3 страница

г/м³,

де кількість нерозчинних речовин, що вводяться з вапняком для підлужування води, мг/л мг/л.

Середня висота (посередині між дірчастими перегородками) зони накопичення осаду (м) дорівнює:

, (6.23)

де — площа одного відстійника, м², .

де м².

Середня глибина (м) робочої частини відстійника

. (6.24)

Загальна середня висота (м) відстійника (до перекриття):

, (6.25)

де — будівельний запас, приймаємо рівним 0,3 м.

Робочий об’єм (м³) відстійника можна розрахувати так:

, (6.25)

де — будівельна довжина, яка розраховується за формулою:

, (6.26)

де — довжина відстійника, м;

— відстань від передньої стінки відстійника до дірчастої перегородки, м.

Кількість води, що скидається при очистці відстійника, у відсотках від витрати води, що оброблюється, розраховується за формулою:

, (6.27)

де — коефіцієнт розбавлення осаду приймають рівним 1,1 при періодичному випорожненні відстійника і 1,2…1,5 при гідравлічному (без вимикання відстійника) способі видалення осаду.

Час випорожнення відстійника не повинно перебільшувати 6 год. при швидкості випорожнення не менше 1 м/.

Діаметр труби для випорожнення відстійника добирають, як правило, за витратою

. (6.28)

Кількість осаду, що видаляється з кожного відстійника за одну чистку (по масі), складає

, (6.29)

де — час між скидами осаду, доба; доби.

Т7. Фільтрування води

Для освітлення води до вимог ГОСТу «Вода питна» застосовують фільтри, які вбирають майже всі зважені домішки.

Найважливіша характеристика роботи фільтру — швидкість фільтрування, в залежності від неї фільтри поділяють на повільні (до 0,2 м/год.), швидкі (15,5-12 м/год.), над швидкі (25-100 /год.).

Усі фільтри мають однакову конструкцію і відрізняються висотою шару води: повільні (1,5 м) і швидкі (2 м).

Найбільш поширені швидкі фільтри (рис. 2.5), на них освітлюється вода, яка оброблена коагулянтами. За конструкцією це прямокутний залізобетонний резервуар, він заповнюється засипкою кварцовим піском, який розміщується на підтримуючому шарі гравію. Висота шару води над засипкою повинна бути більше 2 м. Глибина проникнення забруднень у фільтруючий шар тим більше, чим більше швидкість фільтрування і менші розміри зважених речовин. Розрахункову швидкість фільтрування і товщину шару загрузки приймають в залежності від крупності часток загрузки.

При форсованому режимі один фільтр включений на промивку, швидкість може бути підвищена до 12 м/год.

Підтримуючий шар застосовують для запобігання виносу мілких фракцій і більш рівномірного розподілення води по площі фільтру. Розподільчу систему приймають з великим опором. Промивають швидкий фільтр через 12-72 год. зворотнім током води. При русі води знизу вверх фільтруючий шар розширюється і переміщується. Тривалість промивки 3-8 хвилин.

1. Труба, яка підводить воду 6. Стоковий канал.

2. Жолоб для відводу промивної води. 7. Труба скиду першого фільтру.

3. Кишеня. 8. Подача промивної води.

4. Дірчата труба. 9. Фільтрат.

5. Колектор. 10.відвід промивної води.

Рис. 7.1. Схема швидкого фільтру

7.1 Розрахунок швидких фільтрів

Сумарну площу швидких фільтрів визначаємо за формулою:

, (7.1)

де — продуктивність станції, м³/добу;

— тривалість роботи станції, год.;

— розрахункова швидкість фільтрації, м/год.;

— кількість промивок на протязі доби;

— витрати води на одну промивку, м³/добу;

— час простою при промивці водою 0,33 год.; при промивці з повітрям — 0,5 год.

Кількість фільтрів визначаємо за формулою:

. (7.2)

Площа одного фільтру:

м².

Т8. Знезаражування води.

Це процес повного видалення патогенних бактерій з води. Знезаражують воду, яка пройшла очистку. Існують наступні методи:

1. Хлорування (рідкий хлор , гіпохлорит натрію, гіпохлорит кальцію).

2. Прямий електроліз.

3. Бактерицидне випромінювання.

4. Озонуванням.

Метод знезаражування вибирають у розрахунку з витратою води і її якості, ефективності очистки, умов забезпечення станції очистки знезаражувальними реагентами і їхнім зберіганням.

При хлоруванні окислюється протоплазма бактерій. На станціях малої продуктивності допускається застосування хлорного вапна. Для попередніх розрахунків приймають дозу мг/л, далі її уточнюють дослідним хлоруванням. При цьому доза досягає 8 мг/л і більше. Вона постійно уточнюється, тому що хлор витрачається не тільки на мікроорганізми, але і на інші органічні домішки. У ГОСТі «Вода питна» вказана залишкова доза . Найбільш розповсюджене хлорування рідким хлором, який поступає на станції в балонах, ємністю до 1000 кг. При тискові 1 МПа і температурі 15 º він знаходиться у рідкому стані. При попаданні у воду переходить у газ. Для дозування хлору застосовують спеціальні хлоратори.

8.1. Розрахунок хлораторної установки

Технологічна схема покращення якості води на станції складається з коагуляції серно кислим алюмінієм, освітлення у освітлювачі зі зваженим осадом, фільтрування на відкритих швидких фільтрах.

Знезаражування води — подвійне хлорування: первинне мг/л (хлор вводять у змішувач) і вторинне мг/л (хлор вводять у трубопровід фільтру перед резервуарами чистої води).

Розраховуємо витрату хлору. На первинну обробку вихідної води:

кг/добу,

кг/год;

на вторинну обробку:

кг/добу,

кг/год.

При отриманій величині годинної витрати хлору можна було б прийняти один хлоратор типу ЛК-11 продуктивністю 0,5…4,5 кг/год. хлору.

Проте для підняття надійності знезаражування води дозування хлору необхідно проводити окремо на кожне місце вводу. Тому на первинне та вторинне хлорування приймаємо по два хлоратора ЛК-11 на кожне місце введення (один резервний).

В приміщенні хлорної установки зберігають резервні балони, число яких складає не менше 50 % добової необхідності, — один балон.

Т9. Водоводи та водопровідні мережі

9.1. Трасування водоводів и магистральних водопроводных мереж

Трассировка водоводов и магистральных водопроводных сетей является одним из важнейших и сложных этапов проектирования систем водоснабжения. Именно от того, каким образом выполнена трассировка, зависят надежность и экономичность работы всей системы водоснабжения. Структура линейной части системы водоснабжения населенного пункта должна быть такой, чтобы отключение (аварийное или плановое) ремонтного участка сети или водоводов неприводило к снижению подачи воды объекту более чем на 30%, а для систем промышленного водоснабжения — по аварийному графику. Достигается это путем устройства двух (иногда более) водоводов с перемычками (или без них) и кольцеванием магистральной водопроводной сети. Прокладка водоводов в одну нитку допускается при условии стройства аварийного запаса воды, обеспечивающего в течение времени ликвидации аварии на водоводах (табл. 3.1) расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в размере 70 % расчетного среднечасового водопотребления, на противопожарные нужды в полном объеме и на производственные — по аварийному графику. Тупиковые линии водопроводов допускается применять для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды при диаметре труб менее 100 мм, иа хозяйственно-противопожарные нужды при длине линий до 200 м, на производственные нужды при допустимости перерыва в водоснабжении на время ликвидации аварии. При трассировке водоводов необходимо стремиться к их минимальной длине с учетом естественных и искусственных препятствий, обеспечения возможности подъезда и применения техники при строительстве и эксплуатации водоводов, к минимальному отчуждению земли и с учетом границ землепользования и севооборотов Подключение водоводов (двух и более) к магистральной водопроводной сети должно производиться к различным ремонтным участкам.

При трассировке магистральной водопроводной сети необходимо придерживаться следующих принципов:

- сеть должна достаточно равномерно располагаться на территории населенного пункта с учетом возможности экономичного (кратчайшего) и надежного (не менее чем от двух ремонтных участков) подключения к ней крупных потребителей воды (предприятий), а также присоединения напорно-регулирующих и запасных емкостей;

- участки сети прокладывают по улицам с обеспечением двустороннего подключения к ним линий распределительной сети Протяженность чисто транзитных участков магистралей (участков, проходящих через незастроенную и не подлежащую застройке территорию, а значит, и без попутных отборов воды) и участков с односторонним отбором (застройка только с одной стороны) должна быть минимальна;

- магистральные линии сети намечают вдоль основного направления движения воды по территории населенного пункта.

Оптимальный уровень надежности сети (достаточно высокий уровень надежности при относительно небольших затратах) обеспечивается путем устройства двух и более магистралей с перемычками между ними, образующими замкнутые контуры (кольца), вытянутые вдоль основного направления движения воды по объекту и имеющие размеры по длинной стороне 600.. 1000 м, по короткой — 350...800 м. При трассировке как водоводов, так и линий магистральной водопроводной сети необходимо также учитывать геологические условия прокладки трубопроводов (устойчивость грунтов, отсутствие скальных грунтов и плывунов, уровень грунтовых вод и т. д.). С целью предотвращения электрической коррозии металлических труб не следует прокладывать магистрали параллельно трамвайным путям в непосредственной близости (на одной улице). Пересечение автомобильных и железных дорог водоводами и участками магистральной сети должно осуществляться под прямым углом. Устройство сопроводительных линий для присоединения попутных потребителей допускается при диаметре магистральных линий и водоводов 800 мм и более и транзитном расходе не менее 80 % суммарного расхода, для меньших расходов — при обосновании. При ширине проездов более 20 м допускается прокладка дублирующих линий, исключающих пересечение проездов вводами. При ширине улиц в пределах красных линий 60 м и более следует рассматривать также вариант прокладки сетей водопровода по обеим сторонам улиц. На рис. 3.1, а показан пример наиболее часто применяемой схемы трассировки водоводов — вдоль автомобильных дорог. Такая схема позволяет без ограничений применять необходимую технику при строительстве и ремонте водоводов. На том же рисунке представлена схема трассировки кольце-

Рис. 9.1 Схемы трассировок магистральных водопроводных сетей и водо-

водопроводов

/ — очистные сооружения, 2 — водоводы, 3 — магистрали, 4 — перемычки, 5 — за-

мыкающие участки, 6 — опорное кольцо, дс — оптимальное распределение расходов

воды в сечениях

вой магистральной водопроводной сети города с явно выраженными магистралями. При нормальной работе сети магистрали 3 служат как для обеспечения водой близлежащих потребителей, так и для транзита воды потребителям, расположенным дальше. Перемычки 4 при нормальной работе выполняют только первую функцию. При аварий магистральных участков сети перемычки участвуют и в транспортировке (переброске) транзитных расхо- дов воды. На рис. 3.1, б дан пример так называемой обезличенной 89 схемы, в которой нет четкого различия между магистралями и перемычками. Все участки сети выполняют одинаковые функции как при нормальной работе, так и при аварии. Отличительной особенностью перпендикулярной схемы (рис. 3.1, в) является наличие опорного кольца, к которому присоединяются магистрали 3, соединяемые между собой перемычками 4 и замыкающими участками 5. К опорному кольцу радиальной схемы (рис. 3.1, г) присоединяются лучи-магистрали 3, которые вместе с перемычками 4 и замыкающими участками 5 образуют кольцевую сеть, применяемую при радиальной планировке населенного пункта.

На схемах рис. 3.1 показаны также рациональные распределения потоков воды X в характерных речениях I...IV сети, которые используются при определении диаметров участков сети (см. § 3.3). Узлами сети являются точки пересечения магистралей с перемычками (замыкающими участками). Желательно, чтобы в замкнутом контуре насчитывалось не менее трех и не более пяти-шести узлов. На рис. 3.2 представлен пример трассировки магистральной водопроводной сети для конкретного населенного пункта. Как видно из рисунка, участки магистральной сети проложены по улицам и достаточно равномерно расположены по территории объекта. Сеть состоит из четырех колец с явно выраженными магистралями 1-2-3-4, 1-9-5, 1-8-7-6, перемычками 3-9 и 7-9 и замыкающими участками 4-5 и 5-6. Кольца вытянуты в направлении основного движения воды по территории города, размеры длинных сторон которых находятся в пределах 680.830 м, коротких — 370...600 м. Подавляющая часть участков сети обеспечивает двусторонний отбор воды, лишь часть участка 5-9 является чисто транзитной, а часть участка 7-8 — с односторонним отбором воды (это обстоятельство должно быть учтено при определении удельных и узловых отборов). Водонапорная башня предусмотрена на самой высокой точке территории города (отметка 113,2 м), расположена она в конце сети (система с контррезервуаром) и подключена к узлу 4 Подача воды в сеть осуществляется по двум водоводам, проложенным кратчайшим путем (/ = 3000 м) от НС-2 до сети (узел /).

Т10. Розрахунок тупікових і кільцевих мереж

Для расчета магистральной водопроводной сети необходимо перейти от реальной схемы отбора воды к расчетной. На рис. 3.3, а показана последовательность такого перехода. Реальный участок АВ имеет фиксированные точки отборов воды 1, 2,..., 7 с различными значениями расходов q\, qi, •••, Цт- Однако на стадии проектирования магистральной водопроводной сети такая информация для каждого участка отсутствует. В связи с этим делают первое допущение — считают, что отбор воды из участков сети осуществляется равномерно по длине. Количество отбираемой воды, приходящееся на единицу длины участка, называется удельным отбором qyA, л/с на 1 м, и определяется по формуле

</>a=(Q-2Qcocp)/2/, (10.1)

где Q — общий расход воды городом в расчетный час, л/с;

¦SQcocp — сумма сосредоточенных отборов воды (расходы воды промышленными предприятиями и на тушение пожаров);

суммарная длина участков сети, через которые осуществляется отбор воды В сумму длин 2/ не включают участки сети (или их часть), проходящие по незастроенной территории, из которых ие отбирается вода. Не входит также в сумму 2/ половина длин участков с односторонним отбором воды (застройка с одной стороны). Удельные отборы определяют дифференцированно по районам города в зависимости от плотности населения (этажности застройки) и степени санитарно-технического благоустройства зданий. Зная удельный отбор qyA, л/с на 1 м (для всего города или по районам), можно определить путевые отборы воды qa, л/с, из каждого участка сети:

Рис. 9.2. Схемы отбора воды из сети

из узлов сети. При этом распределение общего путевого отбора воды из участка между узлами должно быть таким, чтобы потери напора оставались такими же, как и при путевом отборе. В зависимости от величины транзитного расхода, проходящего через рассматриваемый участок, распределение отборов меняется от 0,5 до 0,58. В инженерной практике это значение принимают равным 0,5. В этом случае второе допущение (рис. 3.3, а) может быть уточнено — предполагается, что отбор воды, соответствующий половине участка, примыкающего к узлу А, фиктивно отбирается из узла А, а вторая половина — из узла В. Для узла кольцевой сети (рис. 3 3, б), к которому примыкают два (и более) участка, фиктивный узловой отбор qy3, л/с, равен полусумме путевых отборов qn, л/с, всех участков, примыкающих к данному узлу:

qy3 = 0,5 2 Чп. (3.3)

На рис. 3.2, в показана расчетная схема магистральной водопроводной сети с узловыми отборами Q\, Q2,..., Qg, а также сосредоточенными отборами Qc и Q'c'. Сосредоточенные отборы воды промышленными предприятиями, как правило, привязываются к ближайшему узлу сети (Qc') или фиксируются в фактической точке отбора (Qc). Расчетные противопожарные отборы воды (Q„, Q") принимают в самых неблагоприятных с точки зрения подачи воды узлах сети — самых удаленных по пути движения воды или самых высоких (имеющих максимальную геодезическую отметку поверхности земли). Расчетная схема отбора воды из сети идеализирует реальную картину ее работы. В частности, считается, что фиктивные узловые отборы не зависят от давления в сети, т. е. являются фиксированными. Такое допущение базируется на том, что отбор воды из сети потребителями осуществляется, как правило, через водоразборную арматуру, а степень открытия ее фиксирует требуемый отбор воды независимо от давления в сети (в предположении, что максимальная степень открытия арматуры обеспечивает величину требуемого отбора воды). Однако в сети есть точки, в которых отбор воды осуществляется не через водоразборную арматуру. В этом случае отбор является нерегулируемым, а значит, и нефиксированным. Такими отборами являются наполнение различных резервуаров, в том числе и водонапорной башни, подкачивающие насосные станции (установки) и др. В приближенных инженерных расчетах и эти отборы можно принимать фиксированными. Для более детального и точного анализа работы сети необходимо учитывать напорно-расходные характеристики нефиксированных отборов. Ниже приводится пример перехода от реальной к расчетной схеме отбора воды из магистральной сети города, изображенного на рис. 3.2, объемы и режимы водопотребления которого представлены в табл. 1.10 и 1.11. Так как водонапорная башня расположена в конце сети, расчет должен быть произведен на случаи максимального водоразбора, максимального водоразбора при пожаре и максимального транзита воды в башню. В период максимального водоразбора (час 9— 10 в табл. 1.10; город потребляет 2392 м3/ч (664 л/с), из которых 120 + 3 = = 123м3/ч (34 л/с) отбирает предприятие № 1 (отбор из узла 5) и 160 + 3 = 163 м3/ч (45 л/с) — предприятие № 2 (отбор из узла 8). В этот час НС-2 подает в сеть (табл. 1.11) 4,58 %• 42865/100 = = 1963 м3/ч (545 л/с), а недостающие 664 — 545= 119 л/с поступают из водонапорной башни Удельный отбор воды в период максимального водоразбора при одинаковой для всего города плотности застройки и степени благоустройства зданий определен по формуле (3.1) qya = (Q - EQcocp) /2/ = [664 - (34 + 45)]/(7430 - 230 - 300/2) = = 0,083 л/с' на 1 м.

Таблица 32 Определение путевых отборов

В сумму длин 2/ не вошли транзитная часть (230 м) участка 5—9 и половина части (300/2 = 150 м) длины участка 7-8 с односторонним отбором воды. В период максимального транзита воды в башню (час 23—24 в табл. 1.11) город потребляет (см. табл. 1.10) 1469 м3/ч (408 л/с), из которых 120+9=129 м3/ч (36 л/с) отбирает предприятие № 1 и 140 + 8= 148 м3/ч (41 л/с) — предприятие № 2. В этот час НС-2 подает в сеть 4,58 % X Х42865/100=1963 м3/ч (545 л/с). Избыток воды 545—408=137 л/с проходит транзитом через всю сеть и поступает в водонапорную башню. Удельный отбор воды в период максимального транзита воды в башню равен <7w = (Q-2Qcocp)/Z/= = [408-(36+41)]/(7430- -230-300/2) = 0,047 л/с на 1 м. При пожаре* в час максимального водораз-бора весь расход воды 664+2-40=744 л/с поступает в узел 1 от НС-2. Предполагаем, что пожары происходят в узлах 4 и 5 — самых удаленных и самых высоких по рельефу местности. Удельные отборы и сосредоточенные отборы воды предприятиями в данном расчетном случае такие же, как и в случае максимального водоразбора.

Путевые и узловые отборы воды для всех расчетных случаев определены по формулам (3.2) и (3.3), процедура расчетов и их результаты представлены в табл. 3 2 и 3 3. На рис. 3.4 показаны расчетные схемы отбора воды из магистральной водопроводной сети для характерных случаев ее работы.

Рис. 10.2. Расчетные схемы отборов воды из сети для случаев:

а — максимального водоразбора; б — максимального транзита воды а башню, в — максимального водоразбора при пожаре

* В данном случае приняты два расчетных пожара, для тушения каждого из которых требуется 40 л/с.

10.3. Предварительное потокораспределение и определение

диаметров труб участков сети и водоводов

Предварительное потокораспределение. При известной конфигурации сети, заданных значениях длин ее участков, мест и величин отборов воды из сети может быть намечено неограниченное число вариантов распределения расходов воды по ее участкам. В каждом из таких вариантов необходимо обеспечить заданные величины отборов воды и удовлетворить условия баланса расходов в узлах: сумма расходов, подходящих к узлу, равна сумме расходов, включая узловой отбор, отводимых от него, т. е. ZQ = o. (3.4) узла v ' Для уменьшения объема вычислительных работ необходимо выбрать такой вариант предварительного потокораспределения, который бы незначительно отличался от истинного потокораспределения, получаемого в результате увязки сети. Для этого желательно, чтобы в участках сети, попадающих в одно характерное сечение (на рис 3.1 сечения I...IV), расходы были приблизительно равными. При наличии потребителей с большим сосредоточенным отбором воды большая часть этого расхода направляется кратчайшим путем. Начальное потокораспределение выполняют для каждого характерного случая работы сети и представляют в виде схем (рис. 3.5) с указанием на них номеров узлов и колец, значений подач и отборов воды, расходов на участках с обозначением стрелками направления движения воды.

Рис. 3.5. Схемы предварительного потокораспределения на случаи: а — максимального водоразбора; б — максимального транзита воды в башню; в — максимального водоразбора при пожаре.

10.4 Экономически наивыгоднейшие диаметры.

При известном значении расхода воды q диаметр трубопровода, работающего полным сечением, может быть определен из уравнения* неразрывности потока, т. е.

d = 2^jq/{n- v). (3.5)

При постоянном значении расхода q = const увеличение скорости v приводит к уменьшению диаметра трубопровода и увеличению потерь напора в нем и, наоборот, уменьшение скорости — к увеличению диаметра и уменьшению потерь напора. То и дру

гoe оказывает влияние на экономичность трубопровода. Очевидно, что должна быть принята скорость, обеспечивающая наиболее экономичный диаметр трубопровода. Критерием экономичности являются приведенные затраты, включающие в себя как капитальные, так и эксплуатационные затраты [см. формулу (1.12)]. На рис. 3.6 показан характер зависимости приведенных затрат и их составляющих от скорости v и диаметра d. С увеличением скорости (уменьшением диаметра) капитальные вложения (ЕнК) уменьшаются. При этом эксплуатационные затраты С возрастают, так как увеличиваются затраты электроэнергии вследствие роста потерь напора в трубопроводе. Экономичная скорость уэ или экономически наивыгоднейший диаметр йъ соответствуют минимуму приведенных затрат Птщ.

На рис. 3.7 представлен характер зависимости приведенных затрат П от расхода воды q для стандартных диаметров d\, d2t d3, d\ (di < d2 < dz < d4). Каждому диаметру соответствуют значения E„Ki, ЕнКг, Е„Кз, Е„К4, характеризующие затраты на строительство единицы длины трубопровода. Эти значения отложены на оси ординат, так как они не зависят от расхода q. При увеличении расхода воды эксплуатационные затраты растут, причем интенсивность роста (кривизна линий) больше для меньших диаметров, что соответствует характеру изменения потерь напора.Для конкретного значения расхода q* в данном примере наиболее экономичным является диаметр di, соответствующий минимальному значению приведенных затрат Птт. Точки пересечения кривых определяют области экономически наивыгоднейших расходов для соответствующих диаметров: 0-q\ — для d\\ q\-qi —

для d.2\ <72-<7з — для d.3- Таким образом, для каждого диаметра существует область значений расходов воды, при которых данный диаметр является экономически наивыгоднейшим. Положение и форма кривых, представленных на рис. 3.7, зависят не только от диаметра, но и от материала труб, условий строительства и эксплуатации трубопровода, которые характеризуются экономическим фактором Э: 3 = 87608v/sm/[102Tia&(E„+ fl/100)], (3.6) где б — стоимость электроэнергии, руб/(кВт-ч); v — коэффициент неравномерности расходования энергии, зависящий от коэффициента неравномерности потребления и подачи воды,

наивыгоднейший диаметр. При корректировке расчетного расхода целесообразно пользоваться значением Эт — 1 и соответствующей графой таблицы предельных расходов. При отсутствии таблицы предельных расходов, а также при проведении расчетов на ЭВМ экономически наивыгоднейший диаметр определяют по формуле

В таблицах Ф. А. Шевелева (см. Приложение 4) жирными линиями выделены значения v и 1000/ для экономически наивыгоднейших диаметров при значении экономического фактора

Э = 0,75.

Дата добавления: 2015-11-15