Выбор типа и расчет водозаборных сооружений

Выбор типа и расчет водозаборных сооружений

Выбор типа водозаборных сооружений

Условия забора воды характеризуется следующими показателями:

1. Водность источника;

2. Глубина;

3. Уровневый режим (УНВ и УВВ);

4. Структура потока в месте водозабора;

5. Ледовой режим, шуганосность;

6. Устойчивость дна и берегов.

Населенный пункт Прохоровка находится в Минской области. В качестве источника водоснабжения используется поверхностный источник – река. Колебания уровней воды в реке УВВ=53 м.; УНВ=48 м. Берег в месте устройства водозабора— пологий. Категория надежности подачи воды в систему водоснабжения–I. Условия забора воды из поверхностного источника– средние, которые характеризуются следующими показателями:

Мутность 500-1500 мг/л. Русло и берега устойчивые с сезонной деформацией ±3 м. Вдольбереговое перемещение наноса не влияет на устойчивость склонов. Наличие внутреннего льдообразования, прекращающегося с установлением ледостава обычно без шугозаполнения русла и образования шугозажеров. Ледостав устойчивый, толщиной0,8–1,2м. форматирующийся с полыньями. Наличие сора, водорослей, биообрастания и загрязнений вызывающих помехи в работе водозабора.

Для данных условий принимается русловой водозабор с затопленным водоприемником. Так как берег в месте строительства устойчивый, водозабор принимается совмещенного типа.

Водоприемная часть сооружений (затопленный оголовок) размещается на некотором расстоянии от берега, где глубина достаточна для его расположения. Оголовок оборудуется решётками. С водоприёмным береговым колодцем оголовок соединяется самотечными линиями. Они прокладываются в две нитки и выполняются из стальных труб. В разделительной стенке между водоприемным и всасывающим отделениями берегового колодца, устраиваются плоские съёмные сетки.

 

Рисунок 1 – Русловой водозабор

1 – водоприёмные окна с решетками; 2 – оголовок; 3 – самотечные трубопроводы; 4 – береговой колодец; 5 – плоские съёмные сетки; 6 – поперечные перегородки; 7 – колонка управления задвижками; 8 – всасывающие трубопроводы;

9 – насосная станция; 10 – напорные трубопроводы; 11 – камера переключения;

12 – задвижки; 13 – обратные клапаны; 14 – горизонтальные центробежные насосы.

 

Расчет водозаборного сооружения

Расчет самотечных линий

Самотечные трубопроводы рассчитываются на два случая:

1.Авария на одной из ниток, при этом расход, пропускаемый по рабочей нитке должен составлять не менее 100% от расчетного расхода;

2.Нормальная работа самотечных линий.

Самотечные линии прокладываются в две нитки и выполняются из стальных труб. Длина самотечных линий принимается по генплану населенного пункта. Расход воды самотечных линий принимается равным общему расчетному расходуводозабора.

Длина самотечных линий принимается 50 м.

Расход воды самотечных линий составляет q_р=258,49 л/с.

Расход воды при аварии на одной из ниток принимаетсяq_ав=258,49 л/с

Расход воды при нормальном режиме на одну нитку, л/с, составит

(7)

Скорость движения воды в самотечных линиях принимается в зависимости от категории надежности водозабора.

Диаметр, мм	Скорость, м/с, I кат.	Скорость, м/с, II и III кат.
300-500	0,7-1	1-1,5
500-800	1-1,4	1,5-1,9
Свыше 800	1,5

Таблица 1–Определение скорости движения воды

Для стальных труб принимается диаметр, гидравлический уклон, скорость и определяются потери напора, результаты расчёта сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчёт самотечных линий

Расчетный случай работы	Расчетный расход, л/с	Диаметр, мм	Длина, м	Скорость, м/с	Потери напора, м
Нормальная работа	129,25			0,81	0,105
Авария на одной из ниток	258,49			1,62	0,398

Требования, предъявляемые к воде хозяйственно-питьевого назначения

Показатели качества питьевой воды, подаваемой централизованными хозяйственно-питьевыми водопроводами и используемой одновременно для хозяйственных, технических и коммунально-бытовых целей предприятий регламентируются СанПиН 10-124 РБ 99 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Вода хозяйственно-питьевого назначения должна иметь благоприятные органолептические свойства, быть безопасной в эпидемическом отношении и не содержать вредных для здоровья человека компонентов:

–запах воды при 20°С и нагревании до 60°С не более 2 баллов;

–вкус и привкус при 20°С не более 2 баллов;

–цветность по платиново-кобальтовой шкале не бо­лее 20 град;

–мутность воды не более 1,5 мг/л;

–активная реакция рН должна быть в пределах 6–9;

–сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л;

–содержание железа не должно быть более 0,3 мг/л;

–содержание марганца не должно быть более 0,1 мг/л;

–общая жёсткость не должна превышать 7 мг-экв/л;

–содержание фтора не должно быть более 0,7– 1,5 мг/л;

–общее число бактерий не должно превышать 100 в 1 л;

–число кишеч­ных палочек в 1 л воды не более 3.

При обработке воды реагентами их дозы следует назначать таким обра­зом, чтобы остаточные концентрации их в воде после очистки не превышали следующих значений: сернокислый алюминий – 0,5 мг/л; полиакриламид – 2 мг/л; фосфаты по (Р0₄)³–3,5 мг/л. Содержание остаточного свободного хлора должно быть не менее 0,3 и не более 0,5 мг/л (после не менее получасового контакта в резервуаре чистой воды), остаточного связанного хлора – не менее 0,8 и не более 1,2 мг/л (после контакта с водой в резервуаре чистой воды не менее 1 часа); остаточное содержание озона должно быть в пределах 0,1–0,3 мг/л (после контакта воды с озоном в течение 12 мин).

Согласно исходным данным в населенном пункте имеется промышленное предприятие, потребляющее водухозяйственно-питьевого качества на хозяйственно-бытовые и технологические нужды, поэтому в данном проекте станция водоподготовки рассчитывается на подачу воды хозяйственно-питьевого качества населению и промышленному предприятию.

Согласно исходным данным вода имеет следующие показатели:

Таблица 3 – Сравнительная характеристика показателей качества исходной воды и требований к ее качеству

Показатели	Содержание в воде	Нормативные требования
Мутность	450-200 мг/л	Не более 1,5 мг/л
Цветность	80-40 град.	Не более 20 град.
Запах и привкус	3 балла	Не более 2 баллов
pH	6,5	6-9
Содержание железа	0,5 мг/л	Не более 0,3 мг/л
Коли-индекс	30 шт/л	Не более 3 шт/л
Щелочностьmin	2,6 мг-экв/л	—

Сравнивая показатели можно сделать вывод, что исходная вода не соответствует требованиям СанПиН 10-124 РБ 99 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» по мутности, цветности, запаху, привкусу, содержанию железа и бактериальным показателям.

 

Расчет очисных сооружений

Определение доз реагентов

Расчетные дозы реагентов следует устанавливать для различных периодов года технологическим анализом воды в зависимости от ее качества и корректировать в период наладки и эксплуатации сооружений. При этом следует учитывать допустимые остаточные концентрации реагентов в обработанной воде. Все применяемые реагенты должны быть из числа разрешенных Министерством здравоохранения Республики Беларусь.

В качестве коагулянта применяется очищенный сернокислый алюминий . Доза коагулянта, Д_к, мг/л, по безводному веществу принимается после предварительных расчетов:

при обработке цветных вод – по формуле

(8)

где Ц — максимальная цветность обрабатываемой воды, град, 80 град.

при обработке мутных вод — по таблице 7.1[2] – 45 мг/л,

Расчетной принимается большая из двух доз, Д_к= 45 мг/л.

В качестве флокулянта используется полиакриламид (ПАА). При вводе перед осветлителями со слоем взвешенного осадка доза ПАА составляет 1,2 мг/л.

Для поддержания в санитарном состоянии очистных сооружений применяется первичное (дозой 1–3 мг/л) и вторичное хлорирование. Для обеспечения требований СанПиН по бактериальным загрязнениям используется вторичное хлорирование дозой 3–10 мг/л.

Реагенты следует вводить одновременно с вводом коагулянтов.

Дозы подщелачивающих реагентов, Д_щ, мг/л, необходимых для улучшения процесса хлопьеобразования вычисляются по формуле

(9)

где Д_к – максимальная, в период подщелачивания, доза безводного коагулянта, мг/л, 45 мг/л;

е_к – эквивалентная масса коагулянта (безводного) принимается для: Al₂(SO₄)₃ – 57 мг/мг-экв;

К_щ – коэффициент, равный для извести (по CaO) – 28, для соды (по Na₂Co₃) – 53;

Щ₀ – минимальная щелочность воды, ммоль/л, 2,6ммоль/л.

Так как доза подщелачивающих реагентов получилась отрицательной, то подщелачивание не требуется.

 

Расчет скорых фильтров

 

Фильтрованием называется пропускание очищаемой воды сквозь порис­тый материал (чаще всего кварцевый песок), в результате чего вода освобо­ждается от взвешенных, а иногда и от растворённых частиц.

Фильтры и их коммуникации должны быть рассчитаны на работу при нормальном и форсированном (когда часть фильтров находится в ремонте) режимах. На станциях с количеством фильтров до 20 следует предусматривать возможность выключения на ремонт одного фильтра, при большем количестве – двух фильтров.

Согласно таблице 8.1[2] принимаются скорые однослойные фильтры с загрузкой из кварцевого песка со следящими характеристиками:

— диаметр зерен – 0,7–1,6 мм;

— высота слоя – 1,5 м;

— коэффициент неоднородности – 1,6–1,8;

— скорость фильтрования при нормальном режиме – 5–6 м/ч;

— скорость фильтрования при форсированном режиме – 6–7 м/ч;

— скорость подачи при промывке, воды – 50–58 м/ч;

— скорость подачи при промывке, воздуха —;

— продолжительность промывки – 6 мин;

— относительное расширение фильтрующей загрузки – 30%.

Общая площадь фильтрования, А_ф, м², определяется по формуле

(76)

где Q— полная производительность станции, м³/сут, 22333,62м³/сут;

T_ст — продолжительность работы станции в течение суток, ч, 24 ч;

V_н — расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, 5 м/ч;

n_пр— число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, 2;

V_пр — скорость промывки, м/ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

t₁ — продолжительность промывки, ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

t_пр— время простоя фильтра в связи с промывкой, ч, принимаемое: для фильтров, промываемых водой 0,33 ч.

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м3/сут должно быть не менее четырех. При производительности станции более 8000–10 000 м3/сут количество фильтров ориентировочно допускается определять, с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных, в зависимости от компоновки фильтров).

Ориентировочно число фильтров, N_ф, шт, определяется по формуле

(77)

Площадь одного фильтра, , м², составит

(78)

Площадь фильтра принимается в соответствии с типовыми ячейками фильтра: 5×12; 5×9; 6×6; 5×6.

Принимается размер типовой ячейки фильтра с размерами в плане =5×6=30м²

Уточненное число фильтров, N_ф, шт, составит

(79)

Скорость фильтрования при форсированном режиме,V_ф, м/ч, определяется по формуле

(80)

где N₁ — количество фильтров, находящихся в ремонте, 2 шт.

Площадь одного фильтра следует принимать не более 60 м².

Высота слоя воды над поверхностью загрузки принимается 2 м. Превышение строительной высоты над расчетным уровнем воды — не менее 0,5 м.

Принимается трубчатая дренажная система, состоящая из коллектора ибоковыхответвлений, расположенных по обеим сторонам от коллектора.

Диаметр коллектора рассчитывается по промывному расходу, q_пром, л/с, определяется по формуле

(81)

где ω –интенсивность подачи промывной воды равная 15 л/с на 1 м².

При скорости движения воды при промывке 0,8–1,2 м/с и по промывному расходу равному 450 л/с принимается коллектор диаметром 800 мм.

Число ответвлений дренажа, n_отв, шт, определяются по формуле

(82)

где В₁– длинная сторона типовой ячейки, 6м.

Расход воды в одном ответвлении, ,л/с, составит

(83)

Диаметр ответвлений при скорости движения воды в нем 1,6–2м/cпринимается равным 100 мм.

В нижней части ответвлений расположены отверстия диаметром 10–12 мм в два ряда в шахматном порядке.Площадь одного ответвления, , рассчитывается по формуле

(84)

Общая площадь всех отверстий должна составлять 0,25–0,5% от рабочей площади фильтра. Суммарная площадь отверстий, м², определяется по формуле

(85)

Число отверстий, , шт, составит

(86)

На каждом ответвлении число отверстий, ,шт, составит

(87)

Шаг отверстий, e,м, составит

(88)

где – короткая сторона типовой ячейки, 5м;

–диаметр коллектора, м, 0,8 м.

Расстояние между осями отверстий должно находиться в пределах 150–200мм.

Дренажная система фильтра располагается в водоудерживающих слоях, толщина нижнего, самого крупнозернистого, слоя с учетом расстояния от низа ответвлений до дна фильтра– 75 мм принимается равной 75+50+100=225 мм.Крупность зёрен этого слоя 20 – 40 мм.

Остальные три слоя с размером фракций 10–20 мм, 5–10 мм, 2–5 мм принимаются по 100 мм каждый.

Суммарная высота поддерживающего слоя, ,м,составит

Полная высота фильтра, H_ф, м, составит

(89)

где –высота слоя загрузки, м, принимается равной 1,5 м;

– слой воды над толщей фильтрующей загрузки, м, принимается равной2 м;

h_к – конструктивное превышение стен фильтра над уровнем воды, м,принимается равной 0,5 м.

Для сбора и отведения промывной воды предусматриваются желоба полукруглого сечения, расстояние между осями соседних желобов не должно быть более 2,2 м. Число желобов, n_ж, шт, определяется по формуле

(90)

Расход воды в одном желобе, q_ж, м³/c, составит

(91)

Ширина желоба, В_жел, м, определяется по формуле

(92)

где К_жел — коэффициент для желобов с полукруглым лотком,2;

q_ж — расход воды по желобу, м³/с, 0,15м³/с;

а_жел — отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимается равным 1.

При принятом отношении, a_жел=1, высота желоба,H_жел, принимается равной ширине желоба H_жел=В_жел=0,53м.

Кромки всех желобов должны быть на одном уровне и строго горизонтальны.

Лотки желобов должны иметь уклон i=0,01 м к сборному каналу.

В фильтрах со сборным каналом расстояние от дна желоба до дна канала Н_кан, м, определяется по формуле

(93)

где q_кан – расход воды по каналу, м³/с;

В_кан – ширина канала, м, принимаемая равной1 м.

Уровень воды в канале с учетом подпора, создаваемого трубопроводом, отводящим промывную воду должен быть на 0,2 м ниже дна желоба.

Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов, Н_ж, м, определяется по формуле

(94)

где Н_з – высота фильтрующего слоя, м, 1,5 м;

а_з – относительное расширение фильтрующей загрузки, %, 30%.

Промывка фильтра осуществляется с помощью специальных промывных насосов. Вода для промывки забирается из РЧВ. Для удаления воздуха из дренажной системы предусматривается воздушник в виде трубы диаметром 100 мм. Опорожнение фильтра осуществляется с помощью трубы диаметром 150 мм, присоединяемой к трубопроводу промывной воды. Для оборота промывных вод предусматривается резервуар - усреднитель, который рассчитывается на хранение объема воды от двух промывок. Рядом с резервуаром-усреднителем устраивается оборотная насосная станция, которая перекачивает воду в начало очистных сооружений. Осадок, выпавший в резервуарах, периодически откачивается на шламовые площадки.

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте был произведен расчет водозаборного сооружения из поверхностного источника для населенного пункта Прохоровка. Произведен расчет водозаборных и очистных сооружений, построена высотная схема сооружений, составлен генеральный план очистных сооружений.

 

Выбор типа и расчет водозаборных сооружений