Основы водоснабжение населенных мест

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал НИЯУ МИФИ

Лекции

по дисциплине «Водоснабжение и водоотведение»

для специальности: 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

форма обучения: очная, очно-заочная и заочная

Волгодонск 2010

УДК 696 (076.5)

Составитель Ткачёва Ю.Ю.

Лекции по дисциплине «Водоснабжение и водоотведение» / ВИТИ НИЯУ МИФИ. Волгодонск, 2010. 96 с.

Предназначены для студентов очной, очно-заочной и заочной формы обучения специальности 270102 - Промышленное и гражданское строительство

1 Основы водоснабжение населенных мест

1.1 Системы водоснабжения населенных мест

Системы водоснабжения представляют собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и обработку ее, транспортирование и подачу потребителям требуемых расходов, качества под необходимыми напорами.

Кроме того, система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, т. е. Обеспечивать снабжение потребителей водой без снижения установленных показателей своей работы в отношении количества и качества подаваемой воды (перерывы в подаче воды, снижение подачи воды, ухудшение ее качества в недопустимых пределах).

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров.

По способу подачи воды различают самотечные водопроводы (гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источник о в различают водопроводы, забирающие воду из поверхностных источников -- рек, водохранилищ, озер, морей, и водопроводы, забирающие воду из подземных источников (артезианских, родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания.

На основе технико-экономических расчетов часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные или производственно-хозяйственно-противопожарные. Так, в городах и поселках обычно устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод. На промышленных предприятиях, как правило, сооружают два раздельных водопровода -- производственный и хозяйственно-противопожарный. Объединенный производственно-хозяйственно-противопожарный водопровод устраивают тогда, когда для технологических нужд предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества. На некоторых промышленных предприятиях устраивают специальные противопожарные водопроводы.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми. Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом. Небольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют обычно местными системами водоснабжения.

В случаях когда отдельные части территории имеют значительную разницу в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения. При таком рельефе местности в сети для высокорасположенных участков насосы должны поддерживать высокое давление, которое недопустимо в сети для низко-расположенных участков (обычно при шести -- восьмиэтажной застройке в сети поддерживается давление не более 0,6 МПа). В связи с этим водопроводную сеть разбивают на зоны, для каждой из которых устанавливают требуемый напор.

После определения необходимого объема водопотребления объекта и сбора сведений о возможных для использования природных источниках, выбирается конкретный источник водоснабжения и намечается схема СПВ (схема подачи воды).

1.2 Схемы водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий

Рисунок 1.1. Схема водоснабжения из поверхностных вод

1. источник водоснабжения;

2. - фильтр;

3. - водозабор;

4. - насосная станция первого подъема;

5. - очистные сооружения;

6. - резервуары чистой воды;

7. - насосная станция второго подъема;

8. - водонапорная башня;

9. - водоводы;

10. - разводящие сети

Рисунок 1.2. Схема водоснабжения из подземных источников.

1. источник водоснабжения;

2. - фильтр;

3. - буровая скважина;

4. - насос первого подъема;

5. - динамический уровень;

6. - статический уровень;

7. - павильон над буровой скважиной;

8. - водовод от водозаборного сооружения до очистных сооружений;

9. - очистные сооружения;

10. - резервуары чистой воды;

11. - насосная станция второго подъема;

12. - водонапорная башня;

13. - водоводы;

14. - разводящие сети.

Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение:

Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки ее.

Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам ее очистки, хранения или потребления.

Сооружения для очистки и улучшения качества природной воды - станции ХВО.

Водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды потребителям.

Регулирующие и запасные емкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды.

В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех СПВ существуют сооружения для очистки сточных вод.

Система водоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, взаимосвязанных в работе. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась их четкая работа в общей цепи, а потребитель в результате получал нужное количество воды заданного качества под необходимым напором.

С этой целью для каждого из сооружений строго установлены расчетные расходы:

Максимальный суточный расход, на который рассчитываются водозаборные сооружения, очистная станция, резервуар и насосные станции первого и второго подъема.

Средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления, необходимый для установления расчетной (средней) часовой производительности водозаборных сооружений, очистной станции и расчета водоводов первого подъема.

Максимальный часовой и соответствующий ему секундный расход воды, на которые рассчитывается водопроводная сеть и производительность насосной станции при подаче пожарного или максимального хозяйственного расхода без напорно-регулирующих сооружений.

водозаборный сооружение подземный насосный

Рис. 1.3 Схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия

Рис. 1.4 Схема оборотного водоснабжения промпредприятия

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

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

На рис. 1.3 приведена схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия. Насосная станция 4, расположенная вблизи водозаборного сооружения 5, подает воду для производственных целей в цехи / по сети 2. Для хозяйственно-противопожарных нужд поселка 6 и цехов 1 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. 1.4 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 6 возвращают на насосную станцию 2 и насосами 8 по напорным трубопроводам 9 направляют в цехи предприятия 1. 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.

1.3 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).

Подземные источники водоснабжения характеризуются сравнительно устойчивым химическим составом воды, чистотой в бактериальном отношении, высокой прозрачностью, низкой цветностью, отсутствием взвешенных веществ. Однако мощность их ограничена, и они часто имеют высокую минерализацию, т. е. повышенное содержание растворенных солей железа, марганца, фтора и т. д.

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность. Примером безнапорных вод может служить вода в водоносных горизонтах, вскрытых колодцами К1 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 К1 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 К4 (см. рис. 1.3). 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. 1.3). 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. 1.4).

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.



Рис. 1.5 Схема образования и залегания подземных вод

1 - водоупорные породы; 2 -- водоносные породы;

К1 -- К4 -- колодцы; И1 -- И3 -- источники (родники)

Рис. 1.6. Депрессионные воронки

а -- безнапорных вод; б -- напорных вод;

1-- водоупорные породы; 2 -- водоносные породы;

АА -- статический уровень; А'А' -- пьезометрическая линия при отсутствии откачки; ББ и Б'Б' -- динамические уровни

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, водохранилища и озера. Для промышленных целей может использоваться и морская вода.

Поверхностные источники имеют свои особенности и крайне уязвимы. Ледяной покров, дожди, паводки неизбежно изменяют как количество, так и качество воды. Вода в поверхностных источниках содержит различные примеси -- минеральные и органические, а также бактерии.

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.

1.4 Принцип работы водозабора берегового типа

Условия в месте забора воды:

1. крутой берег

2. глубина водоема более 10 м

3. устойчивые плотные грунты

4. колебания уровней воды более 6 м

5. незначительные образования донных наносов/

Береговой водозабор раздельного типа.

- колодец из железобетона на склоне берега;

- входные (приемные) окна с решетками из стальных стержней с зазором 40-100 мм для грубой очистки. При значительном колебании уровня воды располагаются в два яруса;

- перегородка;

- сетка, устанавливаемая в проеме перегородки;

- приемная камера;

- всасывающая камера;

- всасывающие патрубки;

- центробежные насосы, расположенные в насосной станции;

- всасывающие трубы центробежных насосов в специальной галерее;

- служебный павильон, устраиваемый над водоприемным колодцем, из которого осуществляется управление арматурой и механизмами очистки сеток.

Раздельный водозабор берегового типа представляет собой колодец 1 (обычно железобетонный), передняя стенка которого выходит в русло реки. Вода поступает в водозабор через входные окна 2, снабженные решетками для предотвращения попадания внутрь водозабора крупного мусора и посторонних предметов.

Далее вода проходит через сетки 4, установленные в перегородке 5, разделяющей водозаборный колодец на два отделения: А - приемное и В - всасывающее. На сетках задерживается значительная часть загрязнений (водоросли, мелкий сор).

Вода, прошедшая через сетки сквозь всасывающие трубы 3, забирается насосами 7. Над водозаборным колодцем надстраивается служебное помещение 6. Устройство насосной станции в отдельно стоящем здании 8 может быть обусловлено характером рельефа берега и степенью его затопления паводковыми водами.

Для лучшего всасывания желательно располагать насосную станцию 8 как можно ближе к водозаборному колодцу.

Рисунок 1.7. Раздельный водозабор берегового типа

Для водозаборов средней производительности и наличии неплотных грунтов устраивают береговые колодцы совмещенного типа.

Рисунок 1.8. Береговой водозабор совмещенного типа

1 - береговой колодец; 2 - водоприемные окна;

3 - сороудерживающие решетки;

4 - затворы (шиберы) для закрытия окон;

5 - плоские сетки; 6 - мостик для обслуживания решеток;

7 - колонка управления затворами; 8 - насосная станция;

9 - насос; 10 - напорный трубопровод.

1.5 Водозаборные сооружения руслового типа

1. пологий берег

2. малая глубина водоема (до 10 м)

3. неустойчивые грунты в основании берега

4. амплитуда колебания воды менее 6 м

5. незначительные образования донных наносов

Водозабор руслового типа несовмещенный с насосной станцией:

- оголовок

- самотечные линии

- береговой колодец: приемная камера

всасывающая камера

разделяющая перегородка с

сеткой

- всасывающие патрубки

- центробежные насосы, расположенные в насосной станции первого подъема

Рисунок 1.9. - Береговой водозабор совмещенного типа

1 - береговой колодец;

2 - водоприемные окна;

3 - сороудерживающие решетки;

4 - затворы (шиберы) для закрытия окон;

5 - плоские сетки;

6 - мостик для обслуживания решеток;

7 - колонка управления затворами;

8 - насосная станция;

9 - насос;

10 - напорный трубопровод.

Самотечные линии выполняют из стальных, железобетонных и асбестоцементных труб не менее чем в две нитки.

Оголовки бывают деревянными, бетонными и железобетонными.

1.6 Водозаборные сооружения для приема подземных вод. Водозаборные скважины

Выбор типа сооружения для приема подземных вод зависит от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта.

Каптажные камеры применяют при необходимости использования для целей водоснабжения ключевой воды. Каптажные камеры устраивают по типу шахтных колодцев.

Горизонтальные водосборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м) при малой мощности водоносного горизонта.

Представляют собой дренаж или водосборные галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта. Вода, поступившая из грунта в дренажные трубы, подается по ним в сборный резервуар, а оттуда откачивается насосами.

Шахтные колодцы применяют для приема небольших количеств воды для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м. Их используют при индивидуальном водопользовании. Вода в них поступает через дно и частично через стенки.

1 - железобетонная крышка; 2 - вентиляционная асбестоцементная труба диаметром 150 мм; 3 - отмостка щебнем, втрамбованным в грунт, слоем 10 см; 4 - глиняный замок; 5 - обратный фильтр.

Водозаборные скважины служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Наиболее распространенный вид водозаборных сооружений. Для целей централизованного водоснабжения применяются несколько трубчатых колодцев или водозаборных скважин. Характерной особенностью трубчатых колодцев является их малый диаметр и относительно большая длина водозаборной части.

Стенки скважины поле бурения закрепляют стальной обсадной трубой. Эту трубу опускают до верхней границы залегания водоносных пород.

В обсадную трубу опускают трубу 2 меньшего диаметра, которую доводят до нижней границы залегания водоносных пород, немного заглубляя в водоупор.

В трубу 2 опускают фильтр, предназначенный для защиты колодца от занесения частиц грунта.

Затем трубу 2 удаляют из скважины, а кольцевое пространство стенками фильтровой и обсадной труб уплотняют путем установки сальника.

В ряде случаев в грунте с внешней стороны обсадной трубы устраивается «цементный замок».

Вода отводится самотечными трубами в сборный резервуар, из которого она перекачивается насосами.

1.7 Зоны санитарной охраны водоёмов

Пояс строгого режима включает в себя место водозабора и акваторию, которая к нему прилегает, водоочистительные сооружения. Пояс ограничен бакенами на воде: вверх по течению реки 200 м, вниз по течению реки 100м. На территории суши ограничивается колючей проволокой, военизированной охраной.

2-ой Пояс ограничения ограничивает возможности сброса сточных вод, внесение сельскохозяйственных построек, удобрений. Пояс равняется 3 - 5 суточному пробегу реки (за этот период в реках осуществляются процессы самоочищения).

30 км для больших рек (Волга) , 60 км для малых вод

Внизу по течению реки 200 м.

3-ий Пояс наблюдения находится вверх по течению реки по всей реке. Грунтовые воды: Зона строгого забора, место забора обнесено колючей проволокой.

Зона ограничения составляет площадь 1 га (~55 м радиус)

Пояс наблюдения отсутствует, потому что очень трудно проследить ход этих вод под землёй.

Межпластовые воды: Место забора обнесено колючей проволокой.

Зона ограничения площадью 0,3 га (радиус 30 м)

1.8 Свойства и качество воды

Качество воды характеризуется ее физическими, химическими бактериологическими свойствами.

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

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 1 мг порошка платины.

Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц и выражается в миллиграммах на литр (мг/л).

Химические свойства воды 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.

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. Бактериальное загрязнение воды измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-mump -- объем воды в кубических сантиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка. Коли-индекс -- число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды.

1.9 Требования, предъявляемые к качеству воды

Весьма разнообразны и зависят от того, на какие нужды расходуется вода. На хозяйственно питьевые, души и бани, технологические процессы должна подаваться вода удовлетворяющая ГОСТ 2874-82 ''Вода питьевая''. Вода должна быть без вредна, без цвета, без запаха и вкуса.

Требования к воде расходуемые на производственные процессы различны. Для питания котлов должна применяться улучшенная вода.

Показатели, необходимые для характеристики качества воды, определяются характером использования воды различными потребителями.

Минеральные примеси различных природных вод по качественному составу примерно постоянны и отличаются лишь концентрациями, установление которых и входит в задачу анализа природных вод. Важнейшие показатели качества воды,-- это концентрация грубодисперсных примесей (взвешенные вещества), концентрация ионов Na+ + К+, Са2+, Mg2+, Fe2+, NH4+, НСО3-, Сl-, SO42-, NO3-, NО2-, рН воды, удельная проводимость, технологические показатели (например, сухой и прокаленный остаток, щелочность, жесткость; кремнесодержание, окисляемость), концентрация растворенных газов О2 и СО2.

Содержание грубодисперсных (взвешенных) веществ выражают в миллиграммах на килограмм (мг/кг) и определяют фильтрованием 1 л. пробы воды через бумажный фильтр, который затем высушивают при температуре 105--110°С до постоянной массы. Этот способ точен, но весьма трудоемок, в связи с чем для оперативного контроля наличия взвешенных веществ используют либо различные нефелометрические методы, либо приемы, заключающиеся в косвенном определении взвешенных веществ по прозрачности и мутности воды.

Прозрачность воды определяют с помощью методов шрифта и креста. Для первого способа применяют градуированный на сантиметры стеклянный цилиндр высотой 30 см, под дно которого подложен определенный шрифт. Столб воды в сантиметрах, через который еще можно прочесть текст, и определяет прозрачность воды. Прозрачность по кресту определяют по той же методике, используя трубку длиной 350 см, диаметром 3,0 см, на дно которой помещают бумажный круг с крестом, имеющим ширину линий в 1 мм.

* Здесь и далее имеются расхождения между методикой измерения концентраций (отмеривание определенного объема раствора) и способом ее выражения в СИ. При плотности анализируемого раствора, включая природную и контурные воды, близкой к 1 кг/дм3, численные выражения концентраций по отношению к 1 кг массы, 1 л (допустимая внесистемная единица) и к 1 дм3 равноценны.

Мутность воды, пропорциональную содержанию в воде взвешенных частиц, определяют, сравнивая анализируемую пробу с определенным эталоном мутности.

Концентрацию основных ионов-примесей природных вод определяют методами химического анализа и выражают в единицах миллиграмм на килограмм (мг/кг) или миллиграмм-эквивалент на килограмм (мг-экв/кг). Правильность определения концентраций катионов и анионов, т. е. солей, образованных эквивалентным количеством ионов, проверяют на основании закона электронейтральности по уравнению

1.10 Технологические показатели качества воды

Сухой остаток определяют, упаривая 1 л профильтрованной воды, подсушивая остаток при 105 °С и взвешивая его. При этом необходимо учитывать, что в указанных условиях термический распад бикарбонатов протекает с выделением СО2, т. е. вместо каждых 122 мг бикарбонат-ионов в составе сухого остатка остается 60 мг карбонат-ионов. В реальных условиях сухой остаток может оказаться несколько больше расчетного значения солесодержания (т. е. суммы концентраций отдельных ионов) из-за того, что некоторые соли при температуре 105 °С удерживают часть кристаллизационной воды и в сухом остатке присутствуют коллоидные, в том числе и органические, примеси. Поэтому сухой остаток нужно рассматривать как показатель, лишь приближенно характеризующий загрязненность воды и дающий порядок его величины.

Плотный осадок определяют, подсушивая при 105 °С упаренный остаток нефильтрованной воды, содержащей также и грубодисперсные примеси, концентрацию которых можно найти по разности плотного и сухого остатков воды.

Общей щелочностью воды (Щ0), мг-экв/кг, называют сумму миллинормальных концентраций всех анионов слабых кислот и гидроксильных ионов за вычетом концентрации ионов водорода:

В зависимости от типа анионов, обусловливающих щелочность, различают щелочность бикарбонатную, карбонатную, силикатную, гидратную, фосфатную:

Що=Щб+Щк+Щс+Щф+Щг

В большинстве природных вод концентрация бикарбонат-иона преобладает над концентрациями других анионов слабых кислот, поэтому общая щелочность обычно численно совпадает с концентрацией бикарбонатов, выраженной в единицах мг-экв/кг.

Так как аналитически достаточно надежно определенным значением щелочности можно считать 10-5 н. (0,01 мг-экв/кг), учет гидратной щелочности следует проводить лишь при концентрации ионов ОН- > 10-5 н., т. е. при рН > 9.

Экспериментально щелочность определяют титрованием пробы воды кислотой в присутствии кислотно-щелочных индикаторов, меняющих свою окраску при различных значениях рН. Как видно из табл. 3, в случае использования индикаторов, меняющих свою окраску при рН » 8,2 (фенолфталеин) и рН»4,4 (метиловый оранжевый), при титровании легко идентифицировать бикарбонатную гидратную и карбонатную щелочность. Обозначая через Ф количество израсходованной кислоты при титровании по фенолфталеину и через М суммарный расход кислоты по фенолфталеину и метиловому оранжевому с учетом мольных переходов СО32- > НСО3- > Н2СО3, получаем данные для определения вида щелочности Щ0г Щк, Щг (таблица 7).

Жесткость воды -- один из важнейших показателей ее качества. Общей жесткостью (ЖО) называют суммарную концентрацию ионов кальция и магния, выраженную в эквивалентных единицах (мг-экв/кг, а при очень малых значениях -- в мкг-экв/кг). Общую жесткость воды подразделяют на кальциевую и магниевую. Часть ЖО (в предельном случае при ЩО> ЖО вся жесткость), эквивалентная содержанию бикарбонатов, называется карбонатной жесткостью, разность между общей и карбонатной жесткостями называется некарбонатной жесткостью.

Процесс выделения из воды ионов Са2+ и Mg2+ получил название умягчения воды. Воды с высокой жесткостью, дают плотные отложения на теплопередающих поверхностях.

По значению общей жесткости природных вод установлена следующая классификация: ЖО < 1,5 мг-экв/кг -- малая жесткость, ЖО =1,5- 3,0 мг-экв/кг -- средняя, ЖО = 3,0 - 6,0 мг-экв/кг-- повышенная, ЖО = 6,0 - 12,0 мг-экв/кг-- высокая, Жо > 12 мг-экв/кг -- очень высокая жесткость.

Окисляемость воды -- это показатель, имеющий условное значение и представляющий собой расход какого-либо сильного окислителя, необходимого для окисления в определенных условиях органических примесей, которые содержатся в 1 л воды. Обычно для этих целей применяют перманганат калия (КМnО4) или бихромат калия (К2Сг2О7), различая соответственно перманганатную и бихроматную окисляемость. Результаты определения перманганатной окисляемости воды выражают в кислородных или перманганатных единицах (О2, КМnО4, мг/кг), различающихся в 3,95 раза. Бихроматная окисляемость обычно превышает в 2-- 2,5 раза перманганатную, а разность между ними позволяет судить об устойчивости органических примесей к действию окислителей. При определении окисляемости обоих видов происходит окисление не только содержащихся в воде органических веществ, но и некоторых неорганических, например закисного железа, сероводорода, нитритов. Поэтому следует еще раз подчеркнуть, что окисляемость характеризует содержание в воде органических веществ лишь приближенно и условно.

Окисляемость чистых грунтовых вод составляет обычно 1--3 мг О2/кг, в то время как в водах поверхностных источников окисляемость повышается до 10--12 мг О2/кг. Реки болотного происхождения и поверхностные источники, в период паводка отличаются очень высокой окисляемостью, превышающей, например, 30 мг О2/кг. Сточные воды, содержащие органические вещества и сбрасываемые в водоемы, могут повышать окисляемость воды различных источников.

Для суммарной оценки органических загрязнений воды в последнее время начинают применять метод сорбции из воды органических веществ активированным углем с последующим его высушиванием и экстракцией из него этих веществ хлороформом (метод угольно-хлороформного экстракта). В массовых единицах (мг/кг) оценивают в ряде случаев содержание общего органического углерода в воде.

Концентрация растворенных газов в воде зависит от их природы, температуры воды и парциального давления, типа и концентрации минеральных и органических примесей воды, рН воды и т. п.

1.11 Биологические показатели качества воды

Вода -- среда для развития многочисленных форм вирусов, бактерий, простейших и сложных организмов. К числу бактериальных и вирусных водных инфекций относятся дизентерия, брюшной тиф, холера, полиомиелит, бруцеллез и др.

Для определения чистоты воды в качестве критерия выбрана кишечная палочка. Кишечные палочки отмирают в воде медленнее многих болезнетворных бактерий, поэтому уничтожение кишечных палочек в процессе обеззараживания воды гарантирует в значительной мере отсутствие болезнетворных бактерий. Количество кишечных палочек в воде выражается коли-титром (к-т), т.е. тем объемом воды в 1 см3, в котором содержится одна кишечная палочка, или коли-индексом (к-и) -- количеством кишечных палочек в 1 кг воды. Согласно ГОСТ для питьевой воды коли-титр должен быть не менее 300 (или коли-индекс не более 3).

В поверхностных водоемах находится также большое количество водорослей и микроорганизмов. Совокупность водорослей и микроорганизмов, обитающих в объеме воды, называется соответственно фито- и зоопланктоном, организмы, населяющие дно водоемов, называются бентосом. Питьевая вода не должна содержать живых и мертвых планктонных организмов, продуктов обмена веществ и распада клеток этих организмов. Обеспечение этого условия осложняется при так называемом цветении воды, т. е. массовом развитии планктона. Применение воды, содержащей планктон, затрудняет нормальное протекание процесса ее обработки для целей промышленного использования. В отечественной практике водоподготовки цветность воды принято определять сравнением со стандартной платиново-кобальтовой шкалой и выражать результат измерения в градусах этой шкалы. Запах и вкус оцениваются количественно по пятибалльной системе.

В заключение отметим, что содержание в природных водах примесей различной степени дисперсности вызывает необходимость очистки ее в несколько стадий. На первом этапе из воды удаляются коллоидные и грубодисперсные вещества, на последующих -- ионо-дисперсные вещества и растворенные газы. Такой системный подход к выбранной последовательности технологических приемов обработки воды связан с оптимизацией технико-экономических показателей различных стадий очистки, с возможностью автоматизации работы отдельных аппаратов и повышения надежности работы водоподготовительной установки (ВПУ) в целом. Например, коллоидные примеси органических веществ в природных водах могут вызвать ухудшение показателей анионообменной части ВПУ («старение» анионитов, увеличение удельных расходов щелочи при регенерации), а коллоидные соединения железа могут быть причиной отравления ионитных мембран в электродиализных аппаратах. Неэффективная очистка добавочной воды от коллоидных и грубодисперсных веществ является одной из причин образования отложений на поверхностях нагрева и коррозии поверхности элементов проточной части турбин, что характеризует важность первого этапа очистки воды от коллоидных и грубодисперсных примесей, называемого предочисткой.

Предочистка осуществляется на основе методов, в результате реализации которых при дозировке специальных реагентов некоторые примеси выделяются из воды в виде хлопьев, имеющих размеры 0,1-- 1 мм. Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция (укрупнение) коллоидных примесей и известкование, которые обычно совмещаются одновременно в одном аппарате -- осветлителе -- в целях улучшения суммарного технологического эффекта и снижения денежных затрат. Дополнительная очистка воды после осветлителей от грубодисперсных примесей производится фильтрационными методами, которые также относятся к предочистке воды.1.10 Методы улучшения качества воды

1.12 Методы очистки воды: осветление воды

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. Из смесителя вода направляется в камеру хлопьеобразования, а затем поступает в отстойник, где происходит ее осветление.

Камеры хлопьеобразования. В этих камерах происходит образование хлопьев в процессе плавного перемешивания обрабатываемой воды с раствором коагулянта. Камеры хлопьеобразования бывают перегородчатые, лопастные, вихревые и др.

Отстойники. Процесс отстаивания основан на том, что при малых скоростях движения воды взвешенные в ней частицы под действием силы тяжести осаждаются на дно. Осветляемая вода может двигаться в отстойнике в горизонтальном, вертикальном или радиальном направлении.

Осветлители. Условия осветления воды значительно улучшаются при пропуске ее через слой взвешенного осадка. Частицы взвешенного осадка способствуют большему укрупнению хлопьев коагулянта.

Фильтрование воды. Для фильтрования воду пропускают через слой мелкозернистого фильтрующего материала, задерживающего содержащиеся в ней частицы мелкой взвеси. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит и другие материалы. Различают скорые, сверхскоростные и медленные фильтры.

1.13 Методы очистки воды: обеззараживание воды

Обеззараживание воды осуществляют с целью уничтожения бактерий, главным образом патогенных. Наиболее распространенными способами обеззараживания являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облучение.

Обеззараживание воды по методу хлорирования. Для дозирования хлора служат хлораторы. По принципу работы их делят на вакуумные и напорные. При повышении дозы хлора в воде остается неприятный запах. Такую воду необходимо дехлорировать. Для предотвращения образования хлорфенольного запаха на станциях в воду подают газообразный аммиак.

Обеззараживание воды по методу озонирования. Сущность процесса обеззараживания воды озоном заключается в окислении бактерий атомарным кислородом, образующимся при распаде озона. Озон одновременно уменьшает цветность, запахи и привкусы воды. Озон в виде озоно-воздушной смеси получают в электрических озонаторах из кислорода воздуха.

Бактерицидное облучение воды. Осуществляется с использованием ультрафиолетовых лучей, обладающих бактерицидными свойствами. В качестве источников излучения служат ртутно-кварцевые лампы высокого или низкого давления.

2. наружная водопроводная сеть

2.1 Системы подачи и распределения воды

Наружная водопроводная сеть транспортирует воду и распределяет ее потребителям.

Водопроводная наружная сеть должна удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать подачу заданного количества и качества воды потребителям под требуемым напором;

- обеспечивать экологическую надежность и бесперебойность снабжения водой потребителей (с учетом перспектив их роста);

- быть экономичной.

Все эти требования достигаются решением следующих основных задач:

- выбором экологически чистого, экономичного и надежного материала труб;

- правильным выполнением гидравлического расчета сети (определение экономически выгодных диаметров труб и потерь напора в сети);

- правильным выбором конфигурации наружной водопроводной сети в плане.

Категории потребителей:

- хоз-питьевые нужды;

- производственные цели;

- пожаротушение.

В городах устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод.

Для транспортирования воды от источников к объектам водоснабжения служат водоводы. Их выполняют из двух или более ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу. Для подачи воды непосредственно к местам ее потребления (жилым зданиям, цехам промышленных предприятий) служит водопроводная сеть. При трассировании линий водопроводной сети необходимо учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение отдельных потребителей воды, рельеф местности и т. д.

По конфигурации в плане различают водопроводные сети разветвленные, или тупиковые (рис. 2.1, а), и кольцевые, или замкнутые (рис. 2.1, б). 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 двухстороннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем разветвленных.

В хозяйственно-питьевых и производственных водопроводах, как правило, применяют кольцевые сети вследствие их способности обеспечивать бесперебойную подачу воды. В противопожарных водопроводах устройство кольцевой сети обязательно.

В водопроводной сети различают магистральные (главные) и распределительные (второстепенные) линии. Расчет проводят только для магистральных линий.

Рис. 2.1 Схемы водопроводных сетей

Наружная водопроводная сеть состоит из:

- системы магистральных линий, идущих в направлении движения основных масс воды, транспортирующих воду в районы и кварталы города (диаметры линий рассчитываются);

- распределительной сети труб, подающих воду к отдельным домовым ответвлениям и пожарным гидрантам (диаметры труб принимаются по величине пропускаемого пожарного расхода).

В практике водоснабжения используют два основных вида сетей: разветвленные (тупиковые) и кольцевые. Последние представляют собой систему замкнутых контуров или колец.

Однако в отношении надежности и обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям эти типы сетей не равноценны. Авария и выключение на ремонт любого участка тупиковой сети ведут к прекращению подачи воды всем потребителям, расположенным ниже места аварии по направлению движения воды.

В кольцевой же сети при аварийной ситуации вода может быть подана в обход по параллельно расположенным линиям. При этом нарушается снабжение водой только тех потребителей, которые присоединены к выключенному участку.

Кроме того, тупиковая сеть гидравлически несовершенна из-за значительных потерь напора ввиду частой смены диаметров труб. Однако ограниченность ее применения (в небольших поселках, для снабжения водой отдаленных районов города или крупных объектов, находящиеся друг от друга на значительных расстояниях) можно отнести скорее к ее достоинствам, чем к недостаткам.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к надежности сетей водоснабжения, в городах устраивают кольцевые сети.

При трассировке (расположении) магистралей стремятся к тому, чтобы подача воды в отдельные районы города и к отдельным крупным потребителям происходила кратчайшим путем. Трассировку водопроводов начинают только после того, как определено место расположения напорно-регулирующих емкостей. Влияние на выбор трассы магистралей оказывает рельеф местности.

Магистральные линии, по возможности, прокладывают по наиболее возвышенным точкам рельефа, что позволяет обеспечить меньшее давление в трубах. Их прокладывают в две параллельные нитки. Магистральные линии соединены между собой перемычками, которые служат для передачи воды из одной магистрали (при аварии) в другую.

2.2 Водоводы

Водоводы предназначены для транспортирования воды от водоисточника до объекта водоснабжения.

Типы водоводов и их устройство.

Рисунок 2.2. Расчетные схемы водоводов

а) напорный водовод; б) самотечно-напорный водовод.

1- резервуар; 2 - насосная станция; 3 - напорный водовод; 4 - водонапорная башня; 5 - линия гидростатического напора; 6 - линия гидродинамического напора; 7 - подземный напорный резервуар; 8 - камера переключения; 9 - самотечно-напорный водовод.

По напорным водоводам (рисунок 2.2, а) воду подают из питающего резервуара с меньшей отметки его свободной поверхности z1 в питательный резервуар на высоту z2 . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится выше линии гидростатического напора.

В самотечных водоводах (рисунок 2.2, б) отметка уровня воды в питающем резервуаре больше отметок в питаемом на величину располагаемого напора Н=z1 - z2 . Для этих водоводов линия гидродинамического напора всегда будет находится ниже линии гидростатического напора.

Напорный и самотечный водоводы работают полным сечением, самотечно-безнапорный - неполным.

Водоводы являются ответственными элементами в системе, к ним предъявляются 2 основных требования: экономичность и надежность подачи воды потребителям.

Для обеспечения бесперебойности работы водоводы укладываются обычно в две нитки, которые часто соединяют переключениями, позволяющими выключить на ремонт какой-либо участок в случае аварии на нем.

Допускается укладка водовода в одну нитку при значительной его длине и технико-экономическом обосновании. Если водовод проектируют в одну нитку, необходимо предусмотреть устройства запасных резервуаров (в конце водовода).

Водоводы укладывают из стальных, чугунных асбестоцементных и железобетонных труб. Для предохранения одного трубопровода от разлива в случае аварии на втором расстояние между нитками водовода l принимают в зависимости от материала труб, внутреннего давления и геологических условий следующим образом:

- при диаметре труб до 300 мм - l0,7м;

- при 400‹ d‹ 1000мм - l = 1м;

- при d›1000мм - l = 1,5м.

Трубы должны быть уложены на глубине, обеспечивающей незамерзаемость воды зимой, исключающей возможность не допускающей нагревание ее летом и предупреждающей повреждение труб под нагрузками от движущегося транспорта.

Для обеспечения незамерзаемости глубина укладки труб (считая до дна траншеи) должна быть на 0,5м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры

За расчетную принимают максимальную глубину проникновения в грунт нулевой температуры Нпр, определяемую на основании многолетних наблюдений. Для предупреждения нагревания воды в летнее время глубину заложения труб хозяйственно-питьевых водопроводов следует принимать не менее 0,5м, считая от верха труб.

Выбор диаметров труб.

Экономически наивыгоднейший диаметр труб напорных водоводов считается такой, при котором приведенные затраты по комплексу взаимосвязанных сооружений «Насосная станция и водовод» будут наименьшими.

Экономически наивыгоднейшим диаметром труб самотечно-напорного водовода считается такой (или комбинация из двух диаметров), которому соответствует наименьшая стоимость водовода при условии обеспечения требуемого напора в его концевой точке. Это условие выполняется при полном использовании располагаемого напора Н.

2.3 Материал водопроводных труб и типы их соединений

В современной практике строительства наружных водопроводов применяется широкий диапазон материалов для изготовления водопроводных труб.

На выбор типа материала труб существенное влияние оказывают следующие факторы:

- экология района прокладки: сейсмичность, санитарные условия, агрессивность грунтов и воды, климатические условия, гидрогеология грунтов, их механическая прочность;

- сроки эксплуатация труб;

- статические расчеты: внутреннего гидростатического давления в трубах, массы грунта и временных нагрузок, возможности образования вакуума в трубах.

С другой стороны, трубы должны легко и быстро монтироваться на строительной площадке и удовлетворять требованиям наибольшей экономичности.

Материал водопроводных труб	Типы соединений
Чугунные раструбные, d=50-120мм, L=2-10м	С асбестоцементной заделкой; на резиновых кольцах.
Асбестоцементные, d=100-500мм, L=3-5м	Асбестоцементные и металлические муфты с резиновыми кольцами
Стальные, d=50-150мм, L=4,5-12,5м	Сварка
Железобетонные d=500-1600мм, L=5м	Раструбные соединения с резиновыми кольцами
Пластмассовые: - из твердого поливинилхлорида, d до 240мм, L=1-3м; - из полиэтилена низкой и высокой плотности d до 600мм, L=5,5-12м	Клеевое в цилиндрический раструб; сварка в конический раструб, на фланцах.

Чугунные раструбные трубы с противокоррозийным покрытием, выполненным в заводских условиях, широко применяются при устройстве наружных водопроводов. Они долговечны, но плохо сопротивляются динамическим нагрузкам и требуют большого расхода металла.

Асбестоцементные трубы прочны, стойки к коррозии, малотеплопроводны, имеют малую массу, но плохо сопротивляются ударам, динамическим нагрузкам и не экологичны.

Железобетонные напорные трубы изготавливаются в большом диапазоне диаметров на различные внутренние давления, широко применяются для прокладки магистральных водопроводов и водоводов.

Полиэтиленовые трубы стойки против коррозии, обладают небольшой массой, достаточно механически прочны, долговечны, но имеют большой коэффициент линейного расширения.

Стальные трубы электросварные, в системах водоснабжения применяют в основном для водоводов, работающих при значительных внутренних давлениях, а также для водопроводных линий при их укладке в сейсмических районах, при устройстве дюкеров.

При проектировании наружного водопровода в настоящее время ориентируются на применение напорных железобетонных и полиэтиленовых труб.

2.4 Арматура на наружных водопроводных сетях.

На наружных водопроводных сетях для обеспечения их правильной и надежной эксплуатации применяются следующие типы арматуры:

Тип арматуры	Арматура водопроводной сети
Запорно-регулирующая	Вентили (для d до 50мм). Задвижки (для d от 50мм и выше): - параллельные, клиновые, - с выдвижным и невыдвижным шпинделем, с ручным приводом, - с электро- и гидроприводом
Предохранительная	Предохранительные и обратные клапаны; редукционные клапаны; воздушные вантузы (для впуска выпуска воздуха)
Водоразборная	Водоразборные колонки; спускные краны (выпуски); пожарные гидранты (подземные и надземные)
Компенсаторы

С помощью задвижек, установленных на водопроводных линиях, можно, меняя степень их открытия, изменять расход воды в линиях или совсем прекращать в них движение воды для выключения на ремонт отдельных участков. Задвижки обычно устанавливают в колодцах.

Водоразборные колонки устраивают для разбора воды из водопроводной сети жителями, проживающими в домах, не оборудованных внутренним водопроводом. Колонки устанавливают на прочном основании с обязательной отмосткой для отвода воды.

Пожарные гидранты устанавливают на наружной водопроводной сети для целей пожаротушения. Более широкое применение имеют подземные гидранты, полностью располагаемые в колодцах. Гидранты размещают на сети на расстоянии 5 м от здания и 2,5 м от края проезжей части.

Предохранительные клапаны не допускают повышения давления в сети сверх допустимого.

Обратные клапаны допускают движение воды только в одном направлении. Они применяются для оборудования напорных патрубков центробежных насосов.

Редукционные клапаны служат для понижения давления на отдельных участках сети или на вводе водопровода в здание.

Компенсаторы представляют собой устройства, воспринимающие температурные удлинения металлических трубопроводов, если стыки труб сами их не компенсируют. Их устанавливают на стальных трубопроводах, прокладываемых в туннелях, в просадочных грунтах, при жесткой заделке концов стальных труб в стенки колодцев или резервуаров.

Спускные краны (выпуски) представляющие собой патрубок с задвижками, примыкающие к нижней части трубы, устанавливают на пониженных участках сети для их опорожнения, отключения на ремонт или промывки.

Воздушные вантузы устанавливают для удаления воздуха, скапливающегося в возвышенных точках водоводов и магистральной сети. Если воздух не будет удален, то могут образовываться «воздушные пробки», нарушающие работу трубопровода.

2.5 Деталировка сети. Колодцы на сети. Заложение водопроводных труб и особенности их прокладки

Важной составной частью проекта водопроводной сети является ее деталировка, представляющая собой схему сети, на которой условными обозначениями нанесены арматура и фасонные части. При составлении деталировки сети в первую очередь намечают места установки задвижек и гидрантов. Задвижки размещают таким образом, чтобы можно было выключать из работы отдельные участки сети без нарушения водоснабжения объектов, требующих бесперебойной подачи воды. Пример деталировки сети рис. 2.2.

...