Введение
Системы водопроводно-кнализационного хозяйства (ВКХ) - это одна из ведущих отраслей городского хозяйства. Это сложные, насыщенные различным оборудованием системы. Оборудование необходимо для подготовки, подачи и распределения питьевой воды, для сбора, отведения и очистки сточной воды и обработки образующихся осадков. В общем виде: - чтобы достичь какого- либо технологического результата необходимо иметь технологический процесс и оборудование, с помощью которого он осуществляется.
Основным оборудованием в системе ВКХ является механическое (электромеханическое) оборудование. От его технического уровня зависит общий уровень и экономичность работы водопроводно-канализационных сооружений, а так же условия труда работающих. При выборе оборудования для систем водоотведения необходимо обращать внимание не только на механизацию отдельных операций, но и на санитарные условия работы: очень важно исключить контакт обслуживающего персонала со сточной жидкостью или осадком.
Механическое оборудование, практически, имеется в любой технологической схеме очистки. Оно обеспечивает включение, отключение сооружений или установок, перераспределение потоков между сооружениями, перемешивание, дозирование, перекачку воды и осадков, обеззараживание, обезвоживание шламов и т.д.
В качестве примера применения оборудования ниже рассмотрены схемы водоснабжения и водоотведения населенного пункта.
Схема водоснабжения
На рисунке (приложение 1) показано основное механическое оборудование, располагаемое на сетях и сооружениях водоснабжения.
Схемы водоснабжения городов и промышленных предприятий могут быть очень разнообразны и зависят от вида источника водоснабжения (река, водохранилище, озеро, подземные воды), качества воды в нем, общего водопотребления и рельефа местности.
На рис.(приложение 1) представлена одна из возможных схем водоснабжения населен. пункта из поверхностного источника.
Комбинированные водозаборные сооружения состоят из затопленного оголовка (І), самотечных труб и береговой приемной камеры, совмещенной с насосной станцией первого подъема (ІІ).
Береговой колодец оборудуется съемными решетками (1), щитовыми затворами (2), тарельчатым клапаном(3), вращающимися сорозадерживающими сетками(5), вертикальными насосами (7).
Для удаления песка из колодца применяют гидроэлеватор (4). На всасывающем труб-де насосов устанавливается задвижка (6), на напорном трубопроводе – задвижка 8 и обратный клапан 9. Монтаж-демонтаж оборудования, подъем решеток и затворов осуществляется с помощью грузоподъемных механизмов (16) (кран балки, тали, мостовые краны и т.д.).
В зависимости от качества речной воды подбирается состав сооружений очистки воды (ОСВ). На рис. в состав ОСВ входят радиальные(У) и горизонтальные (У11) отстойники и скорые фильтры(1Х).
Радиальные отстойники оборудуются скребками(10) для сбора осадка с поверхности днища. Удаление осадка из горизонтальных отстойников осуществляется через желоба или трубы.
Фильтры оборудованы поплавковым регулятором скорости фильтрации(11).
Для измерения расхода воды применяют расходомеры, например, трубу Вентури(22).
Для улучшения качества очистки питьевой воды применяют химические реагенты: коагулянты и флокулянты. Для их приготовления, дозирования и ввода существует спец. оборудование (затворные и расходные баки, мешалки, дозаторы, насосы дозаторы), которые размещаются в специальном помещении, называемом реагентное хозяйство.
Для перемешивания реагентов с водой применяют смесители(У1) различной конструкции(ершовый, вихревой, дырчатый и т.д.).
После фильтров вода обеззараживается с помощью хлора, озона, гипохлорита натрия, ультофиолетового облучения (УФО).
Получение дезинфицирующих средств производится в спец. установках: УФО, озонаторах, хлораторах, электролизерах.
Затем вода поступает в РЧВ(1Х), откуда с помощью центробежных горизонтальных насосов(15) Н.ст.11 подъема (Х) подается потребителю в водопроводную сеть города.
РЧВ оборудуются запорными поплавковыми клапанами(13), приемными сетками (14) или воронками, вентиляционными трубами, световыми люками и лазами.
Насосные станции и очистные сооружения также оборудуются подъемно-транспортными приспособлениями(16).
На напорных водоводах за насосной станцией второго подъема в камере предохранительной арматуры (Х1) устанавливаются обратный клапан(9) и гаситель гидравлического удара(17).
Для обеспечения нормальной эксплуатации и во избежание аварий, водоводы оборудуются предохранительной арматурой: клапанами для впуска и защемления воздуха(18), выпусками с задвижками(19), гасителями гидравлического удара, вантузами(20).
Для забора воды во время пожара на сети устанавливаются пожарные гидранты(21).
Схема водоотведения
На рисунке (приложение 2) показано основное механическое оборудование, располагаемое на сетях и сооружениях водоотведения.
Вы знаете, что для канализационных сетей наиболее экономичный самотечный режим, но достичь этого из-за сложности рельефа не всегда удается, поэтому приходится устраивать перекачивающие Н.ст. Перед Н.ст. на самотечном коллекторе устанавливается задвижка (1) с выводом колонки управления (штурвала) на поверхность земли. Если задвижки имеют большой диаметр, то они, как правило, электрифицированы и управляются с пульта Н.ст.
Для защиты насосов от засорения крупными примесями, содержащимися в ст. воде, в приемном резервуаре Н.ст. устанавливаются решетки ( с ручным, механическим удалением отбросов или решетки-дробилки РД) -2. Величину прозоров в решетках принимают в зависимости от проходного сечения насоса от16 до 120мм (прозоры должны быть меньше прохода на 10-20мм).
На ОСК для переключений, отключений, перераспределений потоков воды устанавливают щитовые затворы (3) различной конструкции и размеров.
В здании решеток (11) устанавливаются, как правило, механические решетки 4 с прозорами не более 16мм или комбинированные решетки-дробилки типа РД.
Решетки служат для задержания крупных отбросов. Отбросы собираются и измельчаются в дробилках 4а. Иногда отбросы собираются в контейнеры и вывозятся (на иловые площадки, на мусороперерабатывающие заводы или в специально отведенные места на захоронение).
Песколовки предназначены для выделения из воды минеральных частиц (песок, окалина, шлак и т.п.). Для удаления задержанного песка в зависимости от типа песколовки применяется различное оборудование: для вертикальных и тангенциальных применяют шнеки, для горизонтальных с прямолинейным движением воды и аэрируемых – скребки, систему гидросмыва и гидроэлеваторы; для горизонтальных с круговым движением воды – гидроэлеваторы и эрлифты.
Первичные отстойники предназначены для выделения крупных органических включений, которые выделяются методом отстаивания: более тяжелые оседают на дно, легкие – всплывают. Поэтому первичные отстойники оборудуются устройствами для сгребания осевшего осадка (скребки, илоскребы ( 6) и удаления плавающих веществ (плавающие воронки, бункеры, поворотные трубы и т.д.).
В аэротенках происходит удаление органических веществ в процессе биологической очистки сточных вод: микроорганизмы активного ила (или биопленки-в биологических фильтрах) извлекают из сточной воды растворенные органические загрязнения и перерабатывают их. Необходимый для их жизнедеятельности кислород (который они могут потреблять только в растворенном виде) подается в аэротенк вместе с воздухом принудительно от воздуходувной станции. Устройства, которые подают и распределят воздух внутри емкости аэротенка, называются аэраторами – это и есть основное оборудование аэротенков. Аэраторы бывают различных типов и конструкций. На рис. приведены пневматические 7 и механические 7а аэраторы.
Вторичные отстойники предназначены для разделения образовавшейся иловой смеси (методом отстаивания) на очищенную воду и активный ил. Вода отводится самотеком на последующие сооружения, а осевший ил собирают со дна отстойника: в радиальных -илососами 8, в горизонтальных – скребками. Для удаления ила из отстойников применяют эрлифты, илососы, иловые трубы (самотечное удаление под гидростатическим напором).
Доочистка. Чтобы не загрязнять водоемы к качеству очистки сточной вод предъявляют высокие требования, поэтому предусматривается ее более глубокая очистка на сооружениях доочистки. Это оборудование представлено барабанными сетками или микрофильтрами 9, зернистыми фильтрами 9а.
Для обеззараживания ст. вод в схемах очистки применяют хлораторные, электролизные, озонаторные установки, ультрофиалетовое облучение и т.д. При хлорировании раствор хлора (хлорная вода) для смешивания со сточной водой, вводится в поток перед смесителем (10). В качестве смесителей применяют лоток Паршаля, лоток Вентури, ершовые смесители. Для того, чтобы проявилось бактерицидное действие реагента (например, хлора), т.е. чтобы погибли патогенные микроорганизмы, необходимо не менее 30 минут, этот продолжительный контакт хлора с водой происходит в контактных резервуарах (1Х).
При необходимости, например, при сбросе очищенных стоков в рыбохозяйственный водоем 1 категории водопользования ст. жидкость подвергается насыщению кислородом. Для этого применяют пневматические, механические аэраторы или, если позволяет рельеф (крутой берег)-водосливы-аэраторы.
Выпуск в водоем бывает береговой или русловой (а русловой в свою очередь: сосредоточенный, рассредоточенный или рассеивающий).
В процессе очистки на ОСК образуются различные виды осадков, выделенных из ст. вод: -на решетках – крупные отбросы;
-в песколовках – песок, минеральные частицы;
-в первичных отстойниках – сырой осадок;
-во вторичных отстойниках активный ил.
Отбросы с решеток дробятся с помощью молотковых дробилок, а затем сбрасываются в лоток перед решетками или вывозятся со станции. При применении комминуторов (решеток-дробилок типа РД) происходит одновременно процесс задержания и измельчения отбросов под водой, без контакта человека с отбросами.
Песок с помощью устройств удаляется из песколовок, а затем обезвоживается в песковых бункерах(20) или подсушивается на песковых площадках. Перед бункерами часто устанавливают гидроциклоны, в которых песок отмывается от налипших на песчинки органических загрязнений.
Осевший во вторичных отстойниках активный ил имеем очень большую влажность (99,5%) и, следовательно, большой объем. Подавать его в таком виде на дальнейшую обработку не рационально, поэтому он проходит уплотнение (сгущение) в специальных сооружениях – илоуплотнителях (1Х).
Осадок из первичных отстойников и избыточный ил может проходить обработку в метантенках (Х11), после чего он приобретает способность не загнивать и обезвреживается.. В метантенках происходит анаэробное сбраживание осадка, т.е. сложные органические вещества окисляются или восстанавливаются до более простых. Для нормального течения процесса всю массу осадка нужно перемешивать, поэтому метантенки оборудуются мешалками 11. Для интенсификации процесса сбраживания осуществляется подогрев осадка через паровой инжектор 21. Образующийся в процессе брожения газ отводится в газовую сеть 12 и может быть использован в котельной для отопления. Влажность осадка после метантенков составляет 96-98% - это затрудняет его использование и транспортировку. Поэтому применяют обезвоживание осадка ( т.е. удаляют воду механическим путем) до вл. 60-85% на специальном оборудовании (15) : центрифугах, цетрипрессах, декантерах, вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и др. Теперь осадок можно легко транспортировать.
При обезвоживании осадков применяют ряд реагентов (хлорное железо, известь, различные флокулянты). Для их приготовления необходимо оборудование, располагаемое в реагентном хозяйстве: затворные и расходные баки, мешалки, дозаторы, смесители и т.п.).
Для еще большего снижения объема осадка и получения полностью обезвреженного сыпучего продукта применяется термическая сушка осадка в специальных установках 17. (иногда, для этих целей применяется оборудование называемое центридрай). Осадок приобретает влажность 30-50%. А после сжигания осадка в спец. печах его объем уменьшается относительно первоначального в 80-100 раз, а влажность снижается до 10%.
Трубопроводная арматура водопроводно-канализационных сооружений
Трубопроводной арматурой называются устройства, предназначенные для отключения, распределения, регулирования, смешения и сброса потоков воды.
Классификация арматуры:
1). По управлению арматура подразделяется на:
-арматуру с ручным управлением – управляется вращением маховика, насаженного на шпиндель;
-приводная- снабжена приводом, установленным на арматуре.
Привод может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим, электромагнитным.
2) . По характеру выполняемых функций: запорная, регулирующая, предохранительная, водоразборная.
Запорная и регулирующая арматура – это задвижки, вентили, краны пробковые и шаровые, дисковые затворы, заслонки.
Предохранительная арматура – это приемные, обратные, предохранительные клапаны, клапаны для впуска и выпуска воздуха, вантузы, гасители гидравлического удара.
Водоразборная арматура – уличные водоразборные колонки краны, пожарные гидранты.
Основными параметрами арматуры являются: условное давление рабочей среды и условный диаметр прохода (называется «условным проходом»).
Давление различается:
Абсолютное, атмосферное, избыточное.
Атмосферное (Ратм) - 760мм рт.ст. = 1,06атм.
Абсолютное (РА) – Это атмосферное давление в данной среде плюс избыточное давление показываемое манометром, т.е. полное давление.
РА=Ратм.=РИ
Избыточное (РИ) – это разница между абсолютным давлением данной среды и атмосферным.
РИ=РА-Ратм.
Проще это давление среды без учета атмосферного давления. Вот это давление приводится в характеристике арматуры.
Размерность, Единицы давления
Чаще всего встречаются две диницы:
кгс/см2 – килограмм сила на см2 и МПа – мегапаскаль
1 кгс/см2 = 1 атм. = 10м вод.ст. = 98 кн/м2 = 0,1 МПа = 100 кПа
1 мм вод.ст. = 1 кгс/м2 = 9,8 н/м2
1мм рт.ст. = 133,322 н/м2
Давление в системе разделяется на: условное, рабочее и пробное.
Условное давление (Ру) – это наибольшее избыточное рабочее давление при tº=20ºС, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов.
Рабочее давление (Рраб.) – это наибольшее избыточное рабочее давление при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов при рабочей температуре среды. Для tº до 120ºС условное давление равно рабочему давлению.
Пробное давление (Рпр) – это избыточное давление, при котором арматура и трубопроводы подвергаются гидравлическому испытанию на плотность и прочность водой при Т не выше 1200
Каждый вид трубопроводной арматуры имеет маркировку (обозначение)- т.е. комбинацию цифр и букв, которая характеризует арматуру.
Первые две цифры – обозначают вид арматуры:
14 и 15 – вентили
16 – обратные подъемные и приемные клапаны
19 – обратные поворотные клапаны
30 и 31 – задвижки
32 – затворы
Далее идут одна или две буквы, обозначающие материал корпуса арматуры:
С – сталь
лс- легированная сталь
нж – нержавеющая сталь (коррозионно стойкая)
ч – серый чугун
кч – ковкий чугун
Б – бронза, латунь
ВП – винипласт
П –пластмассы
Далее (после букв обозначающих материал корпуса) одна или две цифры, которые обозначают конструктивные особенности изделия. Если это обозначение состоит из 3-х значного числа, то первая цифра указывает вид привода:
3-механический с червячной передачей
4-то же, с цилиндрической зубчатой передачей
5 – то же, с конической зубчатой передачей
6 – пневматический
7 – гидравлический
8 – электромагнитный
9 – электрический
Далее одна или две буквы обозначения указывают материал уплотнительных поверхностей затвора:
бр- бронза, латунь
нж - нержавеющая сталь
бт – баббит
к – кожа
э – эбонит
вп – винипласт
п – пластмасса