Водоснабжение

Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1. Нормы и режимы водопотребления

1.2. Определение объема баков водонапорных башен и резервуаров чистой воды

1.3. Построение пьезометрической линии. Подбор насосов 2 подъема

2. Технологическая часть

2.1. Качество воды и основные методы ее очистки

2.2. Выбор технологической схемы очистки воды

2.3. Реагентное хозяйство

2.4. Обеззараживание воды

2.5. Выбор технологического оборудования станции очистки воды

Заключение

Приложение

Список литературы

Введение

Городское хозяйство – это совокупность предприятий, занятых производством и реализацией жилищно-коммунальной продукции и услуг.

Отрасль городского хозяйства – совокупность предприятий, реализующих одинаковый вид продукции, услуг.

Централизованное водоснабжение является одной из важной отраслью городского хозяйства, имеющая ряд особенностей и выполняющая свои функции в жизни городского хозяйства.

Централизованное водоснабжение – это отрасль городского хозяйства, обеспечивающая водопотребителей водой в необходимых количествах, требуемого качества и под требуемым напором.

Комплекс инженерных сооружений, выполняющих задачи водоснабжения, называется системой водоснабжения (водопроводом).

Централизованное водоснабжение обеспечивает население водой, которая должна быть безопасна в отношении инфекций, безвредна по химическому составу и с хорошими органолептическими качествами.

Эта отрасль обладает рядом технологических особенностей:

1. Постоянство (неизменное состояние технологических этапов в независимости от размеров технологий);

2. Непрерывность (реализация технологических этапов в строгой повторяющей последовательности).

Но как и многих отраслей городского хозяйства, у водоснабжения имеются свои проблемы и недостатки. Это и недостаточное финансирование на содержание, своевременный капитальный и текущий ремонт оборудования, на приобретение и эксплуатацию современных технологий, отсюда и постоянные сбои в работе оборудования, технологии. В результате это сказывается на качестве поступаемой в дома воды, в ее химическом и физическом составе.

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Нормы и режимы водопотребления

Расчетные расходы воды определяют с учетом числа жителей населенного места и норм водопотребления.

Нормой хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных местах называют количество воды в литрах, потребляемой в сутки одним жителем на хозяйственно-питьевые нужды. Норма водопотребления зависит от степени благоустройства зданий и климатических условий.

Таблица 1

Нормы водопотребления

Меньшие значения относятся к районам с холодным климатом, а большие – к районам с теплым климатом.

В течение года и в течение суток вода для хозяйственно-питьевых целей расходуется неравномерно (летом расходуется больше, чем зимой; в дневные часы – больше, чем в ночные).

Расчетный (средний за год) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяют по формуле

Qсут m = qж Nж/1000, м3/сут;

Qсут m = 300*150000/1000 = 45000 м3/сут.

Где qж – удельное водопотребление;

Nж – расчетное число жителей.

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления, м3/сут,

Qсут max = Kсут max* Qсут m;

Qсут min = Kсут min* Qсут m.

Коэффициент суточной неравномерности водопотребления Kсут следует принимать равным

Kсут max = 1,1 – 1,3

Kсут min = 0,7 – 0,9

Большие значения Kсут max принимают для городов с большим населением, меньшие – для городов с малым населением. Для Kсут min – наоборот.

Qсут max = 1,3*45000 = 58500 м3/сут;

Qсут min = 0,7*45000 = 31500 м3/сут.

Расчетные часовые расходы воды, м3/ч,

qч max = Kч max * Qсут max/24

qч min = Kч min * Qсут min/24

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления определяют из выражений

Kч max = amax * bmax

Kч min = amin * bmin

Где a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий: amax = 1,2-1,4; amin = 0,4-0,6 (меньшие значения для amax и большие для amin принимают для более высокой степени благоустройства зданий); b - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

Kч max = 1,2*1,1 = 1,32

Kч min = 0,6*0,7 = 0,42

qч max = 1,32*58500/24 = 3217,5 м3/ч

qч min = 0,42*31500/24 = 551,25 м3/ч

Расходы воды на пожаротушение.

Расходование воды для тушения пожаров производится эпизодически – во время пожаров. Расход воды на наружное пожаротушение (на один пожар) и количество одновременных пожаров в населенном пункте принимают по таблице, учитывающей расход воды на наружное пожаротушение в соответствии с числом жителей в населенном пункте.

Одновременно рассчитывают расход воды на внутреннее пожаротушение из расчета две струи по 2,5 л/с на один расчетный пожар.

Расчетную продолжительность тушения пожара принимают равной 3 часам.

Тогда запас воды на пожаротушение

Wп =nп (qп+2,5*2)*3*3600/1000, м3

Где nп – расчетное число пожаров; qп – норма расхода воды на один расчетный пожар, л/с.

В нашем случае nп = 3; qп = 40 л/с.

Wп = 3 (40+2,5*2)*3*3600/1000 = 1458 м3

Часовой расход на пожаротушение

Qп.ч. = Wп/3 = 1458/3 = 486 м3/ч

По рассчитанному коэффициенту часовой неравномерности Kч max = 1,32 задаемся вероятным графиком распределения суточных расходов по часам суток.

По данным таблицы распределения суточных хозяйственно-питьевых расходов по часам суток при разных коэффициентах часовой неравномерности для населенных пунктов для Kч max = 1,32 строим график суточного водопотребления и совмещаем с этим графиком графики подачи воды насосами 1 и 2 подъема.

1.2 Определение объема баков водонапорных башен и резервуаров чистой воды

Вместимость бака водонапорной башни может быть определена с помощью совмещенных графиков водопотребления и работы насосной станции 2 подъема. Результаты вычислений помешены в таблицу 2, где отражена регулирующая роль бака водонапорной башни. Так, в период от 22 до 5ч утра нехваток воды, недодаваемой насосной станцией 2 подъема, в размере от 0,1 до 0,8 % суточного расхода каждый час будут расходоваться из бака; в период с 5 до 8ч и с 10 до 19ч вода будет поступать в бак в размере от 0,2 до 0,7 % суточного расхода.

Таблица 2

Расчет регулирующей емкости бака водонапорной башни,

% суточного расхода

Регулирующая емкость бака водонапорной башни – разность между максимальным и минимальным остатками воды в баке. Из таблицы 2 следует: (5,5 – (-1,7)) = 7,2 % суточного потребления:

Wр = Qсут max * 7,2/100 = 58500*7,2/100 = 4212 м3

Емкость баков водонапорных башен определяют из условия неблагоприятной работы всей системы, то есть исходя из предположения, что пожары происходят в часы наибольшего водопотребления и что расходование воды для собственных целей очистной станции (промывка фильтров) не прекращается.

Емкость баков водонапорных башен определяется как сумма регулирующей емкости и объема воды, необходимой для тушения в течении 10 минут одного внутреннего и одного наружного пожара:

Wб = Wр + (qп +2*2,5)*10*60/1000, м3

Wб = 4212+(40+5)*10*60/1000 = 4239 м3

Принимаем две водонапорные башни.

Емкость одного регулирующего бака составит

Wбо = 2119,5 м3

Геометрические размеры бака определяют из рекомендуемого соотношения высоты и диаметра бака: Но = 0,7 Дб.

Тогда Wбо =( p Дб2/4)* Но = ( p Дб2/4)*0,7 Дб;

Wбо = 0,55Дб3;

Дб = м

Диаметр бака одной башни Дб = 15,7 м.

Высота бака Но = 11 м

Емкость резервуаров чистой воды на станции очистки

Wрез = Wр +Wп +Wф + 3 qч max – 3*2,3/100 Qсут max,

Где Wф – объем воды, необходимый для собственных нужд очистной станции ( на промывку фильтров) в течение 3 часов:

Wф = 3(0,05-0,08) Qсут max/24

Wрез = 4212+1458+3*0,05*2437,5+3*3217,5-3*2,3/100*58500 =14342м3

С другой стороны, емкость резервуаров чистой воды определяется соотношением режимов работы насосных станций 1 и 2 подъема. Накопление чистой воды в резервуарах происходит в период с 1900 до 500. За это время (10 часов) насосы 1 подъема подадут объем воды, равный 0,023*58500*10=

13455 м3; насосы 2 подъема подадут из резервуаров в сеть объем воды, равный 0,03*58500*10 =17550 м3. Необходимый объем резервуаров чистой воды

Wрез = 13455-17550=-4095 м3

Принимаем больший объем – 14342 м3

1.3 Построение пьезометрической линии.

Подбор насосов 2 подъема.

Минимальный свободный напор в сети водопровода при максимальном хозяйственно-питьевом потреблении на вводе в здание должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м. При большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м.

Нсв=10+4(Э-1)

Где Э – этажность застройки.

В нашем примере Нсв = 10+4*(5-1)=26 м

Диктующей точкой является точка a.

Пьезометрическая линия характеризует падение напора в сети в часы максимального водопотребления. Когда из-за движения воды по водоводу появляются потери напора по длине.

Высоту водонапорной башни (высота расположения дна бака башни) определяют из соотношения высот:

Нб+Zб= Zа+Нсв+hба,

Нб= Нсв+hба-( Zб- Zа),

Где hба – потери напора на участке от башни до диктующей точки a;

hба=i*lба; i=(5-8)м вод.ст. на 1 км.

В нашем примере

Нб=26+8*0,5-(50-38)=18м

Пьезометрическая линия от насосной станции 2 подъема до башни определяют необходимый напор насосов 2 подъема из соотношения

Zн+Н||-hнб=Zб+ Нб+Но,

Н||=( Zб- Zн)+( Нб+Но)+ hнб+(2-2,5)

Где (2-2,5) – потери набора во внутренних коммуникациях насосной станции.

В нашем примере

Н||=50-35+18+7,7+8*1,5+2,4=55,1 м вод. ст.

Подбор насосов станции 2 подъема

Насосы подбирают по каталогам центробежных насосов для чистых жидкостей по требуемым производительности (подачи) и напору.

Из совмещенного графика водопотребления и режимов насосных станций следует, что в час максимального водопотребления (с 8 до 9 часов) подача воды насосами 2 подъема составляет 5 % от суточного хозяйственно-питьевого потребления.

С учетом пожарного водопотребления насосы второго подъема должны обеспечить подачу

Q||=0,05 Qсут max+Qп.ч.

Q||=0,05*58500+486=3411»3400 м3/ч

Примем 4 насоса, тогда каждый насос должен подавать 850 м3/ч при 55,1м вод.ст.

По каталогам подбираем марку насоса.

Требованиям удовлетворяет насос Д1250-65 (12 НДс) с параметрами: подача 1250 м3/ч, напор – 65м вод.ст., мощность двигателя – 320кВт, масса агрегата – 3613 кг.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Качество воды и основные методы ее очистки

Качество природной воды зависит от наличия в ней различных веществ неорганического и органического происхождения.

Содержание в воде нерастворенных веществ характеризуется мутностью в мг на литр.

Присутствие в воде гумусовых веществ характеризуется цветностью в градусах по так называемой платинокобальтовой шкале.

Содержащиеся в воде соли кальция и магния придают ей жесткость.

Загрязненность воды бактериями характеризуются количеством бактерий, содержащихся в 1 куб.см. воды.

Методы очистки воды зависят от качества природной воды, потребляемого расхода и требований к ее качеству. При очистке речной воды для хозяйственно-питьевых нужд наиболее широко применяют осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды (дезинфекция).

Более глубоко и более эффективно осветление воды происходит при коагулировании и пропуске через «взвешенный слой» хлопьев, ранее отделенных от воды в осветлителях.

Для глубокого осветления воды применяют ее фильтрование через песчаные фильтры.

Коагулирование с последующим отстаиванием и фильтрованием, а затем хлорированием воды применяют также для устранения цветности и снижения окисления воды.

Обеззараживание воды производят хлорированием, озонированием, ультрафиолетовым облучением.

Для снижения жесткости (умягчения), обессоливания и дегазации воды применяют химические и физико-химические методы обработки воды. Их применяют одновременно с отстаиванием и фильтрованием.

2.2. Выбор технологической схемы очистки воды

В процессе очистки вода должна пройти ряд очистных сооружений, в которых осуществляются принятые методы очистки.

Наиболее распространенные технологические схемы очистки речной воды для хозяйственно-питьевых целей.

1. Глубокое осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках и на фильтрах. Природная вода насосами 1 подъема 1 подается в смеситель 3, куда одновременно подаются реагенты, приготовленные в реагентном цехе 2. После смешения с реагентами вода поступает в камеру хлопьеобразования 4, где происходит процесс агломерации взвешенных (мутность) и коллоидальных (цветность) частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью (2-10 мм/с). При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в осадок. Из отстойников воду подают на фильтры 6 для глубокого осветления путем пропуска ее через толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры выключают из работы и промывают.

Осветленную воду обеззараживают и собирают в резервуарах чистой воды 7, где обеззараживание завершается в результате контакта с дезинфекторами (хлором, озоном).

Вода, подаваемая в сеть, не должна содержать озона, так как он вызывает коррозию труб и оборудования. Поэтому воду, обработанную озоном, выдерживают в резервуарах до завершения расходования озона.

2. На рисунке 4 также показана схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды.

Отличие от ранее описанной схемы состоит в том, что в ней отстойники заменены осветлителями, при применении которых отпадает необходимость в устройстве камеры хлопьеобразования. Процесс коагуляции взвесей и осветления воды происходит во взвешенном слое осадка.

3. Технологическая схема, представленная на рисунке 5, имеет лишь одно сооружение для осветления воды – контактные осветлители (песчаные фильтры с движением воды снизу вверх).

В них коагуляция взвесей и осветление воды происходит одновременно. Укрупнение частиц в хлопья происходит не в свободном объеме, а на поверхности зерен фильтрующего материала под действием сил прилипания (контактная коагуляция). Общий объем очистных сооружений по этой схеме значительно меньше, чем по предыдущим. Эту схему можно применять при малом содержании в воде взвешенных веществ – до 150-200 мг/л.

По рассмотренным технологическим схемам обесцвечивание воды происходит в результате сорбции коллоидных гумусовых веществ, обусловливающих цветность воды.

При выборе сооружений для осветления и обесцвечивания воды рекомендуется руководствоваться данными.

В соответствии с моими исходными данными: мутность – 200 мг/л; цветность – 100 град; по приложению выбираем для обработки воды с применением коагулянтов и флокулянтов контактные осветлители

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа. Этим обеспечивается непрерывность работы очистных станций при авариях и эксплуатационных отключениях сооружений.

Взаимное высотное расположение сооружений предусматривают с таким расчетом, чтобы движение воды от сооружения к сооружению было самотечным. Разность отметок уровней воды в расположенных рядом сооружениях должна быть равна потерям напора при движении воды между сооружениями по трубопроводам и лоткам, а также в самих сооружениях.

Общие потери напора по технологической схеме обычно составляют 3,5-6 м.

2.3. Реагентное хозяйство

Коагулирование осуществляют для ускорения процесса осветления и обесцвечивания воды.

Дозу коагулянта Дк, мг/л, в расчете на Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)2 (по безводному веществу) принимают для мутных вод по таблице, для цветных вод – по формуле.

Дк=4*Ц

Где Ц – цветность обрабатываемой воды, град.

При одновременном содержании в воде взвешенных веществ и цветности принимают большую из доз коагулянта.

Дозу флокулянтов (в дополнение к дозам коагулянтов) слудует принимать:

полиакриламида (ППА) по безводному продукту при вводе перед отстойниками по таблице.

Флокулянт вводят в воду после коагулянта.

Дозу хлорсодержащих реагентов (по активному хлору) при предварительном хлорировании и для улучшения хода коагуляции и обесцвечивания воды, а также для улучшения санитарного состояния сооружений следует принимать 3-10 мг/л. Реагенты вводят за 1-3 мин до ввода коагулянтов.

Дозы подщелачивающих реагентов Дщ, мг/л, необходимых для улучшения процесса хлопьеобразования, определяют по формуле:

Дщ=Кщ (Дк/ек – Що) + 1

Где Дк – максимальная, в период подщелачивания, доза безводного коагулянта, мг/л; ек – эквивалентная масса коагулянта (безводного), мг/мг-экв, принимаемая для Al2(SO4)3 - 57; , FeCl3 – 54; Fe2(SO4)2 – 67; Кщ – коэффициент, равный для извести (по СаО) – 28; для соды (по Na2CO3) – 53; Що – минимальная щелочность воды, мг-экв/л.

Реагенты вводят одновременно с вводом коагулянтов.

Потребность в реагентах для моего примера:

Доза коагулянта Al2(SO4)3

- по таблице Дк =30-40 мг/л;

- по формуле Дк=4*100=400 мг/л,

принимаем Дк=400 мг/л

Потребность в сутки максимального водопотребления

Ск = 1,05 Qсут max Дк/1000=1,05*58500*400/1000=24570 кг.

Здесь 0,05 Qсут max – объем воды, необходимый для собственных нужд очистной станции.

Доза флокулянта (ПАА) – по таблице.

ДПАА=0,2-0,5 мг/л, принимаем ДПАА=0,4 мг/л.

Потребность в сутки максимального водопотребления

СПАА=1,05 Qсут max* ДПАА/1000=1,05*58500*0,4/1000=24,57 кг.

Доза хлорсодержащих реагентов (по активному хлору) при предварительном хлорировании

ДCl=3-10 мг/л, принимаем ДCl=5 мг/л.

Потребность хлорсодержащих реагентов (по активному хлору) в сутки максимального водопотребления:

СCl=1,05 Qсут max* ДCl/1000=1,05*58500*5/1000=307,13 кг

Доза подщелачиваемых реагентов (извести)

Дщ=28(30/57-0,2)+1=10 мг/л.

Потребность в сутки максимального водопотребления

Сщ=1,05 Qсут max* Дщ/1000=1,05*58500*10/1000=614,25 кг.

2.4. Обеззараживание воды

Методы обеззараживания воды составляют четыре основные группы: термический(кипячение), химический (хлор, озон), олигодинамический (воздействие ионов благородных металлов) и физический (ультразвук, ультрафиолетовые лучи).

Наибольшее распространение получили методы второй группы. В качестве окислителей используют хлор, двуокись хлора, озон, иод, перманганат калия, перекись водорода, гипохлорит натрия и кальция. Из перечисленных окислителей на практике отдают предпочтение хлору, озону, гипохлориту натрия.

Хлор опасен при транспортировании и использовании, его утечки могут вызвать отравление людей. Кроме того, при хлорировании образуются хлорорганические соединения, в том числе – диоксин – сильнейший мутаген. При наличии в воде фенолов образуются хлорфенолы, обладающие токсичными свойствами и неприятным запахом.

Достоинство озонирования в том, что, уничтожая, бактерии, споры, вирусы, он разрушает растворенные и взвешенные в воде органические вещества. Это позволяет использовать озон не только для обеззараживания, но и для обесцвечивания и дезодорации воды. При этом природные свойства воды не изменяются. Избыток озона (в отличие от хлора) не только не ухудшает, но и значительно улучшает качество воды – устраняет цветность, привкусы и запахи.

Для обеззараживания воды выбираем метод озонирования. В случае только обеззараживания фильтрованной воды доза озона составляет 1-2 мг/л. Если же озон применяется для обесцвечивания и обеззараживания воды, его доза может достигать 4-5 мг/л.

2.5. Выбор технологического оборудования станции очистки воды

Технологическое оборудование выбирают на основе принятой технологической схемы очистки воды.

Для нашего примера в соответствии с выбранной технологической схемой очистки воды схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды потребуется следующее оборудование (рис. 4).

Для приготовления и дозирования реагентов примем растворные баки конической или пирамидальной формы. Средняя производительность очистной станции в нашем примере позволяет расходные баки реагентов совместить с расходными.

Природная вода насосами 1 подъема подается в смеситель, куда одновременно подаются реагенты, приготовленные в реагентном цехе.

Тщательное перемешивание очищаемой воды, необходимое для полной обработки, осуществляем в вертикальном смесителе цилиндроконической формы. Смешивание воды и реагентов происходит в период подъема воды кверху (завихрения при расширении потока). Объем смесителя определяется из условия пребывания в нем воды в течение 1,5-2 мин.

Из смесителя вода подается в осветлитель со взвешенным осадком. Это камера хлопьеобразования, где происходит процесс агломерации взвешенных (мутность) и коллоидальных (цветность) частиц в крупные хлопья. Это фильтрованный аппарат, работающий на принципе контактной коагуляции. Он выполняет функции сооружений хлопьеобразования, отстаивания и фильтрования. При применении контактных осветлителей объемы сооружений уменьшаются в 4-5 раз по сравнению с объемами сооружений обычного типа. Расход коагулянта уменьшается на 15-20 %.

Из осветлителя воду подают на фильтры для глубокого осветления путем пропуска ее через толщу песчаной загрузки. Обрабатываемая вода, смешанная с реагентами, через распределительную систему вводится в фильтровые баки и фильтруется сверху вниз, где происходит оседание крупных зерен. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры выключают из работы и промывают. На водоочистных комплексах перед осветлителями предусматривают барабанные сита, обеспечивающие частичное удаление из воды взвешенных веществ, смешение и контакт воды с реагентами, а также выделение из воды воздуха. Фильтрующая песчаная нагрузка имеет крупность 0,7-5 мм, высоту слоя 2,5-2,6 м, расчетная скорость фильтрования 5-6 м/ч. Продолжительность фильтроцикла – не менее 8 ч.

Промывка осветлителей воздушная. Воздух подают с интенсивностью 18-20 л/(с-м2) через распределительную систему. Режим промывки: подача воздуха – 1-1,5 мин, водовоздушная промывка с интенсивностью подачи воды 2-3 л/(с-м2) – 6-7 мин. И последующая промывка водой 6-7 л/(с-м2) 4-6 мин.

Озон для обеззараживания воды получают в озонаторах непосредственно на водоочистной станции. Воздух, поступающий в озонатор, предварительно очищают от пыли, влаги и охлаждают. Озон подают в воду или с помощью эжекторов (эмульсаторов) или через сеть распределительных каналов, укладываемых по дну контактных резервуаров. Вода, подаваемая в сеть, не должна содержать озона (опасность коррозии труб и оборудования). В связи с этим воду, обработанную озоном, выдерживают в резервуарах до завершения расходования озона.

Технологическая схема озонаторной установки включает:

· фильтры первичной очистки воздуха

· воздуходувки

· теплообменники (удаление влаги и снижение температуры)

· маслоотделитель

· адсорбер влаги (силикагель)

· фильтры окончательной очистки воздуха

· котлы-озанаторы

Осветленную и обеззараженную воду собирают в резервуарах чистой воды, где обеззараживание завершается в результате контакта с дезинфекторами (хлором, озоном).

Заключение

В настоящий момент в появилось много усовершенствованных технологий, участвовавших в процессе водоснабжения. В особенности технологии по очистке, обработке воды от бактериологических загрязнений и придания ей хороших органолептических свойств.

При достаточном финансировании этой отрасли можно надеяться на ее развитие, совершенствование технологий.

Приложение

Список литературы

1. Илясов Г.И. Водоснабжение и водоотведение: учебное пособие. Саратов, 1994 г.

2. Николадзе Г.И. Коммунальное водоснабжение и канализация. М: Стройиздат, 1983 г.

3. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. М: Стройиздат, 1985г.