Учебное пособие 800534

5.4. Резервирование оборудования насосных станций

Число резервных насосных агрегатов необходимо принимать в зависимости от класса надежности работы станции для каждой группы насосов, подающих воду в одну и ту же сеть или водоводы.

Если на станции установлены насосы различной производительности, то общая величина резерва должна быть не менее 60 % для насосных станций первой и второй категорий, но не менее производительности самого большого насоса. В насосных станциях первой категории надежности действия число резервных агрегатов при надлежащем обосновании может быть увеличено. В насосных станциях третьей категории надежности действия один резервный агрегат может не устанавливаться, но должен храниться на складе.

При параллельной работе нескольких насосных станций общий резерв для насосных станций первой и второй категорий должен быть не менее 50 % их рабочей производительности. При этом резервные агрегаты сосредоточивают там, где коммуникации от насосной станции до потребителя наиболее надежны и коротки.

50

6. ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Качество воды природных источников, так же как и требования, которые предъявляются к качеству воды, используемой различными потребителями, весьма разнообразны. Оценка качества воды природного источника с точки зрения требований потребителей позволяет решить вопрос о возможности его использования для данного объекта, а также установить необходимость и характер обработки воды на водопроводных очистных сооружениях.

6.1. Основные характеристики качества воды природных источников

Природная вода - сложная дисперсная система, содержащая множество разнообразных минеральных и органических примесей.

Дисперсная система состоит из мелких частиц вещества, распределенного в другом веществе (среде). Система называется гомогенной, если внутри нее нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, различающиеся по свойствам. Гетерогенные системы - системы, внутри которых есть такие поверхности раздела. Гомогенная система - однофазная, гетерогенная - состоит из не менее двух фаз.

При размере частиц примесей воды меньше 10-3 мкм - это гомогенная система (однофазная из двух или более индивидуальных веществ). Если размер частиц больше или равен 10-3 мкм, то примеси образуют с водой гетерогенную (неоднородную многофазную) систему.

Истинные растворы, где примеси находятся в молеку- лярно-растворенном виде или в виде ионов, - это гомогенные системы. Гетерогенные системы - коллоиды (размер частиц: 102-101 мкм) или суспензии (частицы >101 мкм). Суспензии могут быть представлены взвесями, эмульсиями, пенами (частный случай эмульсий).

51

Таким образом, примеси могут содержаться в воде в различном состоянии:

-во взвешенном - в виде отдельных частиц (грубодисперсная взвесь);

-в коллоидном;

-в растворенном.

Содержание взвешенных веществ. Мутность. Мут-

ность воды обусловливается наличием в ней различного рода механических примесей, находящихся во взвешенном состоянии: частиц песка, глины, илистых частиц органического происхождения и др. Мутность обычно свойственна воде поверхностных источников и главным образом рек. От характера грунта дна и берегов рек и от скорости течения воды зависит степень вымывания частиц грунта, увлекаемых водой. Чем меньше размеры частиц грунта, тем большее количество их несет река. Чем больше скорость течения, тем больших размеров частицы могут увлекаться водой. При определенной скорости течения воды частицы эти поддерживаются во взвешенном состоянии и придают воде мутность. Содержание взвешенных веществ в речной воде (а следовательно, ее мутность и прозрачность) меняется в течение года, возрастая в период дождей и доходя до максимума в период паводков. Наименьшая мутность (наибольшая прозрачность) речной воды наблюдается обычно в зимнее время, когда река покрыта льдом. В озерах и искусственных водохранилищах мутность, как правило, незначительна и обусловливается поступлением мутной воды из рек, питающих данные водоемы, а также поверхностных стоков с их берегов. В больших водоемах замутнение воды происходит в результате взмучивания осадков со дна при волнении в ветреную погоду.

Мутность некоторых рек достигает весьма значительной величины (до нескольких тысяч мг/л).

В России повышенной мутностью отличаются реки южных районов. Реки средней и северной частей и многие реки Сибири имеют значительно меньшую мутность. Водам

52

подземных источников, как правило, свойственна большая прозрачность.

Внастоящее время для определения мутности стали применять приборы, основанные на действии фотоэлементов - нефелометры.

ВРоссии мутность чаще всего измеряют в нефеломет-

рических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0-40 НЕФ (NTU), например, для питьевой воды. В условиях большой мутности обыч-

можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах водяного столба.

Многие производственные потребители могут использовать воду с содержанием взвешенных веществ более высоким по сравнению с допускаемым для питьевой воды. Однако для ряда производственных потребителей использование мутной воды (без ее предварительного осветления) нежелательно или даже недопустимо нежелательно.

Цветность. Желтоватый, коричневый или желтозеленый оттенки воды природных источников объясняются главным образом присутствием в воде гумусовых веществ.

1 Формазин — полимер, применяемый для измерения мутности воды. Уникальные свойства формазиновой суспензии, в первую очередь воспроизводимость и возможность длительного хранения, обеспечили ее широкое использование в качестве первичного стандарта для калибровки нефелометров.

53

Измеряется цветность в градусах по так называемой платинокобальтовой шкале2 путем сравнения исследуемой воды с водой, имеющей эталонную цветность.

Использование воды со значительной цветностью на тех предприятиях, где происходит непосредственное соприкосновение воды с фабрикатами в процессе их изготовления (например, в текстильной промышленности), может вызвать ухудшение качества продукции.

Запахи и привкусы воды. Наличие запахов и привкусов у воды природных источников обусловливается присутствием в ней растворенных газов, различных минеральных солей, а также органических веществ и микроорганизмов.

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы:

-естественного происхождения (живущие и отмершие

вводе организмы, загнивающие растительные остатки и др.);

-искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха оценивают в баллах шестибалльной шкалы.

Запахи второй группы (искусственного происхождения) дополнительно называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

Интенсивность вкуса и определяется также по шестибалльной шкале.

Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений - привкуса - выражают описательно: хлорный, рыб-

2 Платинокобальтовая шкала или шкала Хазена – набор эталонов водного раствора хлороплатината калия, гидрата двухлористого кобальта и соляной кислоты. При разных концентрациях имеет различную окраску. Раствор способен храниться свыше года без разложения и изменения цвета.

54

ный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький - сульфатом магния, кислый - избытком свободного диоксида углерода и т.д.

Привкус солоноватый и даже горько-солоноватый часто имеют сильно минерализованные воды подземных источников.

В большинстве случаев при использовании воды для производственных целей запах и вкус воды сами по себе несущественны. Однако наличие их может указывать на присутствие в воде нежелательных примесей.

Электропроводимость воды. Электропроводимость - это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, К+, Са2+, Мg2+, Сl-, S042-, НСО3-. Этими ионами и обусловливается

электропроводимость природных вод. Присутствие других ионов, например Fe3+, Fe2+, Mn2+,Al3+, N03- не сильно влияет на электро-

проводимость, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерализацииводы.

Минерализация воды. Минерализация - суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/л до сотен г/л (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10-120 мкСм/см.

55

Природные воды по минерализации разделены на 4 группы.

Предел пресных вод (1 группа) - 1 г/кг - установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен - соленый или горько-соленый.

Граница между солоноватыми (2 группа) и солеными водами (3 группа) принята на том основании, что при минерализации около 25 г/кг температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды.

4 группа – рассолы с минерализацией свыше 50 г/кг. Температура воды. Температура воды поверхностных

источников колеблется в течение года в весьма широких пределах (для территории России - от близкой к нулю до 25 °С, а иногда и выше). Воды подземные, в особенности артезианские, имеют почти постоянную температуру в течение года.

Для питьевых целей наиболее желательно использование воды температурой 7-12 °С.

Для некоторых производственных потребителей температура воды источника имеет большое значение. Так, низкая температура весьма желательна для воды, идущей на охлаждение или на конденсацию пара, так как она позволяет уменьшить количество расходуемой воды.

Жесткость воды. Жесткость воды обусловливается

наличием вводе ионов кальция (Са2+), магния (Мg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Мn2+). Но общее

содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов - и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния - общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

56

Вода разных природных источников имеет весьма различную жесткость. Речная вода, за некоторыми исключениями, обладает относительно небольшой жесткостью. Так, вода Волги (у г. Самара) имеет жесткость 4,5-6 мг-экв/л, жесткость воды реки Москва колеблется в течение года от 2 до 5 мгэкв/л. Весьма малую жесткость имеет вода Невы (около 0,7 мгэкв/л). Вместе с тем вода рек, прорезающих толщу известковых и гипсовых пород, часто отличается весьма большой жесткостью. Жесткость речной воды обычно меняется в течение года, снижаясь до минимального значения в период паводков. Воды подземных источников в большинстве случаев имеют более значительную жесткость, чем поверхностные воды.

Использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств: образуется накипь на стенках варочных котлов и кипятильников, увеличивается расход мыла при стирке, медленно развариваются мясо и овощи т. д.

Использование жесткой воды для производственных целей во многих случаях не может быть допущено, так как связано с рядом нежелательных последствий. Применение жесткой воды не допускается для питания паровых котлов, а также для ряда производств (для некоторых отраслей текстильной и бумажной промышленности, предприятий искусственного волокна и др.).

Значительная карбонатная жесткость не допускается для систем оборотного водоснабжения.

Органические загрязнения. Спектр органических примесей очень широк:

группа растворенных примесей:

-гуминовые кислоты и их соли - гуматы натрия, калия, аммония;

-некоторые примеси промышленного происхождения;

-часть аминокислот и белков;

группа нерастворенных примесей:

57

-фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли

-гуматы кальция, магния, железа;

-жиры различного происхождения;

-частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Окислители могут действовать и на неорганические примеси но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение - обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0,1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки.

Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

58

Окисляемость перманганатная измеряется в мгО2/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг КМп04/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики».

Окисляемость бихроматная, мгО2/л, называемая также химической потребностью в кислороде (ХПК), - показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости - 30-50%.

Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм3), исключение составляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2–3 мг О2/дм3, реки равнинные – 5–12 мг

О2/дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на

1 дм3.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) - показатель, определяемый при окислении «органики» природных вод не химическими веществами, а биохимическими воздействиями в аэробных условиях. Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток - БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водах находится в пределах 0,5-4,0 мг02/л.

При определении БПК5 (температура воды 20 °С, рН=6- 8, обеспечен достаточный доступ кислорода к пробе воды) окисляется примерно 70 % легкоокисляющихся органических веществ, за 10-20 суток - соответственно 90 и 99% (как прави-

59