03-06-2014_19-50-32 / Методич указания к расчетно-графической работе

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО

Тюменская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра механизации переработки и хранения сельскохозяйственной продукции

Сельскохозяйственное водоснабжение

(основные сведения и методические указания к выполнению расчётно-графической работы для студентов инженерных специальностей)

Тюмень, 2006 г.

Изложены основные сведения и методика расчета сельскохозяйственного водоснабжения, приведены варианты заданий, дан необходимый справочный материал.

Для студентов инженерных специальностей механико- технологического института.

Составитель: кандидат технических наук, доцент Рухленко Анатолий Петрович

Рецензент: кандидат технических наук, доцент Королев Александр Егорович

Одобрено и рекомендовано к печати методической комиссией механико-технологического института (протокол № 20 от 6 февраля

2006 г.)

1. Сельскохозяйственное водоснабжение

Под водоснабжением понимают обеспечение водой населенных пунктов производственных предприятий и других объектов для удовлетворения хозяйственно-питьевых, технологических и противопожарных нужд. Системой водоснабжения является комплекс сооружений, машин и аппаратов, предназначений для добывания, улучшения качества и подачи воды для указанных выше целей.

Водопроводом называют централизованную систему водоснабжения, подача и распределение воды в которой производится по трубам.

Сельскохозяйственное водоснабжение отличается от других рассредоточенностью водопотребителей и сезонной цикличностью сельскохозяйственного производства. Это влечет за собой неравномерность водопотребления и, следовательно, неравномерную по сезонам года загрузку систем водоснабжения, увеличение объема регулируемых емкостей, ухудшение технологических показателей систем. Системы сельскохозяйственного водоснабжения обычно выполняют объединенными, т.е. они удовлетворяют хозяйственно- питьевые, производственные и противопожарные нужды. Последовательность расположения основных водопроводных сооружений показана на общей схеме системы хозяйственно- питьевого водоснабжения сельских населенных пунктов (рис.1), питаемой из поверхностного источника.

Вода из источника 1 через водоприемник и самотечную трубу 2 поступает в водозаборное сооружение 3 (береговой колодец), оттуда насосной станцией 4 первого подъема подается на очистные сооружения 5, где улучшаются ее качества. После очистки и обеззараживания вода сливается в резервуар чистой воды 6, из которого насосной станцией второго подъема 7 она переливается по водоводу в напорно-регулирующее сооружение – водонапорную башню 8 и одновременно по водопроводной сети 9 подается к объектам водоснабжения 10 (ферме, комплексу, населенному пункту, перерабатывающему предприятию).

Взаимное расположение отдельных сооружений системы водоснабжения и их состав могут быть различными в зависимости от назначения, местных природных условий, требований водопотребителя или по экономическим соображениям. В значительной степени схема водоснабжения зависит от выбранного

водоисточника (качества воды). В тех случаях, когда качество воды удовлетворяет санитарно-гигиеническим нормам, отпадает необходимость в очистных сооружениях (позиции 5, 6 и 7 на рис.1).

Рис. 1. Система водоснабжения:

1 – оголовок; 2 – самотечная всасывающая линия; 3 – береговой колодец; 4 – насосная станция первого подъема; 5 – водоочистные сооружения; 6 – резервуар чистой воды; 7 – насосная станция второго подъема; 8 – водовод; 9 – водонапорная башня; 10 – распределительная сеть.

При выборе схемы водоснабжения необходимо располагать сведениями об имеющихся природных водоисточниках в районе проектирования, о водопотреблении, знать требования, предъявляемые к качеству воды, иметь данные о напоре, под которым она должна подаваться потребителям и т.д.

В значительной степени система водоснабжения зависит от выбранного источника (поверхностный или подземный), расстояния, на которое он удален от водопотребителей, его мощности, качества воды и т.д.

Исходя из местных условий, технических решений и организационных мероприятий системы сельскохозяйственного водоснабжении по общему назначению делятся на:

-местные (снабжают водой фермы, полевые станы, чабанские бригады, группы зданий);

-централизованные (снабжают водой всех потребителей хозяйства из одного водоисточника);

-групповые (снабжают водой несколько хозяйств).

По функциональному назначению:

-хозяйственные (обеспечивают водой жилые зоны);

-производственные (обеспечивают водой фермы, пастбища, мастерские и т.д.);

-объединенные хозяйственно-производственные;

-объединенные хозяйственно-производственно-противопожарные.

Карта № 6

Карта № 5

№Длина трубопроводов, м

В сельскохозяйственном водоснабжении применяют все виды перечисленных систем, но наибольшее распространение получили местные и централизованные хозяйственно-производственные системы с подземными источниками воды и пожаротушением из противопожарных резервуаров мотопомпами или автонасосами.

Для обеспечения надежности систем водоснабжения там, где это возможно и целесообразно, отдельные сооружения схемы дублируют (трубчатые или шахтные колодцы при использовании подземных вод, водоприемный колодец поверхностного водозабора устраивают из двух секций и т.д.).

1.1. Качество воды

Природная вода никогда не бывает абсолютно чистой. Она всегда содержит различные вещества в виде истинно растворенных, коллоидных или механических примесей. Кроме того, поверхностные воды содержат бактерии и вирусы. Таким образом, качество воды характеризуется ее физическими (температура, мутность, цветность, привкус и запах), химическими (содержание и концентрация различных химических веществ) и бактериологическими свойствами. Требования к качеству воды, подаваемой для хозяйственно-питьевых нужд населения, устанавливает ГОСТ 2874-73. Оптимальная температура воды для хозяйственно-питьевых нужд должна быть 8...12 оC, для водопоя сельскохозяйственных животных должна использоваться вода с температурой 7...15 оC, очень холодная вода вызывает у животных заболевания и снижает их продуктивность.

Мутность воды характеризуется содержанием в ней различного рада взвешенных веществ, например: частиц песка, глины, ила и т.д. Мутность изменяют в миллиграммах сухого вещества, содержащегося в 1 л. воды (мг/л). Допускается - 3 мг/л.

Цветность воды объясняется главным образом наличием гуминовых веществ, содержащихся в почве и болотных водах. Цветность выражают в градусах платинокобальтовой шкалы. По интенсивности окраски природные воды подразделяются на малоцветные - до 35о и цветные - >35о.

Привкус и запах воды обуславливается наличием в ней растворимых газов, минеральных солей, органических веществ и микроорганизмов. Привкус и запах оценивают по условной

пятибалльной шкале при температуре 20 оС (от 0 до 5): 0 - отсутствие запаха; 2- слабый;

3- заметный;

4- отчетливый;

5- очень сильный;

Питьевая вода при температуре 20 оС и при ее подогревании до 60 оС не должна иметь запах более 2-х баллов и привкус (при 20 оС) более 2 баллов.

Химические свойства воды определяются активной реакцией, жесткостью, сухим остатком, окисляемостью, содержанием железа, фтора, марганца, хлоридов меди, цинка и др.

Активная реакция воды характеризуется концентрацией в ней водородных ионов и обозначается рН: при рН<7 среда кислая, при рН=7 – нейтральная, при рН >7 – щелочная. Активную реакцию воды нужно знать для оценки ее стабильности и коррозийного действия на водопроводные сооружения. Для питьевой воды рН = 6,5...8,5.

Жесткость воды определяется количеством растворенных в ней солей кальция и магния. Использование жесткой воды вызывает нежелательные последствия: образование накипи на стенках котлов и кипятильников, увеличение расхода мыла при стирке, затрудненность варки продуктов. Различают карбонатную (устранимую) и некарбонатную (постоянную) жесткость воды: первая обусловлена наличием двууглекислых солей кальция и магния, вторая – некарбонатных солей кальция и магния. При кипячении карбонатные соли разлагаются и выпадают в виде рыхлых осадков. Некарбонатные соли при выпаривании образуют плотную твердую накипь. Сумму карбонатной и некарбонатной жесткости называют общей. Один градус жесткости соответствует содержанию 10 мг. окиси кальция в одном литре воды, а 1 мг-экв/л = 2,8°. По величине жесткости вода дeлитcя на 4 категории: 1 – 10 о ≈ 3,5 мг-экв/л – мягкая, 2 – 10…20 о ≈

3,5...7,0 мг-экв/л – средней жесткости; 3 – 20...30 о ≈ 7,0...10,5 мг-экв/л

– жесткая; 4 – 40 о ≈ 14 мг-экв/л - очень жесткая. Допускаемая общая жесткость воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения не должна превышать 7мг-экв/л, для водопоя скота допустима жесткость воды до 40 мг-экв /л.

Сухой остаток (мг /л) характеризует общее содержание в воде органических и неорганических веществ (кроме газов). Определяется он как остаток от выпаривания известкового объема нефильтрованной

Отметка динамического уровня в источнике 100

Длина участков водопровода: lи−б – от источника до башни;

lб−пр – от башни до предприятия;

lпр−п – от предприятия до поселка;

lп – протяженность поселка;

lпр−ф – от предприятия до фермы.

№Длина трубопроводов, м

Отметка динамического уровня в источнике 105

Длина участков водопровода: lи−б – от источника до башни;

lб−о – от башни до т. О;

lо−пр – от т. О до предприятия; lп – протяженность поселка; lп−ф – от поселка до фермы.

№Длина трубопроводов, м

пробы воды, высушенной при 110 ° С до постоянной маccы. Окисляемость (мг О2/л) указывает на содержание в воде

растворенных органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических веществ.

Содержание отдельных химических веществ и соединений в воде не должно превышать следующих показателей: железа ≤ 0,3 мг/л; марганца ≤ 0,1 мг/л; фтора. – 0,7...1,5 мг/л; свинца – 0,1 мг/л; мышьяка – 0, 05 мг/л; хлоридов – 350 мг/л; сульфатов – 500 мг/л; нитратов – 10 мг/л.

Санитарную оценку качества воды проводят по содержанию в ней бактерий группы кишечной палочки, которая не является болезнетворной, но ее присутствие свидетельствует о загрязнении воды бытовыми стоками и возможности попадания в воду болезнетворных бактерий, поэтому при бактериологических анализах определяют коли-титр, т.е. число миллилитров воды, в котором обнаружена одна кишечная палочка. Для оценки бактериологического состава воды количественным анализом устанавливается общее число бактерий в 1 л воды; Согласно ГОСТ 2874-73 "Вода питьевая", в 1 л питьевой воды должно содержаться не более трех кишечных палочек (коли-индекс). Согласно ГОСТ 17.1.3.03-77 для питьевого водоснабжения должен быть вы6ран такой источник, в воде которого сухой остаток не превышает 1000 мг/л; в исключительных случаях с разрешения органов Госсаннадзоpа допускается использование воды с сухим остатком 1500 мг/л.

1.2. Зоны санитарной охраны

Для предотвращения загрязнения источников хозяйственно- питьевого водоснабжения создают зоны санитарной охраны. Санитарная зона делится на два пояса, в каждом из них устанавливают особый режим и вводят санитарный надзор и лабораторный контроль за качеством воды в источниках.

Первый пояс (строгого режима) охватывает часть используемого водоема в месте забора воды и территорию расположения головных водопроводных сооружений (водозаборы, насосные и очистные станции, резервуары). Границы первого пояса определяют в зависимости от вида водоисточника, рельефа местности и размещения головных сооружений:

- для реки или канала: вверх по течению – не менее 200 м от

водозабора; вниз по течению – не менее 100 м; по прилежащему к водозабору берегу – не менее 100 м; от линии уреза воды при максимальном уровне; в направлении от прилегающего к водозабору берега в сторону водоема при ширине реки или канала 100 м – вся акватория и противоположный берег полосой 50 м от уреза воды, а при ширине реки или канала > 100 м - полоса акватории шириной не менее 100 м.

-для водохранилища или озера: по акватории во всех направлениях - не менее 100 м от водозабора; при прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м.

-для подземных источников: при надежно защищенных горизонтах - не менее 30 м от водозабора, при незащищенных - не менее 50 м.

В первом поясе запрещается пребывание лиц, не связанных с эксплуатацией сооружений. Территория пояса по возможности ограждается забором или полосой зеленых насаждений.

Второй пояс (зона ограничения) охватывает территорию, окружающую источники водоснабжения и их притоки. Для рек и каналов граница зоны практически соответствует величине суточного пробега воды (вверх по течению).

Для озер и водохранилищ граница зоны назначается органами санитарного надзора; для подземных вод граница зоны второго пояса лежит в пределах 150 – 200 м. Во втором поясе запрещается такое использование территории или источников водоснабжения, которое может вызвать качественное или количественное их ухудшение.

1.3.Способы улучшения качества воды

Улучшение качества природной воды предусматривается в тех случаях, когда концентрация различных примесей в ней превышает предельно допустимые нормы, установленные ГОСТом 2874-73.

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

При наличии в воде солей жесткости, металлов, растворимых газов и других элементов могут применяться и другие способы обработки воды. Например, при повышенном содержании железа

Отметка динамического уровня в источнике 124,5 Длина участков водопровода:

lи−б – от источника до башни;

lб−п – от башни до поселка; lп – протяженность поселка; lп−о – от поселка до т. О;

lо−пр – от т. О до предприятия;

lо−ф – от т. О до фермы.

Отметка динамического уровня в источнике 154 Длина участков водопровода:

lи−б – от источника до башни;

lб−о – от башни до т. О; lо−пр – от т. О до предприятия;

lо−п – от т. О до поселка;

lп – протяженность поселка; lп−ф – от поселка до фермы.

предусматриваются установки по обезжелезиванию воды; слишком жесткая вода умягчается на катионовых фильтрах, а растворимые газы удаляются путем дегазации. Иногда воду обезфторивают или, наоборот, офторивают. Осветление воды проводится с применением коагулянтов или без них с помощью отстойников различных конструкций и фильтров. Коагулирование воды применяют для ускорения осаждения из воды взвешенных частиц и коллоидов. В качестве коагулянта чаще всего используют сернокислый алюминий. Для фильтрования воды применяют медленные, скорые и напорные фильтры. В системах сельскохозяйственного водоснабжения в основном используют медленные и скорые фильтры. Медленные фильтры применяются в небольших установках для фильтрования некоагулированной воды, содержащей не более 50 мг/л взвешенных веществ. Эффект очистки на медленных фильтрах относительно высок, на них задерживается до 90% бактерий, устраняются запахи и привкусы. Существенный недостаток этих фильтров состоит в значительной площади фильтрования при малой производительности. Медленные фильтры представляют собой резервуары, заполненные кварцевым песком, дробленым антрацитом или мрамором. Скорые фильтры в конструктивном исполнении похожи на медленные, но отличаются б8льшими скоростями (6…10 м/ч) фильтрации, которые обеспечиваются созданием над поверхностью фильтрования слоя

ультрафиолетовыми лучами) предусматривается для уничтожения болезнетворных бактерий, находящихся в ней.

1.4.Источники водоснабжения и водозаборные сооружения

Вкачестве источников сельскохозяйственного водоснабжения используют подземные, поверхностные и атмосферные воды. Больше всего применяют подземные воды (артезианские, грунтовые, родниковые), что объясняется их повсеместным распространением и возможностью использовать без очистки. Поверхностные воды (из рек, озер, прудов, водохранилищ, каналов) применяют реже, т.к. они более подвержены загрязнению и перед подачей потребителю, как правило, нуждаются в специальной очистке, а это удорожает стоимость подачи воды. Атмосферные воды, к которым относятся осадки в виде дождя и снега, применяют в основном в тех случаях,

когда отсутствуют другие источники водоснабжения или получение воды из них по технико-экономическим соображениям нецелесообразно.

Выбор источника – важнейшая задача проектирования системы водоснабжения, т.к. водоисточник определяет характер системы, наличие в ее составе тех или иных сооружений, а, следовательно, и ее технико-экономические показатели. Выбор источника водоснабжения проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 2761-74. «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценка качества.» и согласовывают с органами Государственного санитарного надзора.

Водозаборные сооружения для поверхностных источников могут быть различных типов, основные из них – береговые, русловые, ковшовые, инфильтрационные, плавучие и передвижные.

Береговые водозаборы (рис.2) устраивают по возможности вдали и выше по течению от источников загрязнения в зоне с достаточными глубинами и устойчивыми незатопляемыми берегами (такие условия у вогнутых берегов). Береговые водозаборы не рекомендуется располагать в местах впадения в реку притоков, т.к. в этом случае они могут быть завалены наносами. Береговые водозаборы могут быть совмещенными с насосной станцией (рис.2, а) и раздельными (рис.2,

б).

Рис. 2. Береговой водозабор:

а) совмещенный; б) раздельный; 1 – колодец; 2 – насосная станция

Русловые водозаборы (рис.3) предназначены для забора более чистой, чем в береговой зоне, воды. Для этого оголовок самотечной водозаборной трубы выносят подальше от берега в русло реки. Стоимость устройства русловых водозаборов выше, чем береговых;

Продолжение таблицы

Примечания к приложению 1:

1.Цифры в первой колонке обозначают: первая – № карты (см. Приложение 2), вторая – № варианта по данной карте;

2.Во второй колонке: первое число – степень благоустройства посёлка (см. табл. 2.1), второе – численность населения;

3.Колонки 3, 4, 5, 6: первые числа – группа потребителей (см. табл. 2.2), вторые – их количество. Например, если в колонке 3 написано 5-800, то из табл. 2.2 читаем, что число 5 – коровы, а 800 – их поголовье (количество потребителей);

4.Данные колонок 7 и 8 расшифровываются так же, как и предыдущие (только берутся при этом из табл. 2.3);

5.При степени благоустройства под шифром 3, 4 (см. табл. 2.1) застройку посёлка принять 2-х этажной.

Продолжение таблицы