - потеря 1 мг кислорода; 2) чистая - потеря 2 мг; 3) довольно чистая - потеря 3 мг; 4) сомнительной чистоты - потеря 5 мг; 5) очень загрязненная - потеря 10 мг кислорода на 1 л воды. В воде прифермских водоисточников (пруды) величина БПК₅ колеблется в пределах от 3,5 до 8,4 мг/л, т.е. вода в прудах невысокого санитарного качества. Бактериологические свойства воды характеризуются бактериальной загрязненностью, т.е. количеством и видом вносимых в нее загрязнений. Пригодность воды к употреблению устанавливается органами санитарного надзора.

При загрязнении водоисточников отбросами животного происхождения (навоз, моча, сточные воды и яйца гельминтов) в водоемы попадают бактерии, вызывающие желудочно-кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерию, холеру). Такие бактерии называются патогенными. При наличии указанных микроорганизмов и яиц гельминтов вода является источником заражения животных инфекционными, а также инвазионными болезнями.

С эпизоотологической точки зрения при оценке воды имеют значение преимущественно патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Но непосредственно обнаружить в воде возбудителей заболеваний весьма трудно, поэтому ее санитарно-бактериологическая оценка производится по косвенным показателям: микробному числу, титру кишечной палочки (коли-титр) и коли-индексу.

Микробное число - это общее количество микробов при посеве 1 мл неразбавленной воды после 24-часового выращивания их при температуре 37 ^оС. В воде хорошо оборудованных скважин микробное число колеблется в пределах 10…30; в воде шахтных колодцев - 300…400; в воде чистых открытых водоемов - 1000…1500 в 1 мл. В водопроводной воде при хорошей очистке и обеззараживании микробное число не должно превышать 100 в 1 мл воды.

Коли-титр - это наименьший объем воды (в миллилитрах), в котором содержится одна кишечная палочка. По результатам исследований установлено, что при значительном загрязнении органическими веществами коли-титр в открытых водоемах (озерах, прудах) составляет 0,1…0,004. Доброкачественная водопроводная вода должна иметь коли-титр не ниже 300. В чистой воде артезианских скважин коли-титр бывает выше 500. В воде колодцев, применяемой без обеззараживания, допустим коли-титр не менее 100. Коли-индекс - это количество кишечных палочек в 1 л воды. В водопроводной воде после очистки и обеззараживания количество бактерий группы кишечной палочки в 1 л не должно быть более 3, а в воде шахтных колодцев, применяемой без обеззараживания, - не более 10 в 1 л.

Допустимые нормативы содержания в питьевой воде различных химических веществ и степени бактериального загрязнения определены ГОСТом 2874-73 «Вода питьевая».

Основными способами улучшения качества воды являются:

осветление (отстаивание, фильтрование);

опреснение;

обеззараживание (кипячение, хлорирование, УФ облучение).

2. Системы механизированного водоснабжения. Водопроводные сети

Системой водоснабжения называется совокупность объединенных в поточные линии машин, оборудования и инженерных сооружений, предназначенных для добывания, перекачки, улучшения качества, хранения и подачи воды от водоисточников к местам ее потребления.

Различают групповые и локальные системы водоснабжения. Первые предназначены для централизованного водоснабжения нескольких крупных объектов, связанных общностью территории (город, район и т.п.), а вторые - для обслуживания одного индивидуального объекта водоснабжения (хозяйство, животноводческий комплекс и т.п.). Локальная система имеет свой автономный источник воды, насосную станцию и водопроводную сеть.

Водоисточники. Водоисточники делятся на поверхностные и подземные. В свою очередь поверхностные водоисточники могут быть естественными - реки, ручьи и озера и искусственными - водохранилища, пруды и каналы. Подземные воды подразделяются на грунтовые со свободной поверхностью (безнапорные) и межпластовые, залегающие между двумя водонепроницаемыми слоями (напорные, артезианские).

Подземные воды более чистые, чем поверхностные, и имеют относительно постоянную температуру. В сельском хозяйстве до 90% используемой воды получают из подземных источников. Выбор последних - важный вопрос при организации водоснабжения рекомендуется придерживаться следующих положений:

1. Источник должен иметь воду хорошего качества и в количестве, достаточном для полного удовлетворения потребителей.

Источник должен быть расположен по возможности ближе к объекту водоснабжения и в условиях, отвечающих санитарным требованиям (по заключению Госсанинспекции).

При выборе источника водоснабжения в первую очередь следует ориентироваться на использование межпластовых (напорных) подземных вод, надежно защищенных от внешних загрязнений.

4. При отсутствии или невозможности использовать подземные воды (большая глубина залегания и т.п.) другие источники водоснабжения следует выбирать в такой последовательности: родники, грунтовые воды, реки с незарегулированным стоком, водохранилища, озера.

Водозаборные сооружения. Забор воды из поверхностных источников осуществляется специальными водозаборными сооружениями - береговыми (рис. 1 а) или русловыми (рис. 1 б); их располагают по течению реки обязательно выше населенных пунктов и производственных предприятий, сточные воды которых могут быть причиной загрязнения.

Рисунок 1. Водозаборные сооружения: а - водозаборное сооружение берегового типа: 1-водоприемник; 2-самотечная труба; 3-задвижка; 4-береговой колодец; б-русловый водозабор: 1 - водоприемник; 2-самотечная труба; 3 - береговой колодец; 4-насосная станция

Для забора воды из подземных источников используют шахтные или трубчатые колодцы (буровые скважины).

Шахтные колодцы (рис. 2 а) устраивают для забора грунтовых вод из водоносных слоев, залегающих на глубине 30…40 м. Каждый из них состоит из водоприемной части 5 с донным фильтром 6 из гравия, шахты 4 и возвышающегося над поверхностью земли на 0,5…0,8 м оголовка 2. Последний плотно закрывается водонепроницаемой крышкой для предохранения от попадания в колодец атмосферных осадков и посторонних предметов. Вокруг оголовка устраивают глиняный замок 3 шириной и глубиной не менее 1 м для защиты от загрязнений, вносимых с атмосферными осадками. Шахту делают квадратного сечения (со стороной 1…3 м) или круглого (диаметром 1…3 м) из железобетонных колец, кирпича или рубленой из дерева. На дне колодца устраивают песчано-гравийный фильтр, состоящий из 2…3 слоев фильтрующего материала толщиной не менее 100 мм, а в оголовке устанавливают вентиляционную трубу 1 сечением 0,8 х 0,8 м и высотой до 1 м.

Шахтный колодец работает следующим образом. Когда вода из него не отбирается, ее уровень находится на той же глубине, что и уровень подземных (грунтовых) вод, который называют статическим. При отборе воды уровень ее в колодце понижается и в зависимости от расхода и поступления свежей воды из водоносного слоя устанавливается на некоторой глубине. Такой уровень называется динамическим, а количество воды, даваемое источником в единицу времени, - дебитом источника (л/с, м³/ч). В производственных условиях дебит колодца определяют способом откачки.

Трубчатые колодцы. Для забора воды из глубоко залегающих водоносных пластов (до 150 м и более) устраивают трубчатый колодец, схема которого приведена на рис. 2 б. Он представляет собой глубокую буровую скважину диаметром 350 мм и более. Стенки закрепляют обсадными стальными трубами, предохраняющими ее от обвала и проникновения воды из вышележащих пластов с непригодной для питья водой.

Рисунок 2. Схемы колодцев: а-шахтный: 1-вентиляционная труба; 2-оголовок; 3-глиняный замок; 4-шахта; 5-водоприемная часть; 6-донный фильтр; б-трубчатый: 1-кондуктор; 2-обсадная труба; 3-сальник; 4-над-фильтровая труба; 5-фильтрующая часть; 6-отстойник фильтра

Колодец этого типа состоит из водоприемной части, ствола и оголовка. Заглубляемая в водоносный пласт водоприемная часть включает надфильтровую трубу 4, фильтрующую часть 5 и отстойник 6. Труба 4 соединяет фильтр с нижней обсадной трубой 2. Место соединения уплотняется сальником 3. В устойчивых каменных породах фильтр в водоприемной части иногда не устраивают, и вода из водоносного слоя поступает непосредственно в нижнюю обсадную трубу. В зависимости от местных условий и типа применяемого оборудования устье скважины располагают в надземном помещении или в заглубленной бетонированной камере. Верхняя часть обсадных труб скважины должна выступать над полом помещения не менее чем на 0,5 м. Каждая скважина должна быть оборудована уровнемером для наблюдения за динамическим уровнем воды, трубопроводом для отвода воды при прокачке, водомером для измерения дебита скважины и краном отбора проб воды для анализа.

В зависимости от расположения водоисточника относительно потребителей воды применяют напорные или самотечные системы водоснабжения. При напорной системе уровень воды в источнике расположен ниже уровня объекта водоснабжения, и воду приходится подавать к потребителям насосами, создавая некоторый напор. В самотечной системе водоисточник расположен выше уровня потребителей, к которым она поступает самотеком. В зависимости от типа водонапорного оборудования системы бывают башенными - с водонапорной башней и безбашенными - с пневматической водоподъемной (пневмогидравлической) установкой. В водоснабжении животноводческих ферм и комплексов получили распространение локальные и реже централизованные (от одного водоприемника) системы водоснабжения с подземными водоисточниками и резервными противопожарными резервуарами, оборудованными мотопомпами или автонасосами.

Рисунок 3. Схема водоснабжения из поверхностного источника: 1-источник; 2-самотечная труба; 3-водозаборное сооружение; 4-насосная станция первого подъема; 5-очистное сооружение; 6-резервуар чистой воды; 7-насосная станция второго подъема; 8-водонапорная башня; 9-водопроводная сеть; 10-объект водоснабжения

В зависимости от конкретных условий (рельеф местности, мощность водоисточника, надежность электроснабжения) применяемое оборудование системы водоснабжения объединяется в различные поточные технологические линии.

В отличие от системы с забором воды из поверхностного источника в системе водоснабжения из подземного источника при помощи буровых скважин не требует очистки, вследствие чего схема не содержит очистных сооружений, резервуара чистой воды и насосной станции второго подъема. В результате вся система оказывается более простой и надежной.

Для подачи воды от водоисточника к потребителям служит водопровод. Он состоит из двух частей: подводящего участка от водоисточника до водонапорной башни или другого напорно-регулирующего сооружения и разводящей сети от водонапорной башни до мест водоразбора. Различают внешнюю (наружную) сеть, прокладываемую вне зданий, и внутреннюю (разводящую) сеть сооружений. Водопроводные сети могут быть тупиковыми или кольцевыми (рис. 4). Тупиковой называется такая сеть, в которой от главной магистрали отходят в разные стороны не связанные между собой ветви. В них вода движется только в одном направлении. Недостатком тупиковых сетей является то, что в случае аварии или ремонта приходится отключать всех потребителей, расположенных за местом повреждения по направлению движения воды.

В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать с двух сторон, так как трубопровод в этом случае представляет собой замкнутый контур, что позволяет отключать поврежденные участки сети, не прекращая подачу воды другим потребителям. При сооружении водопровода отдают предпочтение кольцевым сетям, так как в них создается более равномерный напор по всей длине, а также уменьшается опасность гидравлических ударов и замерзания воды в трубах. На практике применяются и комбинированные сети, в которых к основному замкнутому контуру присоединяются отдельные тупиковые ветви.

Рисунок 4. Схемы водопроводных сетей: а-тупиковая; б-кольцевая; в-комбинированная

3. Методика проектирования ПТЛ водоснабжения и автопоения

При проектировании схемы водоснабжения следует руководствоваться строительными нормами и правилами «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» (СНиП - 2.04.02-84).

Исходными данными для проектирования водонапорной сети служат: план водоснабжения объекта с указанием высотных отметок поверхности земли у источника и объектов водоснабжения; схема расположения водоисточника, его дебит, отметки статического и дина-мического горизонтов; сведения о перспективном числе и составе водопотребителей; нормы водопотребления; нормы свободных напоров.

Потребность в воде. При определении потребности в воде необходимо знать среднесуточные расходы воды (м³) всеми водопотребителями, которые находят по формуле:

где i - количество групп потребителей; - суточная норма расхода воды одним потребителем, м³; n_i - число потребителей, имеющих одинаковую норму расхода.

Нормы расхода определяются по нормативным документам. В жарких и сухих районах нормы допускается увеличивать на 25%. В нормы потребления включены расходы на мойку помещения, клеток, молочной посуды, приготовление кормов, охлаждение молока. На удаление навоза предусматривают дополнительный расход воды в размере от 4 до 10 дм³ на одно животное. Для животноводческих и птицеводческих ферм специальный бытовой водопровод не проектируют. Па ферму подается питьевая вода из общей водопроводной сети.

где - коэффициент суточной неравномерности водопотребления (=1,3).

Часовые колебания расхода воды учитываются коэффициентом часовой неравномерности . Максимальный часовой расход (м³/ч):

Максимальный секундный расход (м³/с):

По максимальному секундному расходу воды определяется необходимая мощность на привод насоса.

Большие колебания водопотребления в течение суток создают значительные трудности при эксплуатации систем водоснабжения. Для снижения влияния расхода воды на режим работы насосной установки необходимо предусматривать регулирующий объем водопотребления. Для определения его объема строится интегральный график водопотребления, на который накладывается линия работы насоса (рис. 5). По графику определяется такое положение линии работы насоса, при котором сумма W_п + W_o, будет минимальной. Тогда регулирующий объем водопотребления (м³):

Рисунок 5. Определение регулирующего объема бака: 1-интегральная кривая водопотребления; 2-линия работы насоса

Объем водонапорной башни (м³):

, (а)

(б)

где t-время включения в работу пожарного насоса, мин (при ручном включении t = 10 мин, при автоматическом t = 5 мин); Т - расчетное время тушения пожара, ч (Т = 3 ч); Q_пож - расход воды на тушение пожара, дм³/с (Q_пож = 10 дм³/с).

По формуле (а) ведется расчет, если вода на тушение пожара берется не из бака башни, по формуле (б) если из бака. В случае если вода на тушение пожара берется из бака башни, необходим ее большой объем, что приводит к большим капитальным вложениям. Поэтому необходимый напор в сети во время пожара создавать специальным пожарным насосом, а башню во время тушения пожара следует отключать, при этом подача пожарных насосов должна соответствовать пожарному плюс 50% максимального хозяйственного расходов.

Размещено на Allbest.ru