1. Системы и схемы водоснабжения населенных мест.

Водоснабжение - это совокупность мероприятий по обеспечению водой различных её потребителей: населения, предприятий, транспорта... Комплекс инженерных сетей, осуществляющих задачи водоснабжения, называется системой водоснабжения или водопроводом. Разделяют наружные и внутренние сети водоснабжения.

Наружные сети водоснабжения являются одним из основных элементов системы водоснабжения, они существуют уже несколько тысячелетий. Для целей водоснабжения используются природные источники воды:

• поверхностные открытые водоёмы (реки, водохранилища, озёра, моря),

• подземные (грунтовые и артезианские воды и родники).

Проектирование сети водоснабжения производится в зависимости от конкретных условий и требований, в общем виде:

• Достаточная степень надёжности бесперебойного снабжения водой;

• Обеспечение подачи воды заданного количества под требуемым напором;

• Экономичность системы.

Эти требования влияют на расположение линий водопроводной сети, также влияние оказывают:

• Рельеф местности

• Существование препятствий в виде рек, железных дорог и т.д.

• Планировка объекта;

• Расположение проезда;

• Размер жилых кварталов, наличие зелёных насаждений.

Существует два вида сетей:

• разветвлённая или тупиковая,

• кольцевая,

• комбинированная.

Разветвлённая схема (рис.1) сети состоит из магистральной линии и ответвлений, которые отходят в виде тупиковых участков. В тупиковой сети вода движется в одном направлении — до конца ответвления. Тупиковая схема — кратчайшая по длине, но менее надежная относительно бесперебойной подачи воды. Недостатком разветвлённой сети является то, что во время аварии на одном участке магистрали все участки, которые расположены за ним, будут лишены водоснабжения.

Разветвлённая сеть используется редко - в небольших поселковых и дачных водопроводных сетях, в случаях, когда снабжение водой потребителей допускает перерывы в водоснабжении. Для обеспечения надёжности используются резервуары, установленные у потребителей.

Кольцевая схема (рис.2) не имеет тупиковых участков, все ее ответвления соединены между собой и замкнуты.

Комбинированная схема (рис.3) состоит из закольцованных и тупиковых линий.

Кольцевая и комбинированная схемы сетей водоснабжения более надежные в эксплуатации. В закольцованной сети вода не застаивается, а постоянно циркулирует. Аварийные участки выключают без прекращения подачи воды другим потребителям.

В кольцевой сети можно наметить основные направления движения воды – магистральные линии. Их задача – транспортирование воды транзитом в наиболее удалённые участки.

Перемычки – соединительные линии магистрального значения.  Перемычки используются для  выравнивания нагрузок основных продольных магистралей и обеспечения надёжности работы системы.

Распределительная сеть выполняет задачи непосредственной подачи воды к домовым ответвлениям и отдельно пожарным гидрантам.

Рассчитываются только магистральные линии, диаметры распределительной сети принимаются в зависимости от пожарного расхода, присоединённых к сети гидрантов. У производственных водопроводов рассчитывается и распределительная сеть.

Магистральные линии устанавливаются на возвышенностях с целью обеспечения дополнительного напора в распределительной сети.

Схема водоснабжения населенного пункта зависит прежде всего от вида источника водоснабжения.

На рис. II. 1 приведена наиболее распространенная схема водоснабжения населенного пункта с забором воды из реки. Речная вода поступает в водозаборное сооружение, из которого насосами станции I подъема подается на очистные сооружения. Очищенная вода поступает в резервуары чистой воды, откуда забирается насосами станции II подъема для подачи по водоводам и магистральным трубопроводам в водопроводную сеть, распределяющую воду по отдельным районам и кварталам населенного пункта.

На территории населенного пункта (обычно на возвышенности) сооружается водонапорная башня, которая, как и резервуары чистой воды, служит для хранения и аккумулирования запасов воды. Необходимость устройства башни объясняется следующими обстоятельствами. Расход воды из водопроводной сети значительно колеблется в течение суток, в то время как подала воды насосами станции II подъема относительно равномерна. В те часы суток, когда насосы подают в сеть воды больше, чем ее расходуется, излишек поступает в водонапорную башню; в часы максимального расходования воды потребителями, когда расход, подаваемый насосами, недостаточен, используется вода из башни. Водонапорная башня, расположенная в противоположном от насосной станции конце города, называется контррезервуаром. При наличии вблизи населенного места значительного естественного возвышения вместо водонапорной башни сооружают наземный водонапорный резервуар.

П ри использовании в качестве источника водоснабжения подземных вод схема водоснабжения значительно упрощается. В этом случае очистные сооружения обычно не нужны — подземные воды часто не требуют очистки. В некоторых случаях не устраивают также резервуаров чистой воды и насосной станции II подъема, так как вода может подаваться в сеть насосами, установленными в буровых скважинах.

Иногда населенный пункт снабжается водой из двух или более источников — водоснабжение с двухсторонним или многосторонним питанием.

При расположении источника водоснабжения на значительной высоте по отношению к населенному пункту, когда возможна подача воды из источника без помощи насосов — самотеком, устраивают гравитационный водопровод.

Рис. II.1. Схема водоснабжения насел-енного пункта

1 — водоприемник; 2 — самотечная труба; 3 — береговой колодец: 4 — насосы станции I подъема; 5 — отстойники; в — фильтры; 7—-запасные резервуары чистой воды; 8 — насосы станции II подъема; 9 — водоводы; 10 — водонапорная башня; // — магистральные трубопроводы; 12 — распределительные трубопроводы

2. Системы водоснабжения промышленных предприятий.

Промышленные предприятия, отличающиеся значительным разнообразием технологических операций, потребляющие для отдельных процессов воду различного качества, требующие подачи ее под различными напорами, имеют сложные схемы водоснабжения.

При расположении вблизи промышленного предприятия поселка для них устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод.

В районах, где имеется много относительно близко расположенных предприятий, применяют групповые системы водоснабжения. Устройство групповых (или районных) систем позволяет сокращать число очистных сооружений, насосных станций, водоводов и тем самым уменьшать строительную и эксплуатационную стоимость системы.

Промышленные предприятия, расположенные на территории современного города, обычно получают хозяйственно-питьевую воду непосредственно из городского водопровода.

Рис. II.2. Схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия

Рис. II.3. Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия

Водоснабжение промышленных предприятий может быть прямоточным, оборотным и с последовательным использованием воды.

  

На рис. II.2 приведена схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия. Насосная станция 4, расположенная¹ вблизи водозаборного сооружения 5, подает воду для производственных целей в цехи / по сети 2. Для хозяйственно-противопожарных нужд поселка 6 и цехов / насосная станция 4 подает воду в самостоятельную сеть 7. Предварительно воду очищают на очистных сооружениях 3.

Нередко для производственных целей требуется подача воды различного качества и под разными напорами. В этом случае устраивают две или несколько самостоятельных сетей.

Воду, использованную в технологическом процессе, удаляют в канализационную сеть и после соответствующей очистки сбрасывают в водоем ниже по течению относительно объекта водоснабжения.

На ряде промышленных предприятий (химические, нефтеперерабатывающие, металлургические заводы, ТЭЦ и пр.) воду применяют для целей охлаждения и она почти не загрязняется, а только нагревается. Такую производственную воду, как правило, используют вновь, предварительно охладив ее.

На рис. II.З приведена схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия. Нагревшуюся воду по самотечному трубопроводу 10 подают к насосной станции 2, откуда насосами 7 перекачивают по трубопроводу 3 на специальные сооружения 4, предназначенные для охлаждения воды (брызгальные бассейны или градирни). Охлажденную воду по самотечному трубопроводу 6возвращают на насосную станцию 2 и насосами 8 по напорным трубопроводам 9 направляют в цехи предприятия /. При оборотном водоснабжении часть воды (3—5% общего расхода) теряется. Для восполнения потерь воды в систему подают «свежую» воду по трубопроводу 5.

Оборотное водоснабжение экономически выгодно, когда промышленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения или на значительном возвышении по отношению к нему, так как в этих случаях при прямоточном водоснабжении будут велики затраты электроэнергии на подачу воды. Также выгодно устраивать оборотное водоснабжение, если расход воды в водоеме мал, а потребности в производственной воде велики.

Схему водоснабжения с последовательным (или повторным) использованием воды применяют в тех случаях, когда воду, сбрасываемую после одного технологического цикла, можно использовать во втором, а иногда и в третьем технологическом цикле промышленного предприятия. Воду, использованную в нескольких циклах, удаляют затем в канализационную сеть. Применение такой схемы водоснабжения экономически целесообразно, когда необходимо сократить расход «свежей» воды.

3. Проектирование водопроводов. Нормы и режимы водопотребления, Расчетные расходы и свободные напоры.

Нормы водопотребления

Вода используется потребителями для самых различных целей, но все расходы воды можно свести к трем основным категориям: — хозяйственно-питьевые или бытовые нужды; — производственные нужды; — тушение пожаров. На хозяйственные и производственные нужды подача воды должна осуществляться за счет постоянной нормальной работы водопровода. На пожаротушение вода используется эпизодически и для ее подачи форсируют работу водопровода лишь на время тушения пожара.

К хозяйственно-питьевому водоснабжению относят расход воды на питье, гигиенические нужды, приготовление пищи, уборку помещений, а также на полив зеленых насаждений. Потребность воды определяют по количеству жителей и нормам водопотребления с учетом коэффициентов неравномерности. При этом нормой хозяйственно-питьевого водопотребления называют среднесуточное количество воды, которое расходуется одним человеком. В зависимости от степени благоустройства жилого дома и его санитарно-технического оборудования нормы потребления могут быть различными (см. таблицу 1). Для больших административных или промышленных центров, для курортов и для домов, насыщенных современной техникой (стиральные и посудомоечные машины, бассейны со сменной водой и т.п.), нормы водопотребления могут быть увеличены при соответствующем обосновании. Расход воды для полива зеленых насаждений учитывают, исходя из конкретных запросов. Для засушливых районов, а также при необходимости массового полива зеленых насаждений на большой площади норму на полив устанавливают, исходя из местных условий. 

Потребление воды на протяжении каждого часа тоже может колебаться. Учет этих колебаний очень сложен и обычно не имеет практического значения. Поэтому при расчете водопровода условно принимают, что расход воды в течение одного часа остается постоянным.

Режимы водопотребления

Потребность в воде меняется в течение года и суток. Более точно неравномерность расхода воды определяется составлением графиков сначала для каждой категории водопотребителей, а затем сводного по объекту. Графики водопотребления составляют специалисты-технологи (агроном, зоотехник, инженер и др.) с учетом физиологических и санитарно-гигиенических требований, технологических особенностей производства, распорядка и режима работы и пр. Так составляют годовой график суточных расходов воды, а затем для суток с наибольшим расходом и суточный график часовых расходов.

В настоящее время установлены значения коэффициентов суточной и часовой неравномерностей (как отношение максимальных значений суточного или часового расхода к средним значениям соответствующих расходов).

Определение расчетных расходов воды.

Нормы водопотребления позволяют определить общую расчетную потребность в воде объекта, для которого проектируется водопровод. Эта потребность определяется отдельно для каждой категории водопотребителей.

В качестве основного измерителя количества воды, требуемой для водоснабжения данного объекта, обычно принимается суточный расход.

Вычисленный по нормам средний суточный расход воды в населенном месте дает лишь общую характеристику размеров водопотребления данного объекта1. Для составления проекта водоснабжения необходимо установить пределы возможных колебаний величины расхода в отдельные сутки года.

В населенном месте суточный расход воды меняется в течение года в связи с изменениями режима жизни населения и климатических условий, а также с сезонностью некоторых расходов воды.

Величина вероятного расхода воды в сутки максимального водопотребления, или так называемый «максимальный суточный расход», является тем основным расчетным расходом, на подачу которого должен быть рассчитан проектируемый водопровод.

При расчете систем водоснабжения следует учитывать возможные предельные отклонения суточного расхода воды (от среднего) не только в большую, но и в меньшую сторону

Большая неравномерность водопотребления в течение года обычно наблюдается при относительно малом числе жителей, малом развитии промышленности и относительно значительных сезонных колебаниях температуры

Для определения полной расчетной потребности в воде города или поселка на хозяйственно-питьевые нужды к полученному суточному расходу должно быть прибавлено количество воды, необходимой на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве (по нормам, указанным в § 2) с учетом запланированного числа рабочих, числа рабочих смен и рода производства на предприятиях, расположенных в городе.

Кроме того, дополнительно должны быть вычислены расходы воды на поливку (по нормам, приведенным в табл. I 3) в соответствии с площадью улиц и зеленых насаждений, подлежащих поливке

Расход воды на производственные нужды промышленных предприятий определяется по заданиям промышленности.

Следует учитывать, что в водопроводах промышленных предприятий величина расхода воды в отдельные сутки года может изменяться в зависимости от режима работы предприятия. На некоторых предприягиях режим расходования воды изменяется по сезонам. Например, расход воды на охлаждение и конденсацию пара зависит от температуры воды источника, поэтому суточный расход летом больше, чем зимой. В ряде случаев режим расходования воды на технические нужды промышленного предприятия не связан с временем года и суточный расход воды постоянен или меняется незначительно.

Таким путем определяется вероятный суммарный расход воды всеми возможными потребителями, расположенными на территории данного объекта.

В результате проектировщики получают расчетные расходы воды как общие — для всего объекта в целом, так и по отдельным категориям потребителей в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству воды. Анализ этих расходов и сопоставление их с мощностью пригодных (по качеству воды) источников водоснабжения позволяют правильно выбрать как самый источник, так и систему водоснабжения. Она может быть единой для всех потребителей или устраивается раздельно для каждой группы потребителей, нуждающихся в воде различного качества.

Свободный напор

Водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды ко всем точкам ее потребления не только в заданном количестве, но и с необходимым свободным напором, измеряемым высотой столба воды над поверхностью земли. Расчетная схема для определения величины требуемого свободного напора представлена на рис. 14.7.

Минимальный требуемый свободный напор в час максимального водопотребления. Величину требуемого напора вычисляют по формуле:

H_св = H_г + h_и + ∑h_w, м,(14.13)

где H_г - геометрическая высота расположения самого высокого (расчетного) водоразборного прибора над поверхностью земли у точки подключения домового ввода, м; ∑h_w - сумма потерь напора на пути движения воды от точки подключения домового ввода до расчетного водоразборного прибора, м; h_и - напор, необходимый для излива расчетного расхода воды, м, принимаемый в зависимости от типа санитарного водоразборного прибора в пределах от 2 до 5 м /5, прил.2/.

В практике водоснабжения при проектировании наружных водопроводных сетей для упрощения расчетов величину минимального требуемого свободного напора H_св допускается определять в зависимости от этажности зданий: при одноэтажной застройке H_свсоставляет не менее 10 м, а при большей этажности на каждый последующий этаж добавляют по 4 м. Следовательно:

H_св = 4(n-1) + 10, м(14.14)

где n - количество этажей.

Свободный напор в час минимального водопотребления. В часы минимального водопотребления напор на каждый этаж (кроме первого) допускается принимать 3 м. Минимальный свободный напор у водоразборных устройств. При водопользовании из водоразборных колонок требуемый свободный напор должен составлять не менее 10 м.

Минимальный свободный напор для предприятий. Для промышленных предприятий минимальный свободный напор принимается

по заданию технологов предприятия в зависимости от технологии производства и характеристик оборудования.

Минимальные свободные напоры в системах пожаротушения низкого давления. Для систем пожаротушения низкого давления минимальный свободный напор у пожарных гидрантов, устанавливаемых на сети, также должен составлять не менее 10 м.

4. Поверхностные и подземные источники водоснабжения. Зоны санитарной охраны.

Подземные и поверхностные источники водоснабжения.

К подземным источникам водоснабжения относятся подземные воды, образующиеся вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты неполностью и имеют свободную поверхность. Примером безнапорных вод может служить вода в водоносных горизонтах, вскрытых колодцами K₁ и К₂ (рис. II.6). Вода устанавливается в этих колодцах на уровнях, совпадающих с уровнями подземных вод. Безнапорные подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта (слой, вскрытый колодцем Ki на рис. II.6) называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при использовании для целей водоснабжения их в большинстве случаев подвергают очистке.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Примером напорных вод может служить вода в водоносном горизонте, вскрытом колодцами К₃ и K₄ (см. рис. II.6). Артезианские воды, как правило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки.

В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт, вода поднимается до пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, наблюдается излив воды из колодца (колодец К₃ на Рис- II.6). Такие колодцы называют самоизливающимися.

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии водоразбора, называют статическим. Статический уровень безнапорных вод совпадает с уровнем подземных вод, а напорных вод — с пьезометрической линией (рис. II.7).

При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называют динамическим.

Уровни воды и пьезометрические линии, устанавливающиеся вокруг колодцев при откачке из них воды (в поперечном разрезе они имеют выпуклую кверху форму), называют кривыми депрессии.Область, ограниченную кривыми депрессии, называют депрессионной воронкой.

Безнапорные и напорные воды могут выходить на дневную поверхность (родники). Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом, а выход напорных вод — восходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и также может использоваться для целей водоснабжения без очистки.

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, водохранилища и озера. Для промышленных целей может использоваться и морская вода. При отсутствии в приморских районах пресной воды морская вода после опреснения может использоваться и для хозяйственно-питьевых целей. Однако это должно быть обосновано технико-экономическими соображениями.

Рис. II.6. Схема образования и залегания подземных вод

1 — водоупорные   породы; 2 — водоносные   породы;   К₁ — K_t — колодцы; K₂ — Kз — источники (родники)

Рис. II.7. Депрессионные воронки

а — безнапорных вод; б — напорных вод; 1 — водоупорные породы; 2 — водоносные породы; А А — статический уровень; А’ А’— пьезометрическая линия при отсутствии откачки; ББ и Б’Б’— динамические уровни

Зоны санитарной охраны.

Зоны санитарной охраны (ЗСО)^[1] — территория, включающая источник водоснабжения и/или водопровод, иной объект. ЗСО состоит из поясов, на которых устанавливаются особые режимы хозяйственной деятельности и охраны, например, для артезианских скважин охраны подземных вод от загрязнения.

Поясы ЗСО

ЗСО организуются в составе трёх поясов:

• первый пояс (строгого режима) включает территорию расположения водозаборных сооружений, площадок всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала. Его назначение — защита места водозабора иводозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения.

Первый пояс ЗСО скважин представляет собой окружность радиусом 30-50 м, центр которой находится в точке расположения источника водоснабжения. Если таких источников несколько (несколько скважин), то следует выделять несколько окружностей с центром в каждой из скважин. Размер пояса строго режима охраны может быть сокращен государственным органом санитарно-эпидемиологического надзора.

• Второй пояс (пояса ограничений или зона микробного загрязнения) определяется гидродинамическим расчётным путём^[2] и включает территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения. Второй пояс учитывает время продвижения микробного загрязнения воды до водозабора, принимаемое в зависимости от климатических районов и защищенности подземных вод от 100 до 400 сут.^[1] — времени, в течение которого загрязнение произошедшее на поверхности за пределами второго пояса достигнет водоносного горизонта.

• Третий пояс (зона химического загрязнения) определяется гидродинамическими расчётами, исходя из условия, что если за её пределами в водоносный горизонт поступают стабильные химические загрязнения, то они окажутся вне области питания водозабора или достигнут её не ранее истечения расчётного срока эксплуатации. Минимальный расчётный срок эксплуатации скважины — 25 лет. Обычно для расчётов используют 10 000 суток, что приблизительно на 10 % больше, чем 25 лет, то есть 9125 суток.

Цель организации ЗСО

Основной целью создания и обеспечения режима в ЗСО является санитарная охрана от загрязнения источников водоснабжения и водопроводных сооружений, а также территорий, на которых они расположены.

В каждом из трех поясов, а также в пределах санитарно-защитной полосы (СЗП), соответственно их назначению, устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, направленных на предупреждение ухудшения качества воды.

Расчёт ЗСО

Расчёт поясов зависит от конкретного источника водоснабжения, гидрогеологических условий площадки, на которой расположено водозаборное сооружение. 

5. Водозаборные сооружения из поверхностных источников руслового типа.

В одозаборы руслового типа применяют при пологих береге и дне реки, когда требуемые для забора воды глубины находятся на большом расстоянии от берега. Схема компоновки насосной станции с водоприемным сооружением может быть раздельной или совмещенной. Степень совмещения водоприемника и насосной станции зависит от тех же причин, что и для береговых водозаборов. Русловые водозаборные сооружения имеют один или несколько водоприемников расположенных в водоисточнике на некотором расстоянии от берега. Водоприемники соединяются с береговым сеточным колодцем 7, оборудованным сетками для процеживания воды, самотечными линиями 2, сифонным трубопроводом 4 или всасывающими водоводами. Из берегового колодца вода насосами, расположенными в насосной станции 5, по напорным водоводам 6 подается к месту дальнейшего ее потребления. Водозаборные сооружения оборудуются камерой переключения и напорными трубопроводами 8 для возможности подачи воды для промывки водоприемников и самотечных линий обратным током воды. На водозаборах I и II категорий могут предусматриваться системы подачи горячей воды, воздуха, хлора или медного купороса для предотвращения закупорки решеток водоприемника шугой и обрастания креплений берегов откоса 3. В водозаборных сооружениях III категории береговой водоприемный колодец может отсутствовать. В этом случае всасывающие трубопроводы насосов напрямую соединяют с водоприемниками. Строительство и эксплуатация русловых водозаборных сооружений сложнее, чем береговых, а надежность в работе меньше, так как водоприемник и расположенные в нем решетки труднодоступны для осмотра и очистки. Самотечные или сифонные линии могут в процессе эксплуатации заиливаться, забиваться шугой и засоряться. Сооружения этого типа используют при подаче малых и средних расходов. (рис.1 и 2 раздельная схема, 3 и 4 совмещенная)

6. Водозаборные сооружения из поверхностных источников берегового и ковшевого типа.

Б ереговые водозаборные сооружения применяют при наличии у берега глубин, обеспечивающих нормальные условия забора воды, или при наличии возможности их увеличения с помощью руслорегулирующих сооружений. Эти сооружения располагают на берегу поверхностного источника, в водоприемном ковше или в самотечном канале. Водозабор представляет собой комплекс сооружений по приему воды непосредственно у берега. Он состоит из водоприемника, совмещенного с сеточным зданием, и насосной станции I подъема. Прием воды и ее предварительная очистка осуществляются в береговом водоприемнике, расположенном на берегу или несколько выдвинутом в русло. Водоприемные отверстия располагаются в передней стенке водоприемника в один или несколько ярусов по вертикали. Это позволяет забирать воду из различных слоев потока, обеспечивая прием воды лучшего качества. Водоприемные отверстия перекрываются съемными сороудерживающими решетками, устанавливаемыми в пазах с наружной стороны водоприемника. Поскольку водоприемные отверстия всегда доступны для осмотра и очисткидо береговые водоприемники обеспечивают высокую надежность подачи воды. В средних природных условиях они относятся к I категории водозаборных сооружений. С целью обеспечения бесперебойной работы сооружения, а также возможности проведения его осмотра, очистки и ремонта без прекращения подачи воды водоприемник делят на секции.

Рис. Схемы водозаборных сооружений берегового типа 1 — водоприемные отверстия; 2 — береговой колодец; 3 — служебный павильон; 4 — всасывающий трубопровод; 5 — галерея; 6 — насос; 7 — павильон насосной станции; 5 — разделительная стенка; 9 — сетка

Для борьбы с шугой и наносами устраиваются ковшовые водозаборы. Ковши представляют собой искусственный залив. Его выкапывают в толще берега или в самом русле реки, отгороженном дамбой. Забор воды производится в его тупике. Благодаря малой скорости движения воды в ковше скорее устанавливается ледовый покров, под которым вода имеет положительные температуры, что ликвидирует причины образования шуги и донного льда. В случае значительного количества наносов в речной воде ковш является как бы отстойником. [2]

В тех случаях, когда морское побережье подвержено разрушающему воздействию волнового прибоя, водозаборные устройства необходимо защищать насыпными дамбами. Конструкции заградительных дамб могут быть различными. На рис. 9 - 9 представлен ковшовый водозабор с заградительной дамбой, выполненной из наброски искусственных бетонных блоков объемом по 5 - 8 м3 каждый. Дамба, созданная из искусственных блоков, является хорошим гасителем энергии прибоя. Морская волка, подходя к такой дамбе, как бы впитывается в нее. Заградительные дамбы не только защищают береговые сооружения от разрушения, но и предохраняют входные окна водоприемника от забивания их водорослями, а в зимнее время - шугой.

7. Водозаборные сооружения из подземных источников. Трубчатые колодцы, шахтные колодцы.

Важнейшей частью трубчатого колодца является фильтр. От того, насколько правильно и надежно устроен фильтр, в значительной степени зависит качество работы всего колодца. В практике водоснабжения для трубчатых колодцев применяют фильтры разнообразных типов и конструкций из различных материалов. Наиболее часто применяемыми типами фильтров являются щелевые, проволочные, сетчатые, каркасно-стержневые, гравийные. Большинство конструкций фильтров состоит из рабочей перфорированной части, через которую поступает вода в скважину, верхней надфильтровой глухой части, имеющей прорези (замок) для возможности опускания и установки фильтра, и нижней, также глухой части, которая служит отстойником для предотвращения проникания в колодец мелких частиц грунта.

Шахтные колодцы бывают каменные (из кирпича или бутового камня), бетонные, железобетонные и деревянные (срубовые). При небольшом диаметре колодцев (максимальный диаметр 8 м) их можно делать сборными из железобетонных колец. Забор воды шахтными колодцами осуществляется через дно и частично через стенки. Шахтный колодец должен быть выведен не менее чем на 0,8 м выше поверхности земли. Вокруг колодца у поверхности земли устраивают глиняный замок шириной 0,5 м на глубину 1,5-2 м ив радиусе около 2 м с уклоном от колодца - отмостку с мощением или асфальтировкой. Это делают в целях предотвращения попадания в колодец загрязненных поверхностных вод.

Расчет шахтных колодцев сводится к определению диаметра и числа колодцев по заданному расходу и к проверке дебита колодца при намеченном диаметре и допустимой (или желательной) глубине понижения уровня воды.

8. Лучевые водозаборы. Каптажи.

Лучевой водозабор представляет собой вертикальный водосборный колодец (шахту), объединяющий горизонтальные скважины, находящиеся в водоносном пласте, которые радиально расходятся в виде лучей. Первый лучевой водозабор был построен в Англии в 30-х годах этого столетия. В дальнейшем они получили широкое распространение во многих странах мира, в том числе и в нашей стране. Этот тип водозабора устраивают как в маломощных пластах (до 5 м), так и в пластах мощностью до 20 м, кровля которых находится на глубине до 15—20 м от поверхности земли. В зависимости от условий расположения лучевые водозаборы бывают различных типов: подрусловой — под дном реки (с шахтой на берегу или в русле); береговой — при расположении лучевого водозабора на берегу недалеко от реки; комбинированный — когда водозабор находится на берегу реки, а лучевые фильтры — как в береговой зоне, так и под руслом; водораздельный — при расположении лучевого водозабора вдали от источников питания. В зависимости от способа устройства сборного колодца и расположения лучей в водоносном пласте они подразделяются на водозаборы с горизонтальными, наклонными восходящими и нисходящими и многоярусными скважинами. Они могут быть комбинированными, если предусматривается устройство как наклонных лучей-скважин, так и горизонтальных.

Горизонтальные водозаборы представляют собой водосборную траншею или водосборную галерею, оборудованную для приема воды из водоносного пласта и отвода воды в место расположения водосборных устройств. Они позволяют эксплуатировать маломощные водоносные пласты. Горизонтальные водозаборы особенно эффективны при расположении вблизи рек, озер и водохранилищ. Они стали использоваться значительно раньше вертикальных водозаборов в странах с засушливым климатом.

Горизонтальные водозаборы устраивают при глубине залегания водоносных пород до 8 м, при большей глубине их устраивают бестраншейным способом. В скальных породах горизонтальные водозаборы выполняют на любой глубине в виде водосборных штолен.

Современные горизонтальные водозаборы выполняют на любой глубине в виде водосборных штолен.

Современные горизонтальные водозаборы, как правило, представляют собой водосборную траншею или водосборную галерею, оборудованную соответствующим отверстиями с песчано-гравийным фильтром для приема воды. Гранулометрический состав отдельных слоев обратного фильтра определяется расчетом. Вода к месту расположения водозаборных устройств отводится по лоткам, расположенным в нижней части. Для осмотра, вентиляции и ремонта в процессе эксплуатации водозабор оборудуется смотровыми колодцами.

Водосборные колодцы, куда поступает собранная вода, оснащаются насосными установками. В них производят замер дебита, отбор проб, осаждают взвешенные частицы.

Если водоносный пласт питается из реки, то горизонтальный водозабор располагают параллельно урезу воды в ней. При заборе подземных вод со склона долины его располагают вдоль ее тальвега, а при движении воды вдоль оврагов – поперек оврага. Устройство горизонтального подруслового водозабора позволяет организовать забор большого объема воды

Каптаж (франц. captage, от лат. capto — ловлю, хватаю), комплекс инженерно-технических мероприятий, обеспечивающий вскрытие подземных вод, нефти и газа, вывод их на поверхность Земли и возможность эксплуатации при устойчивых во времени оптимальных показателях (дебит, химический состав, температура и др.). Для перехвата пресных, термальных, промышленных подземных вод пользуются также равнозначным термином "сооружение водозабора".

Культура К. известна с ранних эпох цивилизации и достигала высокого уровня в Древнем Риме (термы императора Каракаллы, водопроводные сооружения), Месопотамии, Северной Африке (Акве-Флавнане), Средней Азии, на Кавказе (кяризы) и др.(рис.1. напорный источник, рис. 2 безнапорный источник).

Современные каптажные сооружения для подземных вод отличаются большим разнообразием типов и конструкций, учитывающих особенности гидрогеологических условий местности, состав воды, технические и санитарные требования, определяемые заданными режимом водопотребления и целевым назначением эксплуатируемых вод. Простейшим типом каптажных сооружений является шахтный колодец .

Наиболее распространённым типом каптажных сооружений являются буровые скважины — одиночные или групповые.

9. Классификация нагнетателей. О сновные показатели.

Нагнетатель – это машина для перемещения жидкости или газа, в

том числе и для сжатия газа. Принцип действия нагнетателя – в создании разницы давления на его входе и выходе. Основными характеристиками нагнетателей являются:· подача – расход перемещаемой среды;

· создаваемое давление (для вентиляторов) или напор (для насосов) – разница давлений на выходе и на входе нагнетателя;

· коэффициент полезного действия – отношение подводимой энергии к работе, переданной перемещаемому потоку.

Нагнетали разделяются на механизмы следующего вида.

Насос – машина для перемещения жидкости.

Вентилятор – машина для перемещения газа со степенью сжатия e(отношением давления газа на выходе к давлению на входе) менее 1,15.

Иногда вентиляторы разделяют следующим образом:

а) дутьевые вентиляторы – устройства для перемещения воздуха, которые создают избыточное давление и устанавливаются до технологического агрегата;

б) дымососы – устройства для отбора горячих газов, обычно продуктов сгорания, которые создают разряжения и устанавливаются после технологического агрегата;

в) газодувки – машины со степенью сжатия e более 1,15, но без системы охлаждения.

Компрессор - машина для сжатия газов со степенью сжатия e более1,15 и с обязательным охлаждением рабочего пространства и (или) газана выходе из него.

10. Лопастные насосы.

Лопастные машины – среда перемещается с помощью лопастей. Это наиболее распространенные нагнетатели. Их преимущество состоит в компактности и удобстве комбинации с приводом, высоком КПД – до 90%, наибольшем создаваемом давлении по сравнению с другими динамическими нагнетателями. Недостаток лопастных нагнетателей заключается в работе только с высокими подачами, возможности помпажа (скачкообразного изменения давления на выходе, вызывающего гидравлические удары) и кавитации (заключающейся в возникновении пузырьков пара при понижении давления в перекачиваемой жидкости и их резком исчезновении при повышении давления, приводящем к разрушение лопастей нагнентателя), небольшое поле рабочих параметров, то есть области работы с наивысшим КПД.

Центробежные нагнетатели (рис. 1.2) являются наиболее распространенными типами насосов и компрессоров. В них лопасти закреплены на вращающемся диске (рабочем колесе), среда подается в центр рабочего колеса и под действием центробежных сил выбрасывается в

спиральный отводной канал между диском и корпусом. Они применяются для питания котлов, подачи конденсата, сетевой и циркуляционной воды, в системах водоснабжения и теплоснабжения.

Осевые нагнетатели (рис. 1.3) – в них лопасти закреплены на втулке под некоторым углом. Осевые нагнетатели обеспечивают большой расход среды, но могут создавать небольшое давление, КПД у них не-6 сколько ниже, чем у центробежных машин. В основном они применяются в качестве вентиляторов, сетевых насосов систем водоснабжения и теплоснабжения, конденсатных установок мощных котлов.

Иногда в динамических машинах выделяют диагональные нагнетатели, конструкция рабочего колеса которых подобна колесу центробежного нагнетателя, но поток выходит из колеса не перпендикулярно его оси, а под некоторым более малым углом. Таким образом, диагональные нагнетатели занимают промежуточное положение между центробежными, в которых направление потока изменяется на 90°, и осевыми, в которых направление потока не изменяется.

11. Объемные насосы.

П оршневые нагнетатели (рис. 1.5) – в них объем меняется за счет

движения поршня в рабочем цилиндре. Впускной и выпускной клапаны в них открываются и закрываются автоматически. Большим недостатком их использования является необходимость массивных фундаментов для гашения вибрации, возникающей при движении массивного поршня. В поршневых насосах и компрессорах существует также пульсация давления на выходе. Поршневые насосы применяются для питания малых котлов, как дозаторы, в системах смазки, поршневые компрессоры – на компрессорных станциях небольшой мощности.

В роторных насосах среда перемещается во вращающихся полостях. Они обычно используются в системах смазки. В пластинчатых роторных насосах (рис. 1.6) во вращающемся массивном роторе в прорези вставлены пластины, которые, отжимаясь центробежными силами к корпусу, перемещают среду. В шестеренчатых насосах (рис. 1.7) среда перемещается в полостях между зубцами шестеренок и корпусом. В винтовых нагнетателях среда перемещается в межвитковом пространстве винта, винтовыми изготовляются насосы и компрессоры.

12. Водонапорные насосные станции. Классификация. Основные элементы и оборудование насосной станции.

В зданиях водопроводных насосных станций размещают насосы и двигатели к ним, трубопроводы, задвижки, контроль­но-измерительные приборы, водомеры, электрооборудование и пр. Здания насосных станций бывают круглыми или прямо­угольными в плане. Агрегаты (насос и двигатель) располагают перпендикуляр­но или параллельно продольной оси здания в один или два ряда, а также в два ряда в шахматном порядке.

Вблизи насосных станций с большой подачей на напорных трубопроводах устраивают камеру, в которой размещают за­движки, расходомеры, предохранительные и обратные клапаны. Это позволяет уменьшить размеры зданий самих станций. По расположению в общей схеме водо­снабжения насосные станции подразделяют на станции 1 подъема, 2 подъема, повысительные и циркуляционные. Насосные станции 1 подъема подают воду из источника водо­снабжения на очистные сооружения или, если не требуется очист­ка воды, непосредственно в распределительную сеть, водона­порную башню и другие сооружения. Насосные станции 2 подъ­ема служат для подачи воды с очистных сооружений к потребителям. Повысительные насосные станции предназначены для по­вышения напора в водопроводной сети. Циркуляционные на­сосные станции устраивают в промышленных системах водо­снабжения; они служат для подачи отработавшей воды на охлаждающие устройства и возврата этой воды на предприятие. По расположению оборудования насосные станции могут быть наземные, заглубленные и глубокие. По характеру оборудования различают станции с горизонтальными центробежными насосами, с вертикальными центробежными насосами, с поршневыми насосами, с центро­бежными насосами и компрессорами для обслуживания воз­душных водоподъемников.

По характеру управления насосные станции могут быть с ручным, автоматическим и дистанционным уп­равлением. Насосные станции 1 подъема, подающие воду на очистные сооружения, рассчитывают на средний часовой расход в дни наибольшего водопотребления. При заборе воды из артезианских скважин насосы станции 1 подъема обычно подают воду в резервуары, откуда ее заби­рают и подают потребителям насосы станции 2 подъема. Режим работы насосов станции 2 подъема зависит от графика водопотребления. Насосные станции 1 подъема, принимающие воду из открытого источника, обычно заглубляют для уменьшения высоты всасывания насосов. При заглублении насосных станций более чем на 4-5 м на них чаще всего устанавливают вертикальные центробежные насосы. На станциях 1 подъема должно быть предусмотрено не менее двух рабочих насосов и один или два резервных. Каждый насос, как правило, имеет отдельный всасывающий трубопровод. Для учета работы отдельных агрегатов и всей станции устанавливают расходомеры. Наиболее распространены скоростные турбинные счетчики воды, сопла Вентури и трубы Вентури.

13. Наружная водопроводная сеть. Трассировка, глубина заложения, применяемые трубы.

Для транспортирования воды от источников к объектам водоснабжения служат водоводы. Их выполняют из нескольких ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу. Для подачи воды к местам ее потребления служит водопроводная сеть. При трассировании линий водопроводной сети необходимо учитывать планировку объекта водоснабжения, размещения отдельных потребителей воды, рельеф местности. По конфигурации в плане различают водопроводные сети разветвленные, тупиковые, кольцевые, замкнутые. Разветвленные водопроводные сети выполняют для небольших объектов водоснабжения, допускающих перерывы в снабжении водой. Эти сети целесообразны при сосредоточенном потреблении воды в отдаленных друг от друга точках сети. Кольцевые водопроводные сети выполняют при необходимости бесперебойного водоснабжения, что гарантируется в данном случае возможностью двустороннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем разветвленных. В хозяйственно-питьевых и производственных водопроводах, как правило, применяют кольцевые сети благодаря их способности обеспечивать бесперебойную подачу воды. В водопроводной сети различают магистральные(главные) иаспределительные(второстепенные) линии. Расчет проводят только для магистральных линий. Для устройства наружного водопроводаприменяют трубы чугунные, стальные, асбестовые, железобетонные, пластмассовые и др. Чугунные трубы с противокоррозионным покрытием долговечны и наиболее широко применяются при устройстве водопроводов. Недостатком чугунных труб является плохое сопротивление динамическим нагрузкам и сравнительно большой расход металла. Стальные трубы. Их соединение осуществляют на сварке. С целью предохранения стальных труб от коррозии с наружной стороны их покрывают битумом или битумно-резиновой изоляцией. Асбестовые трубы прочны и стойки по отношению к коррозии, отличаются малой теплопроводностью, имеют небольшую массу и гладкие стенки. Для устройства водопроводов применяют железобетонные трубы диаметром 500-1600 мм. В системах водоснабжения целесообразно применять пластмассовые трубы

Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в трубах и режима ее подачи. Глубина промерзания грунта зависит от характера грунта, наличия растительного покрова, наличия подземных вод, толщины снежного покрова и условий нагревания поверхности земли солнцем. Глубина залег. труб должна быть такой чтобы исключить замерзания в них воды. Она должна быть на 0,5м больше расчетной глубины промерзания грунта.

 

14. Принцип расчета кольцевой водопроводной сети.

Принцип расчета кольцевой водопроводной сети. Основная трудность при расчет кольцевых водопроводных сетей заключается в определении направления движения и расходов по отдельным ветвям сети. Два положения закономерности движения воды в кольцевой сети. 1.Расходы распределяются по ветвям кольцевой сети таким образом, чтобы потери напора по одной ветви кольца были равны потерям напора по другой его ветви. Принимая потери напора в ветвях кольца с движением воды по часовой стрелке со знаком «+» и с движением воды против часовой стрелки со знаком «-»: Shпот=0, где Shпот- сумма потерь по кольцу 2. Сумма расходов, притекающих к узлу, должна быть равна сумме расходов, оттекающих от него (включая расход в узле). Принимая расходы, притекающие к узлу, со знаком «+» , а расходы, оттекающие от него, со знаком «-»:Sq=0 гдеSq- алгебраическая сумма расходов, притекающих к узлу и оттекающих от него. Расчет кольцевой водопроводной сети сводится к назначению диаметров труб, определению расходов, протекающих по отдельным ветвям сети, и подсчету потерь напора от места подачи воды до расчетной точки сетки. В начале намечают распределение расходов исходя из баланса расходов в узлах. По намеченным расходам назначают диаметры труб участков сети. Для подсчета потерь напора от начальной точки сети до расчетной необходимо произвести «увязку сети». При увязке сети приходится иногда изменять ранее назначенные диаметры труб на отдельных участках сети. Расчет увязки кольцевых водопроводных сетей в настоящее время производится с применением вычислительных или аналоговых машин.. Высоту водонапорной башни определяют по формуле Нб=Нсв+hпот.с-(zб-zд), где Нсв- свободный напор в диктующей точке,  hпот.с- сумма потерь напора в сети, zб и zд-отметки поверхности земли в диктующей точке и в месте водонапорной башни.  В качестве диктующей принимают точку, при расчете по которой высота водонапорной башни получается наибольшей. Напор насосов определяют по формуле Н=Нб+Нбака+ hпот.в+ hпот.вс+(zб-z0), где  Нбака- высота бака водонапорной башни,  hпот.в-сумма потерь напора в водоводе, hпот.в- сумма потерь напора в водоводе и сети, hпот.вс- сумма потерь напора во всасывающей трубе, z0- отметка самого низкого уровня воды в водоеме.

15. Регулирующие и запасные емкости.

Емкости, используемые в системах водоснабжения, могут быть классифицированы следующим образом.

1.         По функциональному признаку (по их назначению):

а)         регулирующие;

б)         запасные;

в)         запасно-регулирующие (т. е. объединяющие в одном сооружении

функции аккумулирования и хранения воды).

2.         По способу подачи воды из них в сеть:

а)         напорные, которые обеспечивают напор, необходимый для непо

средственной подачи воды в водопроводную сеть;

б)         безнапорные, из которых воду нужно забирать насосами '.

Напорные емкости в зависимости от конструкции подразделяют на

следующие основные типы:

а)         водонапорные  башни  (напор обеспечивается установкой

резервуара на поддерживающей конструкции требуемой высоты);

б)         напорные резервуары   (напор обеспечивается установкой

резервуара на естественных возвышенностях с требуемыми отметками);

в)         водонапорные колонны  (занимают промежуточное поло

жение между наземными резервуарами и башнями);

г)         пневматические водонапорные   установки    (напор

обеспечивается давлением сжатого воздуха на поверхность воды в гер

метически закрытых резервуарах).

Регулирующие и запасные емкости применяются в зданиях для создания запаса воды в объеме, достаточном для регулирования неравномерности водопотребления, а при наличии противопожарных устройств — обеспечивают неприкосновенный противопожарный запас ее. Это  или   водонапорные баки,   устанавливаемые в самой высокой точке здания, или гидропневматические баки, расположенные в нижней части здания на уровне земли или даже ниже его в вентилируемом и освещенном помещении с положительной температурой. Изготавливают их в основном прямоугольной формы из листовой стали толщиной не менее 4 мм. Во избежание перегрева воды летом, а также конденсации влаги на стенках, баков их снаружи покрывают теплоизоляцией из ми

неральных полужестких плит толщиной 60 мм.

На баке устанавливают датчик давления или манометр, а также предохранительный клапан и устройства для наполнения и регулирования запаса воздуха в баке. При установке такого бака в первом или подвальном этажах соблюдают следующие расстояния: от верха бака до перекрытия — не менее 0,6 м; между баками и от бака до стен — 0,6 м.

16. Свойства воды и требования, предъявляемые к ее качеству.

Качество воды характеризуется ее физическими, химическимии бактериологическими свойствами.

К физическим свойствам воды относятся ее температура, цветность, мутность, привкус и запах.

Температура воды поверхностных источников зависит от температуры воздуха, скорости движения воды и ряда других факторов. Она может изменяться в значительных пределах. Температура воды подземных источников относительно постоянна (обычно 6—8° С).

Под цветностью воды понимают ее окраску. Цветность выражают в градусах цветности по платиново-кобальтовой шкале. Один градус этой шкалы соответствует цвету 1 л воды, окрашенной 1мг порошка платины.

Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц и выражается в миллиграммах на литр (мг/л). Йода подземных источников имеет малую мутность. Мутность воды поверхностных источников зависит от их вида (разные реки несут воды различной мутности) и от времени года. Особенно велика мутность воды в период паводков.

Вода источников может иметь различные привкус и запах.

Химические свойстваводы характеризуются следующими показателями: активной реакцией, жесткостью, окисляемостью, содержанием растворенных солей.

Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Обычно она выражается через рН. При рН = 7 среда нейтральная; при рН<7 среда кислая, а при рН>7 среда щелочная.

Жесткость воды определяется содержанием в ней солей кальция и магния. Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Различают жесткость карбонатную, некарбонатную и общую (их сумма). Карбонатная, или временная, жесткость характеризует содержание в воде бикарбонатных и карбонатных солей кальция, а некарбонатная, или постоянная, жесткость — содержание в воде некарбонатных солей кальция и магия. Вода подземных источников имеет большую жесткость, а вода поверхностных источников — относительно невысокую (3—6 мг-экв/л). Особенно велика жесткость морской воды. Окисляемость обусловливается содержанием в воде растворенных органических веществ и может служить показателем загрязненности источника сточными водами.

Содержание в воде растворенных солей (в мг/л) характеризуется плотным остатком. Вода поверхностных источников имеет меньший плотный остаток, чем вода подземных источников, т. е. содержит меньше растворенных солей.

Степень бактериологической загрязненности воды определяется числом бактерий, содержащихся в 1 см³ воды. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т. д. Вода подземных источников обычно не загрязнена бактериями.

Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки степени загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки. Бактери-альное загрязнение воды измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-тшпр — объем воды в кубических сантиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка. Коли-индекс — число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды.

Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды, определяются ГОСТ 2874—73. Эти требования разделены на две группы.

Требования первой группы обязательны для всех хозяйственно-питьевых систем централизованного водоснабжения. К этим требованиям относятся следующие: запах и привкус не более 2 баллов; цветность не более 20°; прозрачность по шрифту не менее 30 см; общая жесткость воды не более 10 мг-экв/л.

Требования второй группы должны соблюдаться при наличии в системе водоснабжения очистных сооружений. Эти требования заключаются в следующем: мутность осветленной воды не более 2 мг/л; содержание железа не более 0,3 мг/л; активная реакция (рН) при осветлении и умягчении воды не менее 6,5 и не более 9,5; содержание остаточного активного хлора не менее 0,3 и не более 0,5 мг/л.

Требования, предъявляемые к качеству производственной воды, зависят от характера производства. На ряде промышленных предприятий значительный процент производственной воды расходуется на охлаждение оборудования и продукции. Так, водой охлаждаются доменные и мартеновские печи, компрессоры, турбины и т. п. В охлаждающей воде не должно содержаться много взвешенных частиц. Она должна иметь невысокую карбонатную жесткость (не более 4—5 мг-экв/л). Во избежание зарастания трубопроводов из-за выпадения солей временной жесткости охлаждающая вода не должна нагреваться выше 30—50° С. Зарастание трубопроводов могут вызвать и микроорганизмы при значительном их содержании в охлаждающей воде. Вода, предназначенная для питания котлов, должна иметь минимальную жесткость. Для снижения жесткости воду подвергают умягчению.

17. Методы обработки природной воды.

Метод очистки воды и состав очистных сооружений зависят от качества воды в источнике водоснабжения, назначения водо­провода, пропускной способности станции и местных условий. К наиболее распространенным методам очистки воды отно­сятся осветление и обеззараживание. Осветление может осуществляться отстаиванием воды в отстойниках, пропуском ее через взвешенный слой осадка в осветлителях и фильтрованием через зернистую загрузку в фильтрах. Для улучшения процесса отстаивания применяют коагулирование, т. е. вводят в воду химические реагенты (ко­агулянты) , которые, взаимодействуя с мельчайшими коллоид­ными частицами, находящимися в воде, образуют агрегаты слипшихся частиц в виде хлопьев, быстро выпадающих в осадок. При­готовление и дозирование реагента осуществляют на установках, входящих в состав так называемого реагентного хозяйства. Раствор коагулянта тщательно перемешивается с обрабатыва­емой водой в смесителе. Из смесителя вода направляется в камеру хлопьеобразования, а затем поступает в отстойник, где происходит ее осветление, т. е. выпадение хлопьев с адсорбиро­ванными на них взвешенными частицами. Если применяются осветлители со взвешенным осадком, то камера хлопьеобразования не устраивается.

Обеззараживание воды осуществляют с целью уничтожения бактерий, главным образом патогенных. Наиболее распростра­ненными способами обеззараживания являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облучение. Иногда применяется специальная обработка воды. Так, подземные воды, которые содержат много железа и марганца, подвергаются обезжелезиванию и удалению марганца. Питатель­ная вода котельных установок и ТЭЦ требует предварительного умягчения. Вода некоторых источников водоснабжения должна быть до подачи ее потребителям обессолена, т. е. из воды долж­ны быть удалены растворенные в ней соли. Иногда из воды в процессе ее очистки необходимо удалять растворенные газы, т. е. проводить ее дегазацию.

Для предотвращения коррозии трубопроводов и аппарату­ры, а также выпадения в трубах солей осуществляют стабилиза­цию воды путем добавления в нее химических реагентов. Таким образом, очистная станция представляет собой ком­плекс сооружений, в которых вода подвергается очистке, при­обретая качества и свойства, необходимые потребителю. Умягчение воды, предназначенной для хозяйственно-питье­вых целей, обычно не производят. Однако оно необходимо для некоторых технологических процессов на промышленных предприятиях. Из методов реагентного умягчения наиболее распространен известково-содовый, при котором в воду до­бавляют известь для снятия временной (карбонатной) жест­кости и кальцинированную соду для удаления постоянной (некарбонатной) жесткости. При введении в воду указанных реагентов образуются нерастворимые соединения, выпадающие в осадок, или соединения, сохраняющиеся в воде, но не обла­дающие свойствами солей жесткости. После умягчения воду осветляют в отстойниках или освет­лителях. Иногда для ускорения процесса осветления произво­дят коагулирование воды железным купоросом. Метод катионитового умягчения основыва­ется на способности катионитов обменивать катионы натрия или водорода на катионы солей жесткости, содержащихся в воде. Умягчающую способность катионитов называют обмен­ной способностью или емкостью поглощения. Обезжелезивание воды. Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л. На предприятиях ряда отраслей промышленности, например текстильной, содержание железа в воде, используемой для технологических нужд, не должно превышать 0,1—0,2 мг/л.

Обезжелезивание воды поверхностных источников про­водится путем аэрации, введения реагентов-окислителей с аэрацией или без нее и путем катионирования. Одновременно происходит ее осветление и обесцвечивание.

18. Классификация схем обработки природной воды.

Классификация схем обрабоки природной воды. Класс-ия природ воды 1) По мутности исходные воды делятся: -маломутные (мут. 15-20 мг/л) –мутные (до 150 мг/л) -средней мутности (до 1500мг/л) –высокомутные(>1500) Мутность Дона летом 15-20 мг/л. Класс-я схем очистки: Одноступенчатая очистка (рис) I-блок входных устройств (перед ним вводятся реагенты для обеззараживания(хлор наиболее технологичен-сохр эффект пролангированного действия)Воду перехлорируют чтобы двигаясь по сетям сетям оставался эффект. Другие методы (озонирование, УФ) не обладают пролангированным действием. В блоке входных устройств вводятся реагенты коагулянты(дестабилизируют смесь позволяя ей укрупняться в дальнейшем) Для маломутной воды – метод фильтрования. III – фильтровальный замок(контрастный осветитель+ фильтруется снизу ввурх) Затем хлор для обработки - > резервуары чистой воды. Двухступенчатая схема очистки воды (для ср. мут и мут.) Ф – флоакулянт (для коагуляции)

Трехступенчатая (для высокомутных) Схема обработки  предварительным отстаиванием. Воды высокой мутности не всегда высокомутные, поэтому делается свободная линия. I – сооружение предварительного отатаивания I – блок входных устройств(Обеспечение необходимого соприкосновения воды и обеззараж элементов. Это неудобно, желательно вводить CL в блоке контактных устр-в)

19. Коагулирование воды.

КОАГУЛИРОВАНИЕ ВОДЫ, один из методов очистки воды, состоящий в искусственном образовании в воде хлопьев путем прибавления к ней определенных химич. реактивов (т. н. коагулянтов); образовавшиеся хлопья, оседая на дно, осветляют воду. В основе Коагулирования воды лежит процесскоагуляции (см.); вводя в воду коагулянт-электролит, который заряжен противоположно частицам взвеси в мутной воде, создают условия, при которых электрические заряды взвешенных частиц нейтрализуются, и частицы образуют легко оседающие хлопья. В качестве коагулянта для очистки питьевой воды чаще всего применяют сернокислый глинозем, A]₂(S04)3+18H₂0, или сернокислую окись железа, Fe₂(S0₄)₃. При добавлении этих коагулянтов в воду происходит их разложение карбонатами извести и магнезии, всегда присутствующими в воде, и образование в конечном результате реакции гидрата окиси алюминия или гидрата окиси железа в зависимости оттого, какой коагулянт был применен. Эти гидраты окисей адсорбируют взвешенные вещества и бактерии и увлекают их при оседании. При коагулировании сточных вод применяются обычно известь, сернокислый глинозем и железный купорос. Для того, чтобы реакция между коагулянтом и водой была полной, необходимо заставлять воду двигаться в специальном смесителе определенное время и с определенной скоростью, после чего вода должна отстаиваться в отстойных бассейнах. К. в. проводится как предварительный процесс для более надежной очистки ее при помощи фильтров 

20. Обеззараживание воды.

 С целью уничтожения в воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, подобных инфекций, и проводится обеззараживание воды. Эта процедура может производиться химическим либо физическим путем. Химический путь предусматривает обеззараживание воды химическими веществами, как правило, чаще всего с этой целью используются ионы серебра, йод, озон, хлор. При физическом пути используются физические методы воздействия на воду с целью ее обеззараживания, например, кипячение, гамма-излучение, ультразвук или ультрафиолетовое облучение.

Наиболее распространенным в Российской Федерации является химическое обеззараживание воды хлором – хлорирование. Такой вид обеззараживания осуществляется с помощью с помощью химических соединений, содержащих хлор. Введение хлора в воду производится на специальных хлораторных установках, размещенных на территории водопроводных станций. При этом хлорирование еще и является фактически единственным доступным методом, применяющимся для профилактической дезинфекции воды в колодцах.

Наиболее перспективным в ближайшем будущем станет такой вид химического обеззараживания воды как озонирование. Однако промышленное получение озона это достаточно дорогостоящий процесс, и в высокой концентрации, то есть в том виде, в котором он вводится в неочищенную воду, озон – сильнодействующий яд, то есть требует точного расчета дозировки и аккуратного применения. Но, с другой стороны, озонирование воды позволяет одним махом решить несколько задач: не только обеззаразить, но и обесцветить, а также удалить запах (дезодорировать).

Для индивидуального обеззараживания питьевой воды применяются такие химические препараты, которые обладают максимально высокими бактерицидными свойствами. Такие препараты действуют в течении 15-30 минут и совершенно безвредны для человека. Индивидуальное обеззараживание питьевой воды – незаменимо при длительных туристических походах и употреблении воды с неизведанных ранее природных источников.

Среди физических видов обеззараживания воды самый популярный, несложный и недорогой – кипячение. Такое обеззараживание воды очень просто организовать и оно достаточно надежно избавляет воду от большого числа возбудителей заболеваний. Кроме уничтожения бактерий и микроорганизмов, при кипячении еще и понижается жесткость воды, при этом вкусовые качества воды мало меняются.

В последнее время для физического обеззараживания воды начинают активно применяются лампы (установки) ультрафиолетового обеззараживания. Но, все-таки, единственно верно и полностью эффективного способа обеззараживания воды пока не существует, и в каждом конкретном случае нужно индивидуально подходить к выбору способа обеззараживания воды.

21. Отстойные сооружения, применяемые в водоснабжении.

Отстойники. Когда вода находится в покое или движется с небольшой скоростью, то находящиеся в ней взвешенные примеси, плотность которых больше, чем плотность воды, под действием силы тяжести выпадают в осадок. На этом основано осветление воды методом осаждения, которое осуществляется в сооружениях, называемых отстойниками, при непрерывном движении воды с малой скоростью. Осаждение взвешенных веществ происходит с различными скоростями зависит от их формы, размеров, плотности, шероховатости, поверхности частиц и температуры воды. Скорость осаждения в мм/с при температуре воды  10 гр С называют гидравлической плотностью частицы, с увеличением которых уменьшается время, необходимое для осветления воды для требуемых кондиций, т.е. уменьшается продолжительность пребывания воды в отстойнике. Первоначально процесс отстаивания протекает с наибольшей эффективностью. После осаждения наиболее плотных частиц взвеси процесс отстаивания замедляется. Дальнейшее увеличение продолжительности отстаивания воды ввиду незначительного дополнительного эффекта экономически неоправданно из-за возрастания габаритов и стоимости отстойника. По направлению движения воды различают отстойники горизонтальные, вертикальные и радикальные. Вертикальные отстойники - железобетонные резервуары круглые или квадратные в плане, в которых вода движется вертикально - снизу вверх. Горизонтальный отстойник – прямоугольный, вытянутый по ходу движения воды, обычно железобетонный резервуар, в котором вода движется в горизонтальном направлении от одного торца сооружения к другому. Радиальный отстойник – круглый железобетонный резервуар с небольшой высотой по сравнению с его диаметром. Вода в нем движется горизонтально от центра к периферии в радиальном направлении.

22. Осветлители со слоем взвешенного осадка.

Осветлители со взвешенным слоем осадка (рис. 57) приме­няют для предварительного осветления воды перед ее фильтро­ванием. Они могут работать только при условии предваритель­ного коагулирования воды.

Осветлители работают следующим образом. Вода подводит­ся в осветлитель снизу и равномерно распределяется по его площади. Затем она проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по дырчатому лотку или трубе, располагаемым на некотором расстоянии над поверхностью взвешенного слоя., отводится на фильтры.

Взвешенный слой осадка состоит из хлопьев, непрерывно и хаотически движущихся под действием потока воды. Таким образом, масса осадка во взвешенном слое постоянно переме­шивается. Взвешенный слой, называемый иногда «псевдоожи-женным слоем», обладает свойствами жидкости — он «течет», принимает форму сосуда и т. д.

Благодаря этому и наличию окна в осветлителе поддержи­вается постоянный и оптимальный слой осадка. Излишки его «стекают» в отделение уплотнения осадка. Концентрация взвеси в слое зависит от восходящей скорости: с увеличением скоро­сти концентрация взвеси в слое уменьшается. Следовательно, с увеличением скорости взвешенный слой еще больше расши­ряется, а расстояние между хлопьями увеличивается.

Средняя скорость осаждения взвеси в слое меньше, чем над слоем, и равна восходящей скорости потока. Поэтому частицы взвеси не выносятся с потоком и не осаждаются на дно.

При движении воды через взвешенный слой осадка проис­ходит ее осветление. Объясняется это явлением коагуляции — прилипанием частиц взвеси к хлопьям. Движение частиц взвеси с потоком воды через взвешенный слой, который непрерывно

перемешивается, обеспечивает частое столкновение их с ранее образовавшимися хлопьями и с хлопьями, вновь формирующи­мися вокруг частиц гидроокиси алюминия или другого коагу­лянта. Процесс коагуляции и осветления воды здесь протекает интенсивнее, чем в камерах хлопьеобразования и в отстойни­ках.

 

Перед осветлителями не требуется устройства камер хлопьеобразования. Осадок, отведенный из зоны осветления и уплотненный затем в специальном отделении, периодически удаляется из сооружения.

Разработан ряд конструкций осветлителей, нашедших при­менение в практике.

На станциях средней и большой производительности широко применяют осветлитель коридорного типа (рис. 58), который пред­ставляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на три секции. Две крайние секции являются рабочими камера­ми / осветлителя, а средняя секция 2 служит осадкоуплотни-телем. Коагулированная вода подается по дырчатым трубам 4 и равномерно распределяется по площади осветлителя. После прохождения взвешенного слоя осветленная вода собирается лотками 8 и отводится в канал 9. Излишки постоянно образую­щегося осадка отводятся через осадкоприемные окна 3 в осад-коуплотнитель 2. Осадок периодически удаляется по трубам 5.

Из осадкоуплотнителя через трубы в в канал 9 также отво­дится осветленная вода. Расход се может регулироваться за-

движкой 7. Отвод осветленной во­ды по трубам 6 значительно улуч­шает работу осветлителя. Он обе­спечивает принудительный отсос осадка из зоны осветления в осадкоуплотнитель. Чтобы при этом не подсасывалась осветлен­ная вода, осадкоприемные окна снабжены козырьками. Отвод осветленной воды по трубам 6 улучшает и гидравлические усло­вия работы зоны осветления во­ды. Над взвешенным слоем осад­ка уменьшается восходящая ско­рость воды. Благодаря этому уменьшается вынос взвеси и улуч­шается эффект осветления воды. Из канала 9осветленная вода на­правляется на фильтры.

На очистных станциях неболь­шой производительности применя­ют осветлители с поддоном-осад-коуплотнителем.   Один из освет­лителей этого типа показан на рис. 59. Воду в него по­дают по трубе 1 в основание конусной части. Осветленная вода собирается и отводится кольцевым лотком. Осадкоуплотнитель расположен под рабочей камерой осветлителя. Из рабочей ка­меры в осадкоуплотнитель осадок отводится по ряду вертикаль­ных труб 4, расположенных по окружности.

23. Фильтры, применяемые в водоснабжении.

Обычно после осветления в отстойниках или осветлителях воду фильтруют. Для фильтрования воду пропускают через слой мелкозернистого фильтрующего материала, задерживаю­щего содержащиеся в ней мелкие взвешенные частицы. В ка­честве фильтрующего материала применяют кварцевый пе­сок, гравий, дробленый антрацит и другие материалы. Различают скорые, сверхскоростные и медленные фильтры. Скорые фильтры применяют при коагулировании воды, мед­ленные — при обработке воды без коагулирования; сверхско­ростные фильтры могут работать как с коагулированием воды, так и без него. Фильтры бывают открытые (безнапорные) и напорные (закрытые). Скорые фильтры чаще всего бывают открытые, сверхскоростные всегда напорные, медленные всегда открытые. Движение воды через безнапорные, или самотечные, фильтры, заполненные до определенной отметки фильтрующей загрузкой, происходит под напором, создаваемым разностью отметок уров­ней воды в фильтре и на выходе из него. Движение воды через слой фильтрующей загрузки напорных фильтров происходит под напором, создаваемым насосами. Скорый фильтр представляет собой за­груженный фильтрующим материалом резервуар, снабженный устройствами для подачи воды, сбора профильтрованной воды и промывки загрузки. По конструкции различают открытые скорые фильтры однопоточные с движением воды только сверху вниз и двухпоточные с одновременным движением воды сверху вниз и снизу вверх. Однопоточные фильтры могут иметь загрузку из одного фильтрующего материала или из различных материалов - двух или многослойные фильтры.

Выбор той или иной системы фильтров определяется техно­логическими и технико-экономическими показателями. Толщина фильтрующей загрузки зависит от 'крупности слагающих ее зерен песка и принимается в пределах 0,7-2 м. При этом расчетные скорости фильтрования при нормальном режиме составляют 5,5—10 м/ч. В последние годы стали применять двухслойные фильтры, загружаемые сверху на высоту 400—500 мм дробленым антра­цитом, а ниже на высоту. 600—700 мм кварцевым песком. Такие фильтры обладают большей грязеемкостью, чем фильтры, загруженные только песком. Пропускная способность двухслой­ного фильтра почти в 2 раза больше, чем однослойного. Назначение дренажа - равномерное отведение профильтро­ванной воды. Различают дренажы большого и малого сопротив­ления. Последние в настоящее время почти не применяются. Крупнозернистые скорые фильтры приме­няют для частичного осветления воды, используемой для техни­ческих целей на промышленных предприятиях. Эти фильтры бывают напорные и открытые. Для загрузки фильтров чаще все­го применяют кварцевый песок крупностью 1—2,5 мм. Высота слоя загрузки 1,5-3 м. Скорость фильтрования 10—15 м/ч. Сверхскоростные фильтры по конструкции бывают верти­кальными и горизонтальными. Поддерживающий гравийный слой в этих фильтрах не устраивают. В нижней части фильтра располагают трубы для промывки и продувки его воздухом. Наибольшее распространение получили вертикальные фильтры. Скорости фильтрования в таких фильтрах 25—100 м/ч. Приме­няют их для частичного осветления воды. Работа фильтров, регулирование скорости фильтрования и промывка фильтров автоматизированы. Для очистных станций большой пропускной способности применяют горизонтальные фильтры, имеющие большую площадь фильтрования по сравнению с вертикальны­ми. Потери напора в фильтрах достигают 10 м. Медленные фильтры применяют на очистных станциях малой пропускной способности. По способу регенерации загрузки эти фильтры бывают двух типов: 1) с удалением загрязненного слоя; 2) с отмывкой загрязненного слоя непосредственно в фильтре путем механического рыхле­ния слоя и гидравлического удаления загрязнений. Высоту слоя загрузки песка крупностью 0,3—2 мм принимают равной 850 мм и гравия крупностью 2—40 мм — 450 мм. При регене­рации с отмывкой загрузки непосредственно в фильтре ширина секции фильтров должна быть не более 6 м, длина — не более 60 м. Слой воды над поверхностью загрузки равен 1,5 м. Ско­рость фильтрования для медленных фильтров составляет 0,1 — 0,2 м/ч.

24. Принцип расчета внутренней системы водоснабжения.

25. Системы и схемы внутреннего водоснабжения зданий. Классификация, Основные элементы.

Методичка по курсовому проекту.

далее гидравлический расчет с выводом количества человек. потребления, количества приборов и определение напора в системе. также вероятность установки насоса.

Системой водоснабжения здания или отдельного объекта называют совокупность устройств, обеспечивающих получение воды из наружного водопровода и подачу ее под напором к водоразборным устройствам, расположенным внутри здания или объекта. Система холодного водоснабжения, называемая обычно внутренним водопроводом, состоит из следующих устройств: ввода (одного или нескольких), водомерного узла (одного или нескольких), сети магистралей, распределительных трубопроводов и подводок к водоразборным устройствам, арматуры. В отдельных случаях в систему включают установки для повышения напора, а также установки для дополнительной обработки воды (умягчения, обесцвечивания, обезжелезивания и др.).

Система водоснабжения здания может быть присоединена к централизованной системе водоснабжения населенного пункта или оборудована устройствами для получения воды из местных источников водоснабжения (подземных или поверхностных).

По назначению системы водоснабжения зданий подразделяют на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные / 1 /.

Хозяйственно-питьевые системы водоснабжения предназначены для подачи воды, удовлетворяющей требованиям, установленным СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества". для питья, приготовления пищи и обеспечения санитарно-гигиенических процедур.

Производственные системы водоснабжения обеспечивают подачу воды различного качества на технологические нужды различных потребителей.

Противопожарные системы водоснабжения предназначены для тушения огня или для предотвращения его распространения. Вода в противопожарных водопроводах может быть и непитьевого качества.

По сфере обслуживания системы могут быть объединенными (хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные, хозяйственно-производственные) или раздельными. Внутренний водопровод, обеспечивающий подачу воды одновременно на хозяйственно питьевые, производственные и противопожарные нужды, называют единым. Соединение водопроводов, подающих воду непитьевого качества, с хозяйственно-питьевыми не допускается.

По способу использования воды системы бывают с прямоточным водоснабжением, с оборотным водоснабжением и с повторным использованием воды. Применение систем с оборотным водоснабжением и с повторным использованием воды находит все большее распространение на промышленных предприятиях.

При выборе системы водоснабжения в зависимости от назначения объекта следует учитывать технологические, противопожарные и санитарно-гигиенические требования, а также технико-экономические соображения. Например, жилые и общественные здания могут быть оборудованы объединенным хозяйственно-противопожарным водопроводом с подачей воды питьевого качества. Объединение в одну систему всех водопроводов, подводящих воду одного качества и под одинаковым напором, приводит к уменьшению строительных и эксплуатационных расходов.

Для нормальной работы внутреннего водопровода на вводе в здание должен быть создан такой напор (требуемый), который обеспечивал бы подачу нормативного расхода воды к наиболее высокорасположенному и наиболее удаленному от ввода (диктующему) водоразборному устройству и покрывал бы потери напора на преодоление сопротивлений по пути движения воды. Напор в наружном водопроводе у места присоединения ввода может быть больше, равен или меньше напора, который требуется для внутреннего водопровода.

Ориентировочно требуемый напор для жилых зданий может быть найден по формуле: Нтр = 10 + 4(n-1), м, где 10 - потери напора на 1 этаже, м; 4 - потери напора на каждом последующем этаже, м; n - число этажей.

Минимальный напор в наружном водопроводе у места присоединения ввода (у трубы или на поверхности земли) называют гарантийным. Гарантийный напор не должен быть менее 10 м вод. ст. При периодическом или постоянном недостатке напора в наружном водопроводе до требуемого для здания применяют установки для повышения напора: насосы (постоянно или периодически действующие), водонапорные баки, пневматические установки.

В зависимости от обеспеченности напором и установленного оборудования различают следующие системы водоснабжения:

система, действующая под напором в наружном водопроводе. Ее применяют, когда гарантийный напор в наружном водопровода у места присоединения ввода постоянно больше напора, необходимого для нормальной работы всех водоразборных устройств, или равен ему. Такая система является самой простой и наиболее распространенной и характерна для зданий высотой до 5-6 этажей;

система с водонапорным баком без повысительной насосной установки. Ее применяют, когда гарантийный напор в наружном водопроводе в часы с наибольшим водопотреблением ниже требуемого для здания, а в другие часы суток выше требуемого. В часы недостаточного напора потребители обеспечиваются водой из водонапорного бака, накапливающего ее в часы избыточного напора. Недостаток такой системы заключается в необходимости строительства технического этажа, расположенного выше последнего эксплуатируемого этажа;

система с повысительной насосной установкой без водонапорного бака. Ее применяют, когда режим водопотребления в здании равномерен, а напор в наружном водопроводе постоянно или периодически ниже требуемого для здания. Повысительные насосы располагают в подвале зданий или в центральном тепловом пункте при застройке города целыми микрорайонами;

система с водонапорным баком и повысительной насосной установкой. Ее применяют при недостаточности гарантийного напора и при отсутствии достаточного количества воды в наружном водопроводе и при неравномерном потреблении воды в здании в течение суток. Водонапорный бак, принимающий избыток воды или восполняющий ее недостаток при работе сети, включают в систему как регулирующую емкость для повышения экономичности работы повысительной насосной установки. При наличии бака повысительные насосы обычно автоматизируют.

В отдельных случаях вместо водонапорного бака применяют пневматическую установку, состоящую из водяного и воздушного баков или одного водовоздушного бака, оснащенных специальным оборудованием (компрессорами, клапанами, манометрами и др.). Такая система водоснабжения называется системой с повысительными насосами и пневматической установкой.

Наиболее совершенными являются системы, имеющие повысительные насосы и гидропневмобаки, не требующие постоянной работы компрессора. Наличие гидропневмобака в составе автоматических насосных установок позволяет значительно уменьшить энергопотребление за счет сокращения числа включений насоса (насосов) и обеспечивать некоторый запас воды. Такие системы характерны для коттеджей и отдельных жилых зданий в городе. 

26. Эрллифты, гидроэлеваторы, шнековые насосы, гидравлический таран.

Г идроэлеватор - насос струйного типа для подъёма и перемещения по трубопроводу жидкостей и гидросмесей. Работа Г. основана на использовании энергии струи поды, подводимой к насадке под напором. Проходя с большой скоростью через проточную часть Г. (рис.), струя воды создаёт при вылете из насадки перепад давления. Это вызывает поступление в смесительную камеру Г. транспортируемого материала. Из смесительной камеры струя рабочей жидкости увлекает образующуюся гидросмесь в диффузор. В диффузоре скорость движения гидросмеси снижается, но повышается её давление за счёт перехода части кинетической энергии струи в потенциальную энергию потока, чем и обеспечивается перемещение гидросмеси по трубопроводам. Г. не имеет движущихся частей и прост в конструктивном исполнении, но его кпд не превышает 20—25%.

Схема гидроэлеватора: 1 — нагнетательный трубопровод; 2 — всасывающий патрубок; 3 — сопло (насадка); 4 — смесительная камера; 5 — диффузор.

Эрлифт (англ. air — воздух, lift — поднимать) — разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю часть которой, опущенной в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в трубе эмульсия (смесь жидкости и пузырьков) будет подниматься благодаря разности удельных масс эмульсии и жидкости. Естественно, что эмульсия тем легче, чем в ней больше пузырьков.

Винтовой шнековый насос представляет собой устройство, в котором напор нагнетательного материала создается благодаря вытеснению перекачиваемой жидкости одним либо несколькими винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри статора, выполненного в соответствующей форме. Винтовой шнековый насос является одним из роторно-зубчатых насосов.

Перекачивание материала осуществляется благодаря его перемещению вдоль оси винта внутри камеры, которая образовалась винтовыми канавками, а также поверхностью самого корпуса. Винты в свою очередь входят винтовыми выступами в канавки смежного винта, создавая тем самым замкнутое пространство и не допуская перемещения жидкости назад.

Преимущества [править]

• равномерная подача жидкости, в отличие от насосов поршневых и плунжерных;

• способность перекачивать смеси из жидкой и твёрдой фаз без повреждения твёрдых включений в жидкости;

• как и другие объёмные насосы, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости;

• возможность получить высокое давление на выходе без множества каскадов нагнетания;

• хорошая сбалансированность механизма и, как следствие, - низкий уровень шума при работе.

Недостатки [править]

• сложность и высокая стоимость изготовления насоса;

• нерегулируемость рабочего объёма;

• так же, как и другие виды объёмных насосов, винтовые нельзя пускать вхолостую без перекачиваемой жидкости, так как в этом случае повышается коэффициент трения деталей насоса и ухудшаются условия охлаждения; в результате насос может перегреться и выйти из строя.

Гидравлический таран - водоподъемное устройство, в котором для подачи воды используется в нем давления при периодически создаваемых гидравлических ударах.

1. в ерхний бак

2. трубопровод

3. напорный колпак

4. клапан

5. клапан

6. трубопровод

7. резервуар

P - усилие, необходимое для открытия клапана; h - высота падения воды; H - высота подъема воды

В "период разгона" при кратковременном открытии клапана 4 в подводящей трубе 6 под действием подпора создается поток воды, который сбрасывается через этот клапан. Когда силовое воздействие воды уравновесит массу клапана, он поднимется. Быстрое закрытие клапана 4, а следовательно, внезапная остановка воды, вызывает гидравлический удар. Резкое повышение давления открывает клапан 5, через который выходит некоторое количество воды. В рабочем периоде вода по трубопроводу 2 поступает в верхний бак 1, преодолев напор H > h. Сжатый воздух в напорном колпаке 3, выравнивает подачу воды по трубопроводу 2. В конце второго периода давление в клапанной коробке становится немного меньше, поэтому клапан 5 закрывается, а 4 открывается, что обеспечивает автоматическое повторение цикла.

27. Основные характеристики насосов. Принцип их подбора.

Подача насоса – это показатель, который характеризует объем жидкости, которая может быть перекачана в единицу времени. Подача насоса может указываться также в массе. Объем жидкости, характеризующий этот показатель, измеряется на выходе под давлением. 

Напор насоса характеризует разность механической энергии движения жидкости на выходе и на входе насоса. Напор может измеряться в различных единицах, чаще всего используются весовые параметры. Для высоконапорных агрегатов параметр напора не указывается, так как его показатели ничтожно малы. 

Коэффициент полезного действия (КПД) характеризует отношение полезной мощности к полной мощности. Оптимальный режим работы насоса характеризуется максимальным значением КПД. Номинальный режим работы насоса представляет собой те параметры, при которых работа насоса допустима. Наибольшая эффективность насоса обеспечивается при оптимальном режиме работы.  

Минимальное время самовсасывания определяет допустимую продолжительность работы при сохранении других параметров, в том числе и нормальной высоты самовсасывания. 

Также насос имеет эргономические показатели, которые относятся к внешним проявлениям в работе насоса.

Внешняя утечка определяет количество жидкости, которая вытекает во внешнюю среду при наличии повреждений или дефектов уплотнителей. 

Уровень звукового давления определяет уровень издаваемого насосом шума.

Уровень вибрации характеризует силу вибрации в тех точках, где ее показатели максимальны. 

подбор установки осуществляется в несколько этапов:

• выбор типа насоса;

• определение его рабочих характеристик и выбор количества насосов в составе установки;

• выбор типа регулирования.

28. Сооружения механической очистки сточных вод.

Состоит в удалении различных примесей путем фильтрации и отстаивания, для чего могут быть применены решетки, сита, песколовки, отстойники, септики. Решетки используются для задержания наиболее крупных механических частиц. Ширина отверстия - до 16 мм. Второй этап - прохождение через более мелкие сита, после которого вода поступает в следующие модули, где происходит отстаивание (при котором земля, ржавчина, песок и др. оседают на дно) и флотация (при которой происходит укрупнение гидрофобных частиц, их отделение от гидрофильных).

Механическая очистка сточных вод почти всегда предшествует биологической и/или химической, предотвращая попадание нерастворимых примесей в очистные сооружения. Очистка промышленных стоков подразумевает особо тщательную механическую обработку, так как, во-первых, отфильтрованные примеси могут представлять ценность для производства, а во-вторых, благодаря ему установка очистки сточных вод надежно защищена от попадания взвешенных веществ, таким образом, обеспечивается ее бесперебойная работа, а, следовательно, и всего предприятия в целом.

29. Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях.

Осуществляется благодаря жизнедеятельности бактерий, окисляющих органические вещества (аэробный и анаэробный процессы). Бактерии используют загрязнения для питания, при этом растет их (бактерий) масса, идет активное размножение и обновление биологической массы. Разница между аэробным и анаэробным процессами заключается в том, что первый может проходить только при хорошей вентиляции, второй же протекает только при отсутствии кислорода. Биологическая очистка сточных вод, использующая аэробные микроорганизмы, чаще всего проходит в биологических прудах, где глубина невелика, нет подводных течений и на полях фильтрации - специально обустроеных участках земли, куда загрязненная вода поступает дозированно. Часто используются аэротенки и биофильтры, SBR-системы. Данные устройства выигрывают по сравнению с прудами и полями, так как не зависят от погодных условиях: в них искусственно поддерживаются оптимальные для жизнедеятельности бактерий условия. Анаэробный процесс проходит в специальных реакторах - метантенках. Их преимущество заключается в том, что отпадает необходимость дополнительной аэрации воды, однако, в процессе окисления органических веществ выделяется газ метан, за отведением которого необходимо тщательно следить.

Биологическая установка очистки сточных вод сравнительно недорога, при этом удаляет до 98% загрязнений; обычно такие системы рассчитаны на 5-8 человек, это прекрасный вариант для дачи, частного дома или небольшого производства.

 Процесс биологической очистки проходит в две фазы: в первой фазе – протекают физико-химические процессы адсорбции поверхностью бактериальных клеток органических веществ, находящихся в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях с образованием активного ила или биопленки ; во второй фазе – протекают процессы окисления растворенных и адсорбированных органических  веществ, заключающемся в усвоении пищи микробами в  ферментативных процессах живой клетки.

    Скорость процесса очистки жидкости от загрязняющих ее органических веществ и возможности ее регулирования зависит от:

        массы и поверхности участвующих в процессах очистки микробных сообществ сформировавшихся в виде активного ила;

        времени контакта их со стоками, времени пребывания сточных вод в сооружении;

        наличия кислорода;

        наличия питательной среды (органики и биогенов) ;

        содержания в воде некоторых примесей, ускоряющих или замедляющих процессы

 очистки.

30. Условия спуска сточных вод в водоем. Необходимая степень очистки сточной жидкости.

Необходимая степень очистки сточных вод устанавливают по:

- нормативным показателем содержания вредных примесей;

- количеством взвешенных веществ;

- допустимой величиной биологического показателя концентрации вредных веществ (БПК) в водоемах и сточных водах;

- потреблением сточными водами растворенного кислорода; - изменением реакции (рН) воды водоема;

- температурой воды;

- окраской, запахом и содержанием солей в воде

При определении необходимой степени очистки сточных вод следует рассматривать условия их спуска в проточной и непроточных водоема

Расчет эксергии и биоблоков для очистки сточных вод, которые будут сбрасываться в водоем, осуществляется на основе информации о содержании взвешенных частиц, допустимых параметрах БПК, потреблении растворенного кислорода, окраске, запахе, солевом содержании, температуре и размерах предельно допустимых концентраций токсичных веществ.

При эксплуатации очистных сооружений контрольной величиной для них является расчетный показатель ССТ – загрязненности стоков. Он устанавливается для каждого нового или уже действующего объекта, например, это может быть расчет чистого дисконтированного дохода от степени очистки сточных вод дождевой канализации.

Для того, чтобы взвешенные частицы не откладывались в водоеме, их размеры при сбросе не должны превышать 0,4 мм/с для реки и 0,2 мм/с для водохранилища. При наличии частиц более крупного размера необходимо отстаивать жидкость перед сбросом, предварительно осуществив  расчет механической очистки сточных вод отстаиванием.

В случае присутствия примесей в виде токсичных веществ либо потребляющих большие объемы кислорода веществ необходимо установить возможность сброса таких стоков в водоем в зависимости от содержания растворенного в воде кислорода. В этом случае требуется расчет биологической очистки сточных вод.

Важным показателем является также изменение уровня загрязнения в результате разбавления стоков водой из водоема, а также в ходе биохимических процессов самоочищения, происходящих в нем и обеспечивающих освобождение от органики. Это параметры имеют значение при расчете биодисков и систем сбора отведения и очистки поверхностного стока.

31. Насосы для перекачки сточной жидкости. Канализационные насосные станции

Канализационная насосная станция состоит из машинного отделения, в котором располагаются насосы, и приемного ре­зервуара. На выбор типа насосной станции влияют глубина заложения подводящего трубопровода, пропускная способ­ность станции, условия строительства, принятый тип насосов и др. Наиболее часто строятся канализационные насосные станции шахтного типа. Круглая в плане форма обусловли­вается опускным способом строительства. Для станции большой пропускной способности, оборудованной насосами со значитель­ной высотой всасывания, целесообразна схема с отдельно стоя­щим приемным резервуаром. При совмещении машинного от­деления с приемным резервуаром последний вытягивают вдоль машинного отделения. Подземная часть насосных станций выполняется из бетона или железобетона, а надземная - из кирпича. Приемный резервуар оборудуется решетками, через которые проходит поступающая в резервуар вода, и дробилками, кото­рые служат для измельчения отбросов, задерживаемых решет­ками. После дробления отбросы обычно сбрасы­ваются в поток сточной жидкости перед решеткой. Решетки выполняют из стальных стержней сечением 10x60мм, устанав­ливаемых под углом 60-70° к горизонту. Прозоры между стержнями назначают в зависимости от марки насоса. В насто­ящее время получают распространение решетки-дробилки (коминуторы), которые улавливают и измельчают загрязнения под водой. Дну приемного резервуара придается уклон i = 0,05 ... 0,1 к приямку под всасывающей трубой насоса. Необходимый объем приемного резервуара определяют по графику притока и откачки сточных вод. Насосы подбирают по требуемому напору и максимальной подаче насосной станции. Максимальную подачу насосной станции устанавливают по совместному ступенчатому или интегральному графику притока и откачки сточных вод. В большинстве случаев ее принимают равной максимальному притоку сточных вод. Напорные трубопроводы выполняют, как правило, в две линии из железобетонных или асбестоцементных труб. При соответствующем обосновании можно применять чугунные или стальные трубы. Скорость движения воды в них принимают около 1,5 м/с. Дождевые воды перекачивают сравнительно редко. При этом целесообразно применять пропеллерные насосы.

32. Виды и состав загрязнений сточных вод. Бпк и хпк

Начертание водосточной сети в плане определяется рельефом местности, схемой планировки и насыщенностью территории подземными сооружениями. Принципы трассирования водосточ­ной сети аналогичны принципам трассирования бытовой кана­лизационной сети. В целях уменьшения сечения и длины кана­лов водосточную, сеть рекомендуется трассировать вдоль го­родских проездов по кратчайшим расстояниям к водоемам, тальвегам и оврагам. При ширине проезда до 30 м водосток целесообразно трассировать в его середине. При большей ширине проезда водосток можно прокладывать в две линии по обеим сторонам его. Дождевые воды поступают в закрытую водосточную сеть через дождеприемники. Городские сточные воды представляют собой смесь быто­вых и производственных сточных вод. В процессе обработки сточных вод на очистных сооружениях значительная часть нерастворенных загрязнений выпадает в отстойных сооружениях, образуя осадок. Этот осадок имеет высокую влажность. В зависимости от типа сооружений, в ко­торых этот осадок образуется, и состава осадка влажность его колеблется в пределах 90—99,5 %. Осадок состоит из органических и минеральных веществ. Для оценки соотношения органических и минеральных веществ используют понятие зольность, которая характеризует количест­во минеральных веществ в осадке. Ее выражают в процентах. Зольность осадка городских сточных вод составляет 25—35 %. Органические вещества называют беззольными веществами. Их в осадке городских сточных вод содержится 65-75 %. Количество кислорода, необходимого для окисления ор­ганических веществ аэробными микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности, называется биохимической потребнос­тью в кислороде (БПК). Эта величина вырежется в мг/л или г/м3. Обычно определяют биохимическую потребность в кисло­роде за 5 и 20 сут. У городских сточных вод БПК обычно составляет 100— 400 мг/л. БПК не характеризует общее количество органических веществ в сточных водах (она не учитывает органические ве­щества, идущие на прирост бактерий, а также стойкие органи­ческие вещества, не затрагиваемые биохимическим процессом), поэтому определяют еще химическую потребность в кислороде (ХПК). У городских сточных вод БПК составляет примерно 86% ХПК; у производственных сточных вод – 25-80% ХПК. Для нормального хода процесса биологической очистки на очистных сооружениях активная реакция сточных вод должна быть в пределах 6,5—8,5. Бытовые сточные воды обыч­но имеют рН = 7,2 ... 7,6, т. е. слабощелочную реакцию. Неко­торые виды производственных сточных вод могут иметь силь­нокислую или сильнощелочную реакцию. Для возможности биологической очистки таких вод требуется их нейтрализация. Условия спуска сточных вод в водоемы определяются "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточны­ми водами" и "Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей". В соответствии с этими правилами различают водоемы питьевого и культурно-бытового водопользования и водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей.