Водонапорные и регулирующие устройства

18. Водонапорные и регулирующие устройства

Эти элементы являются общими для обеих схем сельскохозяйственного водоснабжения (из поверхностных и подземных источников).

Водонапорные башни. Полного соответствия водопотребления и подачи воды насосной станцией второго подъема добиться невозможно. Для регулирования подачи и потребления служат водонапорные башни.

В часы, когда подача насосной стации превышает расход водопотребления, излишняя вода насосной станции подается в водонапорную башню и наоборот.

Водопровод мог бы работать и без водонапорной башни, но тогда насосную станцию пришлось бы проектировать большей мощности, на наибольший расход водопотребления, с круглосуточной работой, что резко увеличило бы как капитальные, так и эксплуатационные расходы.

Регулирующую емкость бака водонапорной башни можно определять по совмещенным ступенчатым или интегральным графикам подачи и потребления воды. В первом случае она равна площади фигур, заключенных между линиями подачи воды 2 и водопотребления 1, например, на графике (рис.18.1) заштрихованных фигур. Во втором случае регулирующая емкость бака равна сумме абсолютных величин максимальной положительной и максимальной отрицательной разностей ординат кривых круглосуточной подачи и потребления воды. На интегральном графике (рис.18.2) регулирующая емкость бака при круглосуточной работе насосной станции

.

Рис.18.1

Рис.18.2

Из интегральной кривой потребления (рис.18.2) видно, что регулирующую емкость бака можно уменьшить, сократив работу насосной станции (включить в 4 часа и выключить в 20), т. е. исключить работу насосной станции в часы минимального водопотребления. Тогда

.

Более того, можно «вписать» работу насосной станции в интегральную кривую водопотребления, используя датчики минимального и максимального уровней. При этом регулирующая емкость может оказаться еще меньше.

В баке водонапорной башни должен храниться, кроме регулирующего объема, запас воды для тушения пожара в первые минуты его возникновения.

таким образом, объем бака водонапорной башни должен равняться:

,

где Wp — регулирующая емкость бака; Wn — запас воды для тушения одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 минут.

Пневматические установки. Роль водонапорных башен могут выполнять пневматические водонапорно–регулирующие установки. Однако из-за больших эксплуатационных затрат их применяют редко.

При пневматическом водоснабжении напор в водопроводной сети создается сжатым воздухом, подаваемым в герметически закрытый резервуар. Этот резервуар выполняет функции бака водонапорной башни.

Существуют пневматические установки двух типов: переменного давления и постоянного давления.

Резервуары чистой воды. Резервуары служат для хранения запасов воды и в зависимости от назначения могут быть расположены в различных местах системы водоснабжения.

Основное назначение резервуаров:

— прием и хранение воды, поступающей от насосных станций первого подъема или станций очистки и подаваемой далее насосными станциями второго (или последующего) подъема;

— прием свежей воды, питающей системы оборотного водоснабжения;

— хранение регулирующего объема воды и поддержание напора в сети;

— хранение противопожарных и аварийных запасов воды.

Емкость резервуаров чистой воды при станциях очистки определяется регулирующим объемом , необходимым для возмещения разницы между равномерной подачей воды станцией очистки и откачкой ее насосами станции второго подъема. Этот объем определяется по аналогии с водонапорной башней.

В резервуарах чистой воды обычно хранятся также запас воды для технологических целей станции очистки (промывка фильтров и др.) и запас воды для целей пожаротушения. Таким образом, общий объем резервуара

.

Продолжительность пожара по нормам составляет три часа. В течение этого времени из резервуара будет откачиваться расход на противопожарные цели и максимальный расход на хозяйственно–питьевые цели (предполагается, что в момент пожара в резервуаре может не быть регулирующего объема воды), а поступать в резервуар будет при условии бесперебойной работы насосной станции первого подъема .

Следовательно:

,

где — расход воды на хозяйственно–питьевые цели наибольшего водопотребления (по графику).

19. Требования, предъявляемые к качеству хозяйственно–питьевой воды. методы улучшения качества воды

Эти требования определяются ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством» и СанПиН 2.1.4599-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения, контроль качества воды» на основании физического, химического и бактериологического анализов.

Физический анализ позволяет определить температуру, мутность (прозрачность), цветность, вкус и запах.

1. Желаемая температура 7…12оС. При температуре выше 12оС вода становится менее приятной на вкус и хуже утоляет жажду, а при пониженной может вызвать простудные заболевания.

2. Мутность характеризуется содержанием в воде взвешенных частиц. Допускается не более 2 мг/л.

3. Прозрачность также характеризует содержание в воде взвешенных частиц. Определяют ее при помощи градуированного стеклянного цилиндра. На дно опускают белый фарфоровый диск с нанесенным на нем черными линиями толщиной 1 мм крестом. Затем в цилиндр наливают исследуемую воду таким слоем, при котором крест становится невидимым. Допустимая прозрачность – не менее 30 см.

4. Цветность определяют сравнением на фотоколориметре испытуемой воды с эталоном искусственно подкрашенной воды (солями кобальта и платины). Допустимая цветность – 20о платино-кобальтовой шкалы.

5. Запах и привкус воды. Запах определяют, нагревая воду до 50оС в закрытом сосуде. Для определения привкуса воды ее нагревают до 25оС. Запах и привкус воды оцениваются по пятибалльной шкале. Питьевая вода должна иметь не более 2 баллов по шкале запахов и привкусов при температуре 20оС.

На основании химического анализа определяются плотный остаток, жесткость, окисляемость и активная реакция воды.

Плотный остаток характеризует общее содержание в воде растворенных солей. Его определяют выпариванием профильтрованной воды. Допустимое количество сухого остатка 500…1000 мг/л

Жесткость воды определяется содержанием в ней в растворенном виде солей кальция и магния. Жесткость воды измеряется в мг-экв/л; 1 мг-экв/л соответствует растворенным в 1 л воды 20,04 мг солей кальция и магния. Жесткость воды не должна превышать 14,3 мг-экв/л.

Окисляемость обуславливается содержанием в воде растворенных органических веществ; она является показателем возможной загрязненности воды источника сточными водами.

Активная реакция вызывается содержанием в воде водородных ионов. Обычно она выражается через рН. Если — среда кислая; — среда нейтральная; — щелочная. Питьевая вода должна иметь рН от 6,5 до 9,5.

На основании бактериологического анализа устанавливается общее количество бактерий, в частности, кишечных палочек. Показателем бактериального загрязнения воды служит так называемый коли-титр или коли–индекс.

Коли–титр — это количество воды в см3, в котором обнаружена одна кишечная палочка. Допускается – более 300.

Коли–индекс – это число кишечных палочек в одном литре воды; допускается – не более 3.

Улучшение качества природной воды предусматривается в тех случаях, когда концентрация различных примесей в ней превышает предельно допустимые нормы, установленные ГОСТ на питьевую воду или когда она не соответствует дополнительным требованиям органов санитарного надзора.

В зависимости от качества воды в источнике и требований, предъявляемых к степени ее очистки, определют необходимый состав очистных сооружений.

Основные способы очистки природных вод – это осветление и обеззараживание. Осветление в основном применяется при использовании поверхностных, обеззараживание – при использовании всех источников, но чаще всего поверхностных и грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине от поверхности земли.

При наличии в воде солей жесткости, металлов, растворенных газов и других элементов могут применяться и другие способы обработки воды. Например, при повышенном содержании в воде железа предусматриваются установки по обезжелезиванию воды. Слишком жесткая вода умягчается на катионитовых фильтрах, растворенные газы удаляются из воды путем ее дегазации. Иногда воду обесфторивают или, наоборот, фторируют. Могут применяться и другие способы обработки воды, описания которых дается в специальной литературе.

Осветление воды можно проводить с применением коагулянта или без него. Коагулянт применяют обычно при содержании в исходной воде более 50 мг/л взвешенных веществ.

Коагулированные воды применяют для ускорения осаждения из воды взвешенных частиц и коллоидов, которые в исходной воде имеют одноименные электрические заряды. При введении в воду коагулянта (сернокислый глинозем Al2(SO4)3·18H2O, железный купорос FeSO4·7H2O, хлорное железо FeCl3 и др.) с зарядом, противоположным зарядам коллоидов, последние нейтрализуются, в результате чего происходит укрупнение взвешенных частиц с образованием хлопьев. Осаждаясь на дно, хлопья захватывают более мелкие частицы взвеси, в том числе и бактерии (95%), находящиеся в воде отстойника.

Для коагуляции взвесей и коллоидов необходимо, чтобы обрабатываемая вода имела достаточную щелочность. При недостатке в воде естественной щелочности воду подщелачивают, добавляя гашеную известь или кальцинированную соду (Na2CO3).

Коагулирование производят в камерах хлопьеобразования, из которых вода направляется в отстойники со скоростью 0,05…0,10 м/с во избежание разрушения образовавшихся хлопьев. В отстойниках хлопья под действием силы тяжести выпадают в осадок, который периодически удаляется различными (механическими или гидравлическими) методами.

Фильтрование является последней, завершающей стадией осветления воды. Для фильтрования воды устанавливают водоочистные фильтры, загруженные слоем зернистого фильтрующего материала – песка, дробленого антрацита, керамзита и др.

В зависимости от скорости фильтрации различают медленные, скорые и напорные фильтры. В системах сельскохозяйственного водоснабжения в основном используют медленные и скорые фильтры.

Медленные фильтры находят применение в небольших установках для фильтрования некоагулированной воды, содержащей не более 50 мг/л взвешенных веществ.

Эффект очистки на медленных фильтрах относительно высок, на них задерживается до 90% бактерий, устраняются запахи и привкусы. Они надежны и просты в эксплуатации. Существенный недостаток их состоит в значительной площади фильтрования при небольшом количестве очищаемой воды. объясняется это малыми скоростями фильтрации, которые не превышают 0,1-0,2 м/ч.

Скорые фильтры – наиболее распространенные сооружения по осветлению воды после ее предварительного коагулирования.

В зависимости от гранулометрического состава фильтрующего слоя скорость фильтрации принимается в пределах 6-10 м/ч. Указанная скорость фильтрации обеспечивается созданием над поверхностью загрузки слоя воды толщиной 1,2…1,5 м.

Обеззараживание воды в хозяйственно-питьевых водопроводах, питающихся из подземных источников, производят в случае возможного попадания в эти источники болезнетворных бактерий. Вода поверхностных источников, как правило, содержит болезнетворные бактерии. В результате отстаивания и фильтрования из воды удаляется до 95% бактерий. Для уничтожения оставшихся бактерий воду обеззараживают. С этой целью используют жидкий хлор, гипохлориты натрия и кальция, растворы гипохлоритов, полученные электролитическим путем, двуокись хлора, озон и бактерицидное облучение.

Наиболее распространенным методом обеззараживания является хлорирование. Для хлорирования используют хлорную известь или газообразный хлор.

Хлорную известь применяют при расходах до 3000 м3/сут. При введении в воду хлорная известь распадается на гипохлорит кальция и хлористый кальций. Гипохлорит кальция, реагируя с углекислотой или бикарбонатами кальция, находящимися в воде, образует хлорноватистую кислоту, которая легко распадается с образованием атомарного кислорода, оказывающего бактерицидное действие.

При введении в воду газообразного хлора образуются хлорноватистая и соляная кислоты. Хлорноватистая кислота распадается с выделением атомарного кислорода. Необходимый эффект хлорирования достигается в результате хорошего перемешивания и тридцатиминутного контакта хлора с водой. Такой контакт происходит в контактном резервуаре или в трубопроводе, подающем воду потребителям.

Вода, поступающая к потребителям, может содержать в 1 л 0,3…0,5 мг хлора (так называемый остаточный хлор), что свидетельствует о достаточности введенной дозы хлора для полного обеззараживания воды. На 1 л фильтрованной воды вводят 0,3..1,0 мг хлора, на 1 л нефильтрованной речной воды – до 2 мг хлора.

Обычно применяют двойное хлорирование, добавляя хлор перед отстаиванием и после фильтрования.

При повышении дозы хлора в воде остается неприятный запах. Такую воду необходимо дехлорировать. Для этого в нее добавляют гипосульфит или сернистый газ, который нейтрализует хлор.

Способ обеззараживания озоном применяется для воды, мутность которой не превышает 15 мг/л. Озон одновременно уменьшает цветность, запахи и привкусы воды.

Для обеззараживания 1 л воды подземных источников требуется 0,75…1,0 мг озона, для обеззараживания 1 л фильтрованной воды поверхностных источников – 1…2 мг озона.

Озон в виде озоновоздушной смеси получают в электрических озонаторах из кислорода воздуха. В состав озонаторной установки входят сооружения для синтеза озона и для смешения озона с водой. Подготовка воздуха для синтеза озона состоит в задержании взвешенных частиц на фильтре, осушке воздуха в адсорберах с силикагелем или алюмогелем. Подготовленный воздух направляется в озонаторы.

Перемешивание полученной озоновоздушной смеси с водой производится барботированием в колонках, резервуарах. Применяют для этого также эжекторы–смесители и механические мешалки.

обеззараживание воды осуществляется ультрафиолетовыми лучами, обладающими бактерицидными свойствами. применяют его для обеззараживания небольших расходов воды подземных источников, а также фильтрованной воды поверхностных источников, отвечающей требованиям ГОСТ на питьевую воду по мутности и цветности. В качестве источников излучения служат ртутно–кварцевые лампы высокого давления или аргоно–ртутные лампы низкого давления. Бактерицидные лампы могут располагаться над поверхностью воды или погружаться в нее.

В зависимости от свойств воды источника водоснабжения или от требований, предъявляемых потребителями к качеству воды, может потребоваться специальная ее обработка – умягчение, обезжелезивание, стабилизация, обессоливание и т. п.

Умягчение воды. По ГОСТу вода, предназначенная для хозяйственно-питьевых целей, должна иметь жесткость менее 7 мг-экв/л, в особых случаях 14 мг-экв/л.

Умягчение воды для хозяйственно – питьевых целей обычно не производят. Однако его требуют некоторые производственные потребители воды, в том числе пищевая промышленность. Питательная вода для котлов среднего и высокого давления должна иметь жесткость не более 0,3 мг-экв/л. Для умягчения воды применяют реагентный и катионитовый методы, а также магнитную обработку воды.

Обезжелезивание воды. Содержание железа в питьевой воде не должно быть выше 0,3 мг/л. Для удаления железа применяют аэрацию, коагулирование, известкование и катионирование.

Стабилизация воды заключается в придании ей свойств, при которых она теряет способность вызывать коррозию и откладывать соли. Стабилизация воды необходима в системах оборотного водоснабжения, когда из-за испарения воды в охладительных сооружениях в ней повышается концентрация солей. Стабилизация воды в таких системах предотвращает образование накипи и развитие коррозии в теплообменных аппаратах и охладительных установках. Для стабилизации воды применяют подкисление, рекарбонизацию и фосфатирование.

Обессоливание воды заключается в удалении из нее растворенных солей. Полное обессоливание необходимо, например, при подготовке питательной воды для котлов высокого давления. Частичное удаление растворенных солей называется опреснением.

Применяют термический и химический методы обессоливания.

Дегазация воды заключается в удалении из нее газов (углекислоты, сероводорода, кислорода). Удаление углекислоты и кислорода необходимо для уменьшения коррозионных свойств воды.

20. Основные данные для проектирования

водопроводной сети

Нормы водопотребления. Определение потребности в воде. Нормой водопотребления называют количество воды, расходуемой на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции.

Среднее (за год) суточное потребление воды каждой группой потребителей определяют по среднесуточным нормам, приведенным в соответствующих главах СНиП 2.04.02 – 96 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Так, например, среднесуточная норма потребления на одного жителя в населенных пунктах в зависимости от благоустройства жилых домов при наличии канализации следующая: без ванн 125…160 л; с ваннами и местными водонагревателями 160…230 л; с централизованным горячим водоснабжением 250…350 л.