Схемой водоснабжения называется совокупность сооружений, расположенных в определенном порядке и осуществляющих снабжение потребителя водой заданного качества.

Водоснабжение

 

Учебное пособие для студентов-бакалавров очной и заочной форм обучения

 

Саратов – 2014

Введение

Водоснабжение играет важную роль в развитии современного общества. Снабжение населенных пунктов доброкачественной водой в достаточном количестве направлено на повышение уровня жизни людей, благоустройство населенных мест и на развитие промышленности.

Структура водопотребления в нашей стране примерно такая: производственные нужды – 49%; хозяйственно-питьевые нужды – 27%; на орошение – 13%; сельскохозяйственное водоснабжение – более 1%; прочие нужды – около 8%.

Снабжение населения чистой водой имеет важное санитарно-гигиеническое значение, предохраняет людей от всевозможных эпидемических заболеваний.

Для нужд современных городов и промышленных предприятий требуется значительное количество воды, отвечающей по своим качествам запросам потребителей. Это требует тщательного выбора источников водоснабжения, организации охраны их от загрязнений и очистки воды на водопроводных сооружениях.

1. введение в водоснабжение

1.1 Схемы водоснабжения населенных пунктов

Схема водоснабжения населенного пункта зависит от многих факторов, главным из которых является вид источника водоснабжения.

Трубопроводы водопроводной сети

Для строительства напорных водоводов и сетей применяют стальные, чугунные, асбестоцементные, пластмассовые, железобетонные и другие трубы. Для безнапорных водоводов используют бетонные трубы, а также открытые каналы из бетона, железобетона или земляные с одеждой дна и откосов различного типа.

Стальные трубы выпускаются в широком диапазоне диаметров, толщин стенок и марок стали. Они обладают высокой прочностью, относительно небольшой массой, пластичностью, индустриальностью монтажа. Недостатки трубопроводов из стальных труб – подверженность коррозии и зарастанию, меньший срок службы по сравнению с чугунными и неметаллическими трубами, увеличение гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации при отсутствии необходимых мер по защите от коррозии.

Возможность применения стальных труб должна быть строго обоснована. Для наружных трубопроводов используют сварные трубы, выпускаемые промышленностью диаметрами до 1400 мм по ГОСТ 10704-76*, 8696-76*, ТУ 102-39-84 и ГОСТ 12586.1-84. Применение бесшовных стальных труб целесообразно лишь в том случае, если в соответствии с расчетами на прочность установлена невозможность использования сварных труб.

Стальные трубы соединяют сваркой. При монтаже узлов трубо­проводов употребляют гнутые, штампосварные и сварные стальные фасонные части, привариваемые к трубам.

Чугунные трубы выпускают двух типов: диаметром 65 – 1000 мм на рабочее давление 1 МПа с раструбным стыковым соединением, которое уплотняют канатной прядью и заделывают асбестоцементным раствором и диаметром 65 – 300 мм на рабочее давление до 2 МПа со стыковым соединением под резиновые уплотнительные манжеты.

Узлы водопроводной сети и водоводов, в зависимости от рабочего давления, устраивают с помощью чугунных или стальных сварных фасонных частей.

Чугунные трубы с противокоррозионным покрытием, выпол­няемым на заводах, долговечны и находят широкое применение при устройстве водопроводов в пределах населенных пунктов, террито­рии промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов. Недостаток этих труб – плохое сопротивление динамическим нагрузкам (хрупкость) и большая масса.

Конкурентом стальных труб в последние годы являются чугунные трубы с шаровидным графитом (ВЧШГ), широко используемые за рубежом и в последние годы в Москве.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом – особенный и уникальный по своим свойствам материал, сочетающий в себе коррозионную стойкость чугуна и высокие механические свойства, близкие к свойствам стали. По сравнению со стальными, трубы из ВЧШГ менее подвержены коррозии, а по пластическим характеристикам приближаются к стальным. Благодаря этому они при повреждениях не разрушаются полностью, как это происходит при повреждениях чугунных труб из серого чугуна. Толщина стенок труб из ВЧШГ меньше, чем труб из серого чугуна, на 20…50 % в зависимости от диаметра трубы, с увеличением диаметра различие возрастает.

В настоящее время в России выпускаются трубы из ВЧШГ диаметром 100 - 1000 мм (по ISO 2531 и ТУ 1461-037-50254094-2000) и длиной до 6 м, с рабочим давлением до 1,6 МПа.

Трубы из ВЧШГ соединяются с помощью раструбных соединений с уплотнительным кольцами, фланцевых соединений или сваркой.

Для защиты от внешней и внутренней коррозии труб из ВЧШГ используют различного типа покрытия. Для внутреннего покрытия труб ВЧШГ используется цементно-песчаное покрытие (ЦПП), которое наносится методом центрифугирования. На наружную поверхность труб наносится слой битумного лака или другой нетоксичный материал, например композитное покрытие металлическим цинком.

Железобетонные трубы по сравнению с металлическими имеют ряд преимуществ. Они обладают коррозионной устойчивостью, являются диэлектриками, способны сохранять в условиях эксплуатации гладкую поверхность, что обеспечивает постоянство их пропускной способности, имеют меньшую металлоемкость и большую долговечность. Недостатком их является большая масса.

Напорные железобетонные трубы, изготовляемые методами виброгидропрессования (ГОСТ 12586-74) и центрифугирования (ГОСТ 16953-78), имеют гибкое раструбное стыковое соединение с резино­вым уплотнительным кольцом круглого сечения.

Сортаментом предусмотрено изготовление труб диаметрами 500 - 1600 мм. В зависимости от класса труб рабочее давление составляет 0,5 - 1,5 МПа. Для соединения железобетонных труб с трубами из других материалов применяют стальные сварные вставки.

Асбестоцементные трубы обладают малой массой, что облегчает их транспортирование и укладку, малой теплопроводностью, стойкостью в отношении коррозии, малым коэффициентом гидравли­ческого сопротивления, являются диэлектриками, сохраняют в условиях эксплуатации гладкую и некорродирующую внутреннюю поверхность.

Однако возможна внешняя коррозия этих труб под воздействием веществ, разрушающих соединения, входящие в состав асбестоцемента. При прокладке асбестоцементных труб в агрессивных грунтах необходимо предусматривать противокоррозионную защиту в виде битумных покрытий. Недостатком этих труб является также хрупкость.

Асбестоцементные трубы выпускаются в соответствии с ГОСТ 539-80 диаметром до 500 мм на рабочее давление 0,6 - 1,5 МПа.

Трубы стыкуются с помощью асбестоцементных и чугунных муфт на резиновых уплотнителях.

Пластмассовые трубы не подвержены электрохимической коррозии. Они имеют малое гидравлическое сопротивление, малую массу, низкую теплопроводность. Вероятность разрушения пластмассовых трубопроводов при замерзании в них воды мала. Недостатками таких труб являются невысокое сопротивление раздавливанию, большой коэффициент линейного расширения и подверженность старению.

Для наружных сетей водоснабжения применяют пластмассовые напорные трубы из полиэтилена низкой и высокой плотности (ГОСТ 18599-83*), поливинилхлорида (ТУ 6-19-231-83) и полипропилена (ТУ 38-102-100-89) диаметром до 230 мм на рабочее давление до 1,0 МПа. Соединяют трубы путем сварки и склеивания. Соединение пластмассовых труб с трубами из других материалов выполняют на фланцах.

 

Арматура водопроводной сети

 

Арматура, применяемая в санитарно-технических системах, подразделяется по назначению, по типу соединений, по материалу корпуса, по герметичности.

По назначению арматура подразделяется на запорную – для выключения трубопровода или его отдельных участков; водоразборную и смесительную – для изменения расхода и давления жидкости в трубопроводах; предохранительную – для ограничения максимального давления в системе и обеспечения движения среды по трубопроводам в одном направлении; контрольную – для контроля уровня воды в котлах, баках (контрольные краны, указатели давления, трехходовые краны для манометров).

По типу соединений арматура подразделяется на муфтовую, фланцевую, цепковую и под приварку.

По материалу,из которого изготовляют корпуса, арматуру подразделяют на бронзовую, стальную, чугунную, латунную и пластмассовую. Выбор материала арматуры определяется ее назначением и условиями эксплуатации. В зависимости от материала, из которого сделан корпус и уплотнительные поверхности, арматуру окрашивают в определенный цвет: черный – для арматуры из чугуна, серый – для арматуры из углеродистой стали, голубой – для арматуры из коррозионно-стойкой стали, синий – для арматуры из легированной стали.

Арматуру, изготовленную из латуни и бронзы, в отличительные цвета не окрашивают.

По герметичности затворов арматуру подразделяют на три класса: 1, 2, 3. Каждый класс герметичности затворов арматуры характеризуется определенным нормируемым пропуском среды: воды, керосина и, в отдельных случаях, воздуха.

На наружных водопроводных сетях для обеспечения их правильной и надежной эксплуатации применяются следующие типы запорной арматуры (рис. 8.1).

К арматуре водопроводной сети относятся задвижки, обратные клапаны, водоразборные колонки и пожарные гидранты.

Задвижки устанавливают для выключения отдельных участков водопроводной сети на время ремонта и для переключения направления движения воды. Их устанавливают с тем расчетом, чтобы при закрытии не прекращалось водоснабжение ни одного объекта и чтобы при этом было выключено не более пяти пожарных гидрантов и не более двух водоразборных колонок. Задвижки устанавливаются на горизонтальных участках трубопроводов технической и питьевой воды.

Задвижки бывают с выдвижным шпинделем (по ГОСТ 8437-75 с изм.) и с невыдвижным, когда при открытии поднимается сам маховик. Бывают с параллельными плашками, клиновыми, проходное сечение перекрывается в вертикальной плоскости.

Рис.1.13. Типы арматуры на водопроводных сетях водоводах

 

При выборе конструктивного типа задвижек следует исходить из следующего: вида рабочей среды; химического состава рабочей среды; давления рабочей среды; рабочей температуры; наличия обоснованных требований к герметичности затвора; диаметра трубопровода.

Клиновые задвижки с цельным клином предназначены в основном для герметичного перекрывания трубопроводов с большим рабочим давлением неагрессивной среды как жидкой, так и газообразной.

Задвижки не рекомендуется применять для работы в кристаллизующихся средах или в средах, содержащих твердые частицы, а также в агрессивных средах.

Клиновые задвижки с упругим клином применяют в основном для герметичного перекрывания трубопроводов с нефтяными и газовыми средами высокой температуры и большим рабочим давлением среды. Применять задвижки этого типа для работы в кристаллизующихся средах или в средах с механическими примесями не рекомендуется.

Задвижки с составным клином рекомендуют в основном для трубопроводов со средним рабочим давлением среды как жидкой, так и газообразной, без твердых и абразивных включений. Температура рабочей среды устанавливается в зависимости от материалов уплотнительных поверхностей затвора.

Параллельные задвижки предназначены для установки на трубопроводах в процессах, в которых не требуется достаточно герметичного перекрывания трубопровода при больших значениях рабочего давления. Среда может содержать небольшое количество механических примесей.

Однодисковые задвижки применяют, как правило, для трубопроводов с высокой температурой и средней величиной давления рабочей среды, в которых требуется обеспечить пропуск среды при неполном перекрывании трубопровода. При повышенных требованиях к герметичности перекрытия прохода наиболее приемлемая среда некристаллизующиеся жидкости с достаточно большой вязкостью, например, нефть, мазуты и др.

Двухдисковые задвижки рекомендуют для герметичного перекрывания трубопроводов со средним давлением рабочей среды (как жидкой, так и газообразной), содержащей небольшое количество механических примесей. Температура среды зависит от материала уплотнительных поверхностей затвора.

Задвижки с эластичным уплотнением затвора предназначены для герметичного перекрывания трубопровода с низкой температурой и средним давлением рабочей среды как жидкой, так и газообразной.

Задвижки с гуммированным покрытием внутренней полости применяют для герметичного перекрывания трубопроводов с рабочими средами, обладающими повышенной агрессивностью при невысоких рабочих температурах, а также содержащие абразивные включения.

Задвижки с обводом (байпасом) используют в основном для трубопроводов с высоким давлением рабочей среды.

Задвижка с параллельными дисками (рис.1.14, а) состоит из корпуса 1 и крышки 2 с сальником. Шпиндель 5 при вращении не выходит наружу, но при его помощи поднимаются или опускаются диски 4, которые открывают или закрывают трубу. Клинья 5, расположенные между дисками, при вращении шпинделя прижимают диски к гнездам.

В клиновой задвижке (рис. 1.14, б) с выдвижным шпинделем запорное устройство состоит из двух дисков и расположенных между ними односторонне скошенных клиньев. Плотность закрытия задвижки обеспечивается клинообразной формой диска, вводимого в гнездо между наклонными уплотняющими кольцами корпуса.

а б

Рис. 1.14.

Параллельная задвижка с невыдвижным шпинделем (а)

Клиновая задвижка с выдвижным шпинделем (б)

 

Принцип работы дисковых поворотных затворов состоит в том, что поворотный диск, прижатый к уплотняющей поверхности седла внутри корпуса, преграждает путь потоку воды; при повороте диска на 90° вода свободно проходит через затвор.

Задвижки диаметром более 100 мм и дисковые поворотные задвижки оборудуют электрическим или гидравлическим приводом, что обеспечивает возможность дистанционного и автоматического управления ними, оборудованными датчиками положения, блокировками и муфтой предельного крутящего момента. При больших диаметрах труб задвижки закрывают и открывают с помощью гидропривода или электрических двигателей

Обратный клапан (рис. 1.15) ограничивает те участки сети, на которых не допустимо обратное движение воды. Он состоит из помещенного внутри корпуса 1 шарнирно-подвижного клапана 2, который пропускает воду только в одном направлении. При движении воды в обратном направлении клапан опускается на гнездо 4, давлением воды плотно к нему прижимается, прекращая обратное движение воды. Резиновая или кожаная прокладка 3 обеспечивает герметичность прилегания клапана к гнезду 4. Обратные клапаны устанавливают в насосных станциях и на ответвлениях от сети в местах, где необходимо создать движение воды только в одном направлении. Они применяются, в основном, для оборудования напорных патрубков центробежных насосов, на водоводах и трубах специального назначения, а также в качестве отсекающей арматуры для разделения водоводов на отдельные участки для локализации гидравлического удара.

Рис. 1.15. Обратный клапан

 

Обратные многодисковые поворотные клапаны имеют по несколько тарелок.

Для защиты трубопроводов от гидравлических ударов применяют предохранительные клапаны. Их разделяют на две группы:

- пружинные предохранительные клапаны и диафрагмы, применяемые при гидравлических ударах, начинающихся с повышения давления.

- гасители удара, применяемые при гидравлических ударах, начинающихся с понижения давления.

Клапаны первой группы устанавливают в любой точке водопроводной сети и водоводов, а также на насосных станциях. Клапаны второй группы устанавливают лишь на насосных станциях.

При повышении давления в трубопроводе более допустимого вода поднимает клапан и шток, при этом сжимается пружина. Вода удаляется через патрубок, и давление в трубе уменьшается. После этого под действием пружины клапан опять садится в свое гнездо и выброс воды прекращается.

Для отключения клапана на период ремонта или регулирования давления между трубопроводом и клапаном следует устанавливать задвижку.

Водоразборные колонки устанавливают для разбора воды из сети, если дома не оборудованы внутренним водопроводом. Их ставят с тем расчетом, чтобы радиус действия колонки, учитывая путь наиболее удаленного потребителя, не превышал 10 м. Колонки устанавливают на кирпичную или каменную подставку без устройства водопроводных колодцев и присоединяют к сети посредством ответвления, с обязательной отмосткой для воды. Давление в сети должно быть не менее 0,1 МПа.

В настоящее время с ростом благоустройства населенных мест применение водоразборных колонок уменьшается.

Пожарные краны (гидранты) служат для подачи воды при пожаротушении. Их устанавливают на уличной или дворовой сети на расстоянии не более 150 м друг от друга, не ближе 5 м от стен зданий и не далее 2,5 м от края проезжей части дороги. Должен быть обеспечен подъезд к гидрантам пожарных машин. Пожарные гидранты бывают подземные и надземные.

Рис. 1.16

Подземный гидрант (рис.1.16, а) устанавливают в водопроводном колодце в чугунном корпусе 7 на пожарной подставке, представляющей собой тройник или крестовину с вертикальным фланцевым отростком диаметром 200 мм. Ствол гидранта в зависимости от глубины укладки труб имеет высоту 500 - 2500 мм. Верхняя часть гидранта закрывается съемной крышкой 2. Для приведения в действие гидранта крышка снимается, и на корпус устанавливают стендер (рис.1.16, б). Вращая рукоятку стендера, приводят в движение стержень 3 колонки, который, поднимаясь или опускаясь, увлекает за собой шаровой клапан 4. К отросткам стендера присоединяют пожарные рукава.

Предохранительные клапаны не допускают повышения давления в сети сверх допустимого. Редукционные клапаны служат для понижения давления на отдельных участках сети или на вводе водопровода в здание. Они устанавливаются в достаточно редких случаях.

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, примыкают 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, в особенности при пересечении ими водоразделов.

Водозаборные сооружения

Очистные сооружения

Качество воды

Качество воды зависит от присутствия в ней веществ неорганического и органического происхождения и микроорганизмов. Эти вещества могут находиться в воде в растворённом и нерастворённом (различной дисперсности) состоянии.

Качество воды характеризуется её температурой, содержанием в ней взвешенных веществ (взвеси), её цветностью, запахом, привкусом, жёсткостью, содержанием отдельных химических элементов и соединений, активной реакцией, бактериальными загрязнениями.

Качество воды характеризуется ГОСТами.

Содержание в воде взвешенных веществ характеризует наличие в ней нерастворенных веществ (песок, земля и т.д.) и определяется путём фильтрования исследуемой воды через бумажный фильтр. Обычно их измеряют в миллиграммах сухого вещества в 1 л воды (мг/л).

Прозрачность воды определяется по шрифту в стеклянном цилиндре со шкалой.

Мутность воды определяется на специальных приборах – мутномерах. Мутность выражается в мг/л. Содержание взвешенных веществ различно в разных поверхностных источниках, в воде ряда рек средней полосы России оно сравнительно мало. Следует иметь в виду, что содержание взвешенных веществ в воде рек резко колеблется по сезонам года – оно минимально летом и зимой и максимально в период паводков. В питьевой воде количество взвешенных веществ не должно превышать 1,5 мг/л.

Цветность также является важной характеристикой воды. Она обусловливается присутствием в воде гумусовых веществ. Цветность измеряется в градусах по так называемой платино-кобальтовой шкале. Цветность питьевой воды не должна превышать 20 град.

Наличие в воде растворённых газов, минеральных солей, органических веществ и микроорганизмов может придавать ей запах и привкус.

Содержание в воде солей кальция и магния значительно ухудшает ее качество – образуется накипь на стенках котлов и кипятильников.

Наличие в воде катионов кальция и магния характеризуется жёсткостью воды, измеряемой в миллиграмм-эквивалентах на 1л воды (мг-экв/л). Жёсткость вычисляется путём деления количества вещества в мг/л, обусловливающего жёсткость, на его эквивалентную массу.

Различают карбонатную жёсткость, обусловленную присутствием в воде двууглекислых и углекислых солей кальция и магния, и некарбонатную жёсткость, обусловленную наличием в воде других солей кальция и магния. Суммарную жёсткость называют общей жёсткостью.

Речная вода средней полосы России имеет общую жёсткость 0,4 – 4 мг-экв/л.

Вода подземных источников водоснабжения в большинстве случаев имеют более высокую жёсткость, чем поверхностных.

Жёсткость питьевой воды должна быть не более 7 мг-экв/л.

Общее количество минеральных и органических веществ, содержащихся в воде в растворённом или коллоидном состоянии, характеризуется сухим остатком. Он получается в результате выпаривания профильтрованной воды

и просушки остатка до постоянной массы. Сухой остаток характеризует общее солесодержание воды и для питьевой воды не должен превышать 1000 мг/л.

Химический состав воды характеризуется также активной реакцией — значением pH. Значение pH показывает степень кислотности или щелочности воды. При рН = 7 вода имеет нейтральную реакцию, при рН > 7 — щелочную, а при pH < 7 — кислотную. Значение pH служит важнейшим показателем при контроле за процессами, происходящими при различных способах очистки воды. Для питьевой воды значение pH должно быть в пределах 6,5 – 8,5.

Загрязнённость воды бактериями характеризуется количеством бактерий, содержащихся в 1 см³ воды.

Санитарную оценку качества воды проводят по содержанию в ней бактерий группы кишечной палочки (Coli) — типичного представителя кишечной микрофлоры. Кишечная палочка не является болезнетворной, но ее присутствие свидетельствует о загрязнении воды бытовыми стоками и возможности попадания в неё болезнетворных бактерий (брюшного тифа, дизентерии и др.). Поэтому при бактериологических анализах определяют коли-титр или коли-индекс.

Коли-титр – объём воды в см³, в котором содержится одна кишечная палочка.

Коли-индекс – количество кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды. Для питьевой воды общее число бактерий не должно быть более 100 в 1 мл, коли-титр должен быть не менее 300 и коли-индекс— не более 3.

При использовании природных вод для водоснабжения часто необходимо иметь данные о содержании в них железа, марганца, фтора, кремниевой кислоты, растворенного кислорода, углекислого газа и ряда других соединений.

Схемы очистки воды

В процессе очистки вода проходит ряд очистных сооружений. Намечаемая совокупность сооружений составляет технологическую схему очистки воды.

На рис.2.1 показана схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках и на фильтрах. Природная вода насосами I подъема 1 подается в смеситель 3, куда одновременно поступают реагенты, приготовленные в реагентном цехе 2. После смешения с реагентами вода подается в камеру хлопьеобразования 4 (камеру реакции), где происходит физико-химический процесс агломерации взвешенных и коллоидных частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью. При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в осадок (на дно отстойников). Из отстойников воду подают на фильтры 6 для глубокого осветления путем пропуска её через толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры выключают из работы, промывают и затем вновь включают в работу. Осветлённую воду собирают в резервуарах чистой воды 7. Поскольку воду предназначают для хозяйственно-питьевых целей, то перед подачей в резервуары чистой воды её подвергают обеззараживанию, которое завершается в резервуарах чистой воды, где обеспечивается необходимый контакт воды с дезинфекторами (хлором и др.). Затем воду подают насосами II подъема 8 потребителям.

Рис.2.1. Схема осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды с применением отстойников и фильтров

Технологическая схема, представленная на рис.2.2, имеет лишь одно сооружение для осветления воды – контактные осветлители (песчаные фильтры с движением воды снизу вверх). В них коагуляция взвешенных веществ и осветление воды происходят одновременно. Укрупнение частиц в хлопья происходит не в свободном объёме, а на поверхности зёрен фильтрующего материала под действием сил прилипания (контактная коагуляция). Общий объём очистных сооружений по этой схеме значительно меньше, чем по предыдущим. Эту схему можно применять при малом содержании в воде взвешенных веществ до 150 мг/л и цветности до 150 град.

Рис.2.2. Схема осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды с применением контактных осветлителей

1– насосы I подъема; 2– реагентный цех; 3 – смеситель; 4 – контактный осветлитель;

5 – резервуар чистой воды; 6 — насосы II подъёма

Для улучшения процесса коагуляции, обесцвечивания и обеззараживания, а также для улучшения санитарного состояния сооружений применяют предварительное (первичное) хлорирование или озонирование – хлор или озон подаются в обрабатываемую воду до введения коагулянта.

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа – этим обеспечивают непрерывность работы очистных станций при авариях и отключении из работы отдельных сооружений.

Взаимное высотное расположение сооружений предусматривают с таким расчётом, чтобы движение воды от сооружения к сооружению было самотечным.

Схемы, представленные на рис. 2.1 и 2.2, составлены с учетом этого требования.

Коагулирование воды

Коагулирование осуществляют для ускорения процесса осветления и обесцвечивания воды. При простом отстаивании значительная часть частиц мелкодисперсных взвесей и коллоидных частиц вообще не оседает на дно. При коагулировании эти частицы укрупняются в хлопья и осаждаются в осадок. Для этого в воду вводят коагулянты. Наиболее часто в качестве коагулянта используют сернокислый алюминий Al₂(S0₄)₃.

При введении в воду раствора Al₂(S0₄)₃ происходит его гидролиз с образованием основания и кислоты:

Al₂(S0₄)₃ + 6Н20 ↔ 2А1(ОН)з+ 3H₂S0₄

Образующиеся частицы гидроокиси алюминия практически лишены заряда (при рН=5÷7,5) и поэтому коагулируют (слипаются). Одновременно происходит слипание частиц гидроокиси со взвешенными частицами мелкодисперсных нерастворимых взвесей и колллоидными частицами, а также слипание коллоидных частиц между собой. Таким образом, укрупнение частиц происходит с помощью гидроокиси, соединяющей разнородные частицы в единые хлопья.

При коагулировании происходит и обесцвечивание воды вследствие сорбции (притягивания) хлопьями коллоидных частиц, обусловливающих цветность воды.

Дозу коагулянта для обработки различных вод устанавливают пробным

коагулированием в лабораторных условиях. Обычно она составляет 25 – 100 мг/л. С увеличением содержания взвесей и цветности воды доза коагулянта возрастает. С увеличением температуры воды процесс коагуляции протекает более интенсивно.

Для интенсификации процессов хлопьеобразования применяют флокулянты, к числу которых прежде всего относится полиакриламид (ПАА).

Обязательным условием полного завершения коагуляции и образования хлопьев является столкновение частиц, которое достигается путём перемешивания воды.

 

Смесители

Для эффективного действия вводимых в воду реагентов необходимо быстрое и полное смешение их с водой. Его осуществляют с помощью специальных устройств – смесителей. В смеситель подается подлежащая обработке вода. Раствор реагента, прошедший дозатор, вводится в подающую трубу перед смесителем или в головную часть смесителя. Смешение раствора реагента с водой может быть осуществлено путём создания сильно завихренного движения воды в смесителе или путём механического перемешивания воды в смесителе различными мешалками.

 

 

	Рис.2.3.

В нашей практике преимущественно используются системы, основанные на первом принципе. Они обеспечивают достаточно полное смешение и более просты и надежны в эксплуатации. Наиболее распространенными типами таких смесителей являются дырчатый и перегородчатый, как правило, применяемые совместно с контактными камерами, а также коридорные и вертикальные (вихревые).

В соответствии с требованиями СНиП II–31–74 продолжительность пребывания воды в смесителе не должна превышать 2 мин.

Дырчатый смеситель выполняют в виде железобетонного или металлического лотка с дырчатыми перегородками (рис.2.3). Обычно устраивают три перегородки. Расстояние между перегородками принимают равным ширине смесителя. Скорость движения воды в лотке (за последней перегородкой) V≈0,6 м/с, средняя скорость в отверстиях V₀≈1 м/с. Практически диаметр отверстий принимается от 20 до 100 мм. Задаваясь диаметром отверстий в этих пределах, можно определить требуемое число отверстий n. Потери напора в отверстиях каждой перегородки

h= V₀ ² / (μ²2g), где μ – коэффициент расхода, равный 0,65–0,75.

Задаваясь уровнем воды за последней перегородкой (Н₀=0,4÷0,5 м) и прибавляя к нему найденные потери напора h, можно получить уровень воды в каждом отделении смесителя. Уровень воды перед каждой перегородкой должен обеспечивать затопление всех отверстий в ней. Истечение из верхнего ряда отверстий может происходить и не под уровень.

Определенный таким образом уровень воды в первом отделении смесителя дает наивысшую отметку, на которую должна быть подана вода насосами I подъёма и которая обеспечивает самотечное движение воды по всему комплексу очистных сооружений.

С помощью дырчатого смесителя достигается хорошее смешение.

Перегородчатый смеситель (рис. 2.4) представляет собой прямоугольный лоток, в котором последовательно установлено несколько перегородок с проёмами, расположенными таким образом, что они обеспечивают непрерывное изменение направления струй воды и скорости движения. Расчётная скорость движения воды в лотке принимается равной 0,6 м/с, а в проёмах – 1 м/с. Расстояние между перегородками принимается равным двойной ширине лотка b _л .

При подобных условиях падение уровня между отделениями смесителя будет составлять около 0,13 м.

Перегородчатый смеситель является более современной конструктивной разновидностью так называемого ершового смесителя, в котором перегородки ставились под некоторым углом к стенке лотка.

Рис.2.4.

1–труба для подвода воды; 2–труба для подвода реагента; 3–перелив; 4–перегородки

 

На станциях большой производительности применяют смесители коридорного типа. Они представляют собой прямоугольные резервуары, разделенные перегородками на шесть-семь последовательно соединённых коридоров шириной не менее 0,7 м. Скорость движения воды в резервуарах 0,6–0,9 м/с. Их конструкция аналогична конструкции камеры хлопьеобразования перегородчатого типа.

2.6.Камеры хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования применяются в основном в схемах осветления воды, включающих отстойники. Назначение камер хлопьеобразования – обеспечить образование хлопьев коагулянта. Процесс хлопьеобразования, начинающийся после смешения воды с реагентами, протекает относительно медленно, и для получения достаточно крупных хлопьев (для осаждения) требуется 10 – 30 мин. Скорость движения воды при перемешивании должна быть достаточной для предотвращения выпадения хлопьев коагулянта в пределах камеры, но не настолько большой, чтобы вызвать разбивание образовавшихся хлопьев.

Наибольшее распространение имеют камеры хлопьеобразования следующих типов:

а) перегородчатые

б) вихревые

в) водоворотные

г) зашламленные

д) лопастные

Перегородчатая камера (рис.2.5) представляет собой резервуар, разделенный перегородками на ряд последовательно проходимых водой коридоров 2. Окна 1 с шиберами позволяют выключать отдельные коридоры и менять длину пути воды в камере. Число поворотов потока обычно принимают равным восьми – десяти. Для выпуска осадка дну камеры придается уклон. Осадок удаляется через систему труб.

 

Рис.2.5

Кроме наиболее распространённых горизонтальных перегородчатых камер применяют также перегородчатые камеры с вертикальным попеременно восходящим и нисходящим движением воды.

Объём камеры определяют исходя из времени пребывания в камере обрабатываемой воды и её расхода Q. Скорость движения воды в камере принимают равной 0,2–0,3 м/с. В горизонтальных камерах хлопьеобразования ширина коридора, образуемого перегородками,

b = Q/(V·H) принимается не менее 0,7 м; здесь Н – глубина воды в камере.

Перегородчатые (горизонтальные) камеры применяют обычно для станций большой производительности. Их целесообразно устраивать непосредственно примыкающими к горизонтальным отстойникам (как показано на рис.2.5).

Отстойники

Удаление взвешенных веществ из воды (осветление воды) осуществляется отстаиванием её в сооружениях, называемых отстойниками.

По направлению движения воды отстойники разделяют на горизонтальные, радиальные и вертикальные.

При отсутствии требования высокой степени осветления воды бывает достаточно лишь простого отстаивания её в отстойниках. При повышенных требованиях к качеству воды применяют отстаивание в отстойниках с предварительным коагулированием (и последующим фильтрованием).

Горизонтальные отстойники. Такой отстойник (рис.2.6) представляет собой прямоугольной формы в плане, удлинённый железобетонный

резервуар, в котором вода движется с малой скоростью V. Под действием силы тяжести частицы взвеси выпадают в осадок.