Тема № 12: Основные сооружения систем водоснабжения.

Первым звеном в технологической схеме системы водоснабжения являются водозаборные сооружения. Выбор типа и конструкции этих сооружений зависит от вида и характеристики водного источника, природных и геологических условий и от топографии местности.

В зависимости от типа источника водозаборные сооружения подразделяются на две группы: сооружения для забора воды из поверхностных источников и сооружения для забора воды из подземных источников.

Водозаборные сооружения для забора воды из поверхностных источников устраиваются на реках, водохранилищах и озерах. При выборе конструкции этой группы водозаборных сооружений должны быть соблюдены следующие требования: а) обеспечение забора из источника расчетного расхода воды и подача его потребителю; б) защита системы водоснабжения от попадания в нее сора, планктона, наносов, льда и пр.; в) недопустимость попадания в водоприемник рыбы.

По надежности подачи воды водозаборные сооружения делятся на три категории: а) водоприемники с бесперебойным отбором воды; б) водоприемники с возможностью перерыва отбора в течение 5 часов или снижения его в течение 1 месяца; в) водоприемники с прекращением отбора на срок до 3 суток.

По величине отбираемого расхода водозаборы подразделяются на: а) водозаборы малой производительности (отбор менее 1 м³/с; б) водозаборы средней производительности (отбор от 1 до 6 м³/с; в) водозаборы большой производительности (отбор более 6 м³/с).

По месту расположения водозаборы бывают русловые, береговые, преплотинные и др.

При наличии около берега глубин, обеспечивающих нужные условия забора воды устраивают водозаборные сооружения берегового типа. Насосные станции первого подъема могут быть совмещены в одном здании с водоприемником или могут быть расположены в отдельном здании. Этим определяются два вида водоприемников берегового типа – совмещенный и раздельный.

Схема берегового водозабора раздельного типа показана на рис.53. Водозабор выполнен в виде колодца, разделенного на две секции А и Б.

Рис.53

1 – колодец; 2 – входные окна; 3 – всасывающая труба; 4 – сетка; 5 – перегородка; 6 – служебное помещение; 7 – насосы I подъема; 8 – здание насосной станции; 9 – галерея; 10 – водоводы.

Через входные окна 2, снабженные решетками и затворами вода из реки поступает в секцию А. Из секции А вода, проходя через сетку 4, установленную на перегородке 5, поступает в секцию Б и во всасывающие трубопроводы 3 насосов 7. Для удобства осмотра всасывающие трубы 3 уложены в специальной галерее 9. Для улучшения условий эксплуатации и удобства очистки решеток и сеток водозабор разделяется продольной перегородкой на два отделения. Следует отметить, что верхние наружные окна 2 должны располагаться ниже уровня низких вод (УНВ).

Вариант схемы компоновки берегового водоприемника совмещенного типа показан на рис.54.

Рис.54

1 – колодец; 2 – входные окна; 3 – всасывающая труба; 4 – сетка; 5 – перегородка; 6 – насосы I подъема; 7 – водовод.

При пологих берегах и малых глубинах воды у берега применяются водозаборные сооружения руслового типа (см. рис. 55).

Рис.55

1 – оголовок; 2 – самотечные трубы; 3 – береговой колодец; 4 – всасывающие трубы насосов; 5 – насосы; 6 – насосная станция I подъема; 7 – водовод.

В этом случае забор воды осуществляется через оголовок 1, расположенный на относительно большом расстоянии от берега. Для предотвращения попадания крупных предметов в водоприемник на оголовок устанавливается решетка.

Кроме рассмотренных выше водозаборов могут использоваться плавучие водозаборные сооружения (при значительных колебаниях уровней воды и относительно небольших расходах) или так называемые водоприемные ковши (искусственно сделанный залив-выемка к руслу реки).

Для получения воды высокого качества в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения широко используют водозаборные сооружения из подземных источников. Подземные воды залегают на различных глубинах и в различных водоносных породах. В зависимости от этого используются водозаборные сооружения различных типов: трубчатые колодцы (скважины); шахтные колодцы; горизонтальные водосборы; инфильтрационные водосборы; сооружения для каптажа родниковых вод.

Трубчатые колодцы применяются при относительно глубоком залегании водоносных пластов (более 10 м) и устраиваются путем бурения в земле скважин (см. рис.56).

Для предотвращения обрушения грунта в скважине стенки ее укрепляют стальными трубами, а для приема воды из трубчатого колодца в нижней части скважины устанавливают фильтр. Для забора воды из маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине до 10 м, используются шахтные колодцы (см. рис.57) диаметром от 1 до 1,5 м, стенки которых могут быть выполнены из кирпича, бута, бетона, сборных железнодорожных колец и др.

Рис.57 Рис.58

1-крышка;2-вентиляционная труба 1-трубчатый дренаж;2-сборный колодец;

3-отмостка;4-глиняный замок; 3-статический уровень подземных вод;

5-уровень воды;6-депресионная 4-водоупорный слой.

кривая;7-фильтрующий материал.

Для забора воды из неглубоко залегающих водоносных пластов небольшой мощности используют горизонтальные водозаборы (см. рис.58), состоящие из дренажных отводящих каналов или труб, водосборного колодца и насосной станции.

Когда русло реки образованно в водопроницаемых породах насыщенных водой применяются инфильтрационные водосборы с шахтными колодцами.

Для использования ключевой и родниковой воды используются так называемые капотажные камеры, устанавливаемые над водоисточникам и предохраняющие его от загрязнения поверхностными водами.

Подача воды от водозаборов к очистным сооружениям и, далее, к потребителям осуществляется с помощью насосных станций. В состав насосных станций включаются насосы с приводными двигателями, трубопроводы с установленными на них контрольно-измерительными приборами и запорно-регулирующей арматурой.

По своему назначению и расположению насосные станции подразделяются на станции I и II подъема. Насосные станции I подъема забирают воду из источников и подают ее на очистные сооружения. Если же очистка воды не требуется, то вода от станции I подъема подается в распределительную сеть или накопительные резервуары. Варианты схем компоновки насосных станций I подъема представлены на рис.59.

Насосные станции II подъема располагаются за очистными сооружениями и служат для подачи чистой воды потребителям. Пример схемы компоновки насосной станции IIподъема показаны на рис.60.

В качестве основного оборудования насосных станций используются горизонтальные и вертикальные центробежные насосы, поршневые насосы и др.

Отклонение качества воды в природных источниках от требований ГОСТа определяет методы и технологии очистки воды в очистных сооружениях. В практике водоснабжения городов наиболее распространенными являются следующие методы: осветление – снижение содержания в воде взвешенных частиц; обесцвечивание – снижение цветности воды; опреснение – снижение концентраций солей до предельно допустимых значений; обеззараживание – уничтожение болезнетворных бактерий. Кроме того, могут использоваться специальные методы улучшения качества воды; обезжелезивание; фторирование; обесфторирование; умягчение; дегазация и др.

Технологические схемы систем очистки могут быть реагентными и безреагентными, напорными и безнапорными. Вариант технологической схемы улучшения качества воды представлен на рис.61.

Рис.61

1 – насосная станция I подъема; 2 – микрофильтр; 3 – реагентное хозяйство; 4 – смеситель; 5 – камера хлопьеобразования; 6 – отстойник; 7 – установка фторирования воды или дезодорации; 8 – осветительный фильтр; 9 – установка для обеззараживания воды; 10 – резервуар чистой воды; 11 – насосная станция II подъема.

Первой технологической операцией при улучшении качества воды является осветление. Основными процессами, осуществляемыми при осветлении воды являются коагуляция, отстаивание и фильтрирование.

Цель коагуляции состоит в укрупнении мельчайших взвешенных частиц и коллоидно-дисперсных примесей, которые не могут быть удалены из обрабатываемой воды методами отстаивания и фильтрирования. Коагуляция – процесс, протекающий при введении в воду специальных реагентов, в результате чего в воде начинают протекать химические реакции, сопровождающиеся образованием хлопьев коагулянта, которые адсорбируют на своей поверхности тонкодисперсные взвешенные и коллоидные частицы, выделяясь при этом в осадок.

В качестве реагентов для коагуляции наиболее широко используются сернокислый алюминий Al₂(SO₄)×18H₂O, сернокислое закисное железо FeSO₄×7H₂O и хлорное железо FeCl₃×6H₂O. В частности, при введении в воду сернокислого алюминия в ней образуются хлопья коагулянта – гидроксила алюминия Al(OH)₃:

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂SO₄.

Для сравнения реагентов с обрабатываемой водой применяются специальные устройства – смесители. В практике водоподготовки чаще всего используются дырчатые, перегородочные, вихревые и, реже, механические (мешалочного типа) смесители. В качестве примера, на рис.62, представлена схема дырочного смесителя, выполненного в виде железобетонного лотка с несколькими перегородками, имеющими отверстия d ≈ 50 мм.

Рис.62 Рис.63

1 – лоток; 2 – перфорированные перегородки. 1 – вход воды; 2 – выход воды; 3 – подвод реагентов.

В последнее время широкое распространение получили вертикальные вихревые смесители

(см. рис. 63), в которых смешение обеспечивается за счет тангенциального подвода реагентов.

После смесителей обрабатываемая вода поступает в камеры хлопьеобразования, в которых создаются условия для эффективной коагуляции. В практике водоподготовки используются перегородчатые, водоворотные, вихревые, встроенные (совмещенные с отстойником) и другие камеры хлопьеобразования. Схема встроенной камеры хлопьеобразования, совмещенной с отстойником, показана на рис.64.

Рис 64

В нижней части такой камеры размещаются перфорированные трубы, по которым подводится смесь воды с коагулянтом. В восходящем потоке воды, движущемся со скоростью 2 ÷ 3 мм/с образуются и поддерживаются во взвешенном состоянии хлопья коагулянта.

Из камер хлопьеобразования обрабатываемая вода подается в отстойники, в которых из воды выпадают в осадок наиболее крупные частицы взвеси. В практике очистки воды применяют три типа отстойников, отличающихся направлением движения жидкости: горизонтальные, вертикальные и радиальные. В качестве примера – схема горизонтального отстойника, показанная на рис.64. Такой отстойник представляет собой прямоугольный резервуар длиной 40 ÷ 100 м. Вода в таком отстойнике движется с небольшой скоростью (2 ÷ 6 мм/с) и частицы взвеси под действием силы тяжести оседают на дно, по которому проложены перфорированные короба для удаления осадка.

После отстойников в осветляемую воду вводятся реагенты для фторирования воды или ее дезодорации (см. рис.61) и вода направляется в осветительные фильтры различных конструкций. Наибольшее распространение в практике водоподготовки получили так называемые “медленные” и “скорые” фильтры, отличающиеся скоростями фильтрования (в медленных фильтрах – w_ф = 0,1 ÷ 0,2 м/ч; в скорых фильтрах - w_ф = 6 ÷ 10 м/ч). Предпочтение обычно отдается скорым фильтрам, схема которого представлена на рис.65.

Рис 65

С течением времени слой фильтрующего материала забивается частицами взвеси и фильтр ставится на регенерацию (обычно не реже 1 раза в сутки) – слой фильтрующего материала промывается осветленной водой в направлении, обратном фильтрованию (т.е. снизу – вверх).

После осветлительных фильтров в воду вводятся реагенты для обеззараживания воды (см. рис.61) и очищенная вода поступает в резервуары чистой воды, откуда насосами II подъема подается в магистральные трубопроводы водопроводной сети.

Рекомендуемая литература: 7 осн.[13-28; 59-93] 12 доп.[161-179; 194-199; 207-210;215-238].

Контрольные вопросы:

1. Типы и схемы водозаборных сооружений.

2. Назначение насосных станций их типы и схемы.

3. Основные методы обработки воды на очистных сооружениях.

4. Общая схема и основное оборудование очистных сооружений.

Дата добавления: 2015-07-18