Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоподготовка инновационные проектные решения. Учебное пособие.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(СИБСТРИН)
Е.Л. Войтов
ВОДОПОДГОТОВКА:
ИННОВАЦИОННЫЕ
ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ
Учебное пособие
НОВОСИБИРСК 2021
УДК 628.1(07)
ББК 38.761.1я73
В 659
Войтов, Е. Л.
Водоподготовка: инновационные проектные решения : учеб. пособие /
Е. Л. Войтов ; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). – Новосибирск : НГАСУ
(Сибстрин), 2021. – 1 CD-ROM. – Загл. с титул. экрана. – Текст : электронный.
ISBN 978-5-7795-0928-2
В учебном пособии изложены основные принципы инновацион-
ного проектирования систем водоподготовки.
Основное назначение издания – оказать помощь студентам дневной и заочной форм обучения в освоении дисциплины и выработке навыков применения теории при решении практических задач. Приведены рекомендации по выполнению курсовой работы, связанной с инновационным проектированием водоподготовительных сооружений.
Материал предназначен для студентов направления подготовки
08.04.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение») в качестве учебного пособия к практическим занятиям по изучению инновационных технологий, оборудования и материалов для
очистки природных вод, разработанных в НГАСУ (Сибстрин).
Рецензенты:
В.Р. Чупин, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой
городского строительства и хозяйства ИРНИТУ;
Т.А. Купницкая, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой
водоснабжения и водоотведения НГАСУ (Сибстрин)
ISBN 978-5-7795-0928-2 Войтов Е.Л., 2021
Новосибирский государственный
архитектурно-строительный
университет (Сибстрин), 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................... 5
1. ТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
И СООРУЖЕНИЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД .......... 7
1.1. Показатели качества воды ................................................ 7
1.2. Принципиальная схема и технологии
водопроводных очистных сооружений ......................... 11
1.3. Специальные методы улучшения качества воды ......... 23
2. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ВОДОПОДГОТОВКИ ............................................................ 34
2.1. Универсальная технология подготовки
питьевой воды из поверхностных
и подземных источников ................................................ 34
2.2. Подготовка воды из поверхностных
источников водоснабжения ............................................ 37
2.3. Подготовка воды из подземных
источников водоснабжения ............................................ 38
2.4. Очистка и повторное использование
промывных вод водоочистных станций........................ 40
3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ ПОДГОТОВКИ
ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ................................................................ 43
3.1. Окисление и коагулирование вод из поверхностных
источников водоснабжения ............................................ 43
3.2. Осветление поверхностных вод
в реакторах-осветлителях ............................................... 45
3.3. Фильтрование поверхностных вод
на скорых фильтрах ........................................................ 51
3.4. Сорбция поверхностных вод
на угольных фильтрах .................................................... 53
3.5. Вторичное обеззараживание поверхностных вод ........ 54
3
3.6. Дегазация, высокочастотная
электроразрядная обработка подземных вод................ 54
3.7. Осветление подземных вод
в реакторах-осветлителях ............................................... 62
3.8. Фильтрование подземных вод
на скорых фильтрах ........................................................ 63
3.9. Сорбция подземных вод
на угольных фильтрах .................................................... 64
3.10. Каталитическое окисление подземных вод
на фильтрах с модифицированной загрузкой ............... 64
3.11. Вторичное обеззараживание подземных вод ................. 71
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................... 72
4
ВВЕДЕНИЕ
Инновационная деятельность – это процесс создания нового
продукта, новой технологии, разработки проектных решений на
основе результатов научных исследований с целью получения
конкурентных преимуществ при реализации производимой продукции, работ и услуг на рынках.
Целью инвестиционного проектирования объектов водо-
снабжения является обоснование технологической, экологической и экономической целесообразности осуществления капитальных вложений для обеспечения населения качественной
питьевой водой в необходимом количестве и невысокой стоимости ее производства.
В настоящее время в России обострилась проблема надеж-
ного и рационального обеспечения населения, промышленных
предприятий, сельского хозяйства и локальных потребителей
водой необходимого качества.
Несмотря на снижение объемов производства в последнее
время, продолжается фиксация прогрессирующих загрязнений
источников водоснабжения и расширение видов и диапазона
концентраций загрязняющих веществ антропогенного происхождения, попадающих в водотоки и водоемы. Это привело к тому,
что построенные по проектам 1950–60-х годов системы водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий в
настоящее время не в состоянии в должной мере решать возложенные на них задачи.
Положение усугубляется и известными трудностями в под-
готовке инженерных кадров соответствующей квалификации
для предприятий водопроводно-канализационного хозяйства,
снижением роли и функций ведомственных и межведомственных комиссий по приему в производство вновь создаваемых
и реконструируемых сооружений, технологий и систем водоснабжения в целом.
Одной из серьезных причин, препятствующих устранению
отмеченных негативных явлений, является сокращение в последние два с половиной десятилетия подготовки и издания
5
нормативно-справочной и учебной литературы по проектированию систем водоснабжения и их элементов.
Данная работа предназначена для студентов направления
подготовки 08.04.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение») в качестве учебного пособия к практическим занятиям по изучению инновационных технологий, оборудования и материалов для очистки природных вод, разработанных в НГАСУ (Сибстрин).
В пособии приводятся детализированные методики расче-
тов традиционных сооружений очистки природных вод, а также
новых, разработанных в НГАСУ (Сибстрин) высокоэффективного оборудования и технологий водоподготовки.
По каждому сооружению или комплексу таковых последо-
вательно приводятся область применения, назначение, принцип
действия и физико-химические основы работы сооружений
и технологий, реализуемых с их помощью; а затем (в общепринятой последовательности) – расчетные зависимости для определения технологических и конструктивных параметров сооружений, установок и элементов технологического и механического оборудования.
6
1. ТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СООРУЖЕНИЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД
1.1. Показатели качества воды
Основным источником централизованного хозяйственно-
питьевого водоснабжения в большинстве регионов Российской
Федерации являются поверхностные воды рек, водохранилищ
и озер.
Количество загрязнений, попадающих в поверхностные ис-
точники водоснабжения, зависит от профиля и объема промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных
в районе водосбора.
Качество подземных вод зависит от условия питания ис-
точников, глубины залегания водоносного пласта, состава водовмещающих пород и т.д.
Для определения качества природных вод производят соот-
ветствующие анализы в наиболее характерные для данного источника периоды года.
Показатели качества воды подразделяются на физические,
химические, биологические и бактериальные.
К физическим показателям относят температуру, прозрач-
ность (или мутность), цветность, запах, привкус [1].
Температура воды подземных источников характеризуется
постоянством и находится в пределах 8…12 °С. Температура
воды поверхностных источников меняется по сезонам года и зависит от поступления в них подземных и сточных вод, колеблется в пределах 0,1…30 °С. Температура питьевой воды должна находиться в пределах 7…10 °С. При t < 7 °С вода плохо
очищается, при t > 10 °С происходит размножение бактерий.
Прозрачность (или мутность) характеризуется наличием
в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила), концентрацию которых определяют весовым способом. Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в питьевой воде
должно быть не более 1,5 мг/л.
7
3
24
Цветность воды обусловлена присутствием в ней гуминовых веществ и измеряется в градусах платиново-кобальтовой
шкалы. Для питьевой воды допускается цветность не более 20°.
Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения. Различают три основных
вкуса природной воды: соленый, горький, кислый. Оттенки вкусовых ощущений, которые складываются из основных, называют привкусами.
К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, болотный и др.; к запахам искусственного – хлорный, фенольный, нефтепродуктов и др.
Интенсивность и характер запахов и привкусов природной
воды определяют органолептически, т.е. с помощью органов
чувств человека, по пятибалльной шкале. Питьевая вода может
иметь запах и привкус интенсивностью не выше двух баллов.
К химическим показателям относят ионный состав, жест-
кость, щелочность, окисляемость, активную концентрацию водородных ионов (рН), сухой остаток (общее солесодержание),
а также содержание в воде растворенного кислорода, сульфатов
и хлоридов, азотсодержащих соединений, фтора и железа.
Ио нны й с о с т а в (мг-экв/л) – природные воды содержат
различные растворенные соли, представленные катионами Ca2+,
Mg2+, Na+, K+ и анионами HCO
, SO
, Cl–. Анализ ионного со-
става позволяет выявить полный химический состав воды.
Же с т к о с ть вод ы (мг-экв/л) обусловлена наличием в ней
солей кальция и магния. Различают карбонатную и некарбонатную жесткость, их сумма определяет общую жесткость воды:
Жо = Жк + Ж
нк
.
Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде
карбонатных и бикарбонатных солей кальция и магния; некарбонатная жесткость – кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот.
Вода для хозяйственно-питьевых целей должна иметь общую жесткость не более 7 мг-экв/л.
Ще л о ч н ос ть (мг-экв/л) обусловлена присутствием
в природной воде бикарбонатов и солей слабых органических
8
3
23
кислот. Общая щелочность воды определяется суммарным содержанием в ней анионов НСО
, СО
, ОН–. Для питьевой во-
ды щелочность не лимитируется.
Ок и с л я е м о с т ь (мг/л) определяется количеством кислорода, необходимого для окисления органических веществ, находящихся в 1 л воды. Резкое повышение окисляемости воды (более 40 мг/л) свидетельствует о ее загрязнении бытовыми сточными водами.
Ак т и в н а я к о н ц ен т р а ц и я в о д о р о д н ы х ио н о в является показателем, характеризующим степень кислотности или
щелочности воды. На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным
десятичным логарифмом концентрации водородных ионов:
рН = –lg [Н+],
рН природной воды составляет 1…14.
Природные воды по величине рН классифицируются на
кислые (рН < 7), нейтральные (рН = 7) и щелочные (рН > 7). Для
питьевых целей вода считается пригодной при рН = 6,5…8,5.
Со л е с о де ржа н и е в о д ы оценивается по сухому остатку
(мг/л): пресные – 100…1000; солоноватые – 1000…3000; соленые – 3000…10 000; сильносоленые – 10 000…50 000. В воде
источников хозяйственно-питьевого водоснабжения сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. При большей минерализации воды в организме человека наблюдается отложение солей.
Р а с т в о р е нны й ки с л о р од попадает в воду при ее контакте с воздухом. Содержание кислорода в воде зависит от температуры и давления. В артезианских водах растворенного кислорода не встречается, а в поверхностных – его концентрация
значительна. Содержание растворенного кислорода в поверхностных водах уменьшается при наличии процессов брожения или
гниения органических остатков, поэтому его резкое снижение
указывает на органическое загрязнение воды. В природной воде
содержание растворенного кислорода должно быть не менее
4 мг О2/л.
9
4
2
3
3
3
Су л ь ф а ты и х л о р и д ы , благодаря своей высокой растворимости, содержатся во всех природных водах обычно в виде
натриевых, кальциевых и магниевых солей:
CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, NaCl .
В питьевой воде содержание сульфатов рекомендуется не
выше 500 мг/л, хлоридов – до 350 мг/л.
Аз отс о д е рж а щ и е с о ед ине н и я присутствуют в воде
в виде ионов аммония NH
, нитритов NO
и нитратов NO
и указывают на загрязненность природных вод бытовыми сточными водами и стоками от химических заводов.
Отсутствие в воде аммиака и в то же время наличие нитритов и особенно нитратов свидетельствуют о том, что загрязнение водоема произошло давно, и вода самоочистилась. При высоких концентрациях в воде растворенного кислорода все со-
единения азота окисляются в ионы NO
. Считается допусти-
мым присутствие нитратов NO
в природной воде до 45 мг/л.
Фт о р в природной воде находится в количестве до 18 мг/л
и более, однако в подавляющем большинстве поверхностных
источников содержание ионов фтора до 0,5 мг/л. Фтор – активный в биологическом отношении микроэлемент, количество которого в питьевой воде, во избежание кариеса и флюороза,
должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л.
Же л е з о довольно часто встречается в воде подземных источников преимущественно в виде растворенного бикарбоната
двухвалентного железа Fe(HCO3)2; в поверхностных водах – реже, обычно в форме сложных комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсной взвеси. Его присутствие делает
природные источники непригодными для использования
в питьевых и производственных целях. Содержание железа
в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л.
Биологические показатели качества воды. Чаще всего
в природных водных источниках присутствуют следующие газы: кислород O2, диоксид углерода CO2, сероводород Н2S.
Содержание кислорода и двуокиси углерода даже в значительных количествах не ухудшает качество питьевой воды, но
10