Водоснабжение

Водозаборные сооружения

Исходные данные

Источник водоснабжения..............................................................река Лихоборка.

Расчётный расход водозаборного сооружения......................................0,32 м³/сек

Производительность водозабора.........................................................27540 м³/сут

Заданная пьезометрическая отметка подачи воды..................................129,49 м.

Длина напорных водоводов.........................................................................1100 м.

Обеспеченность гидрологических величин.................................................р= 95%

Расчётные уровни воды в реке:

половодья.................................................................................................111 м.

летней межени.........................................................................................109 м.

зимней межени........................................................................................107 м.

Потребитель расположен на ............................................................правом берегу

Толщина льда в реке....................................................................1,2 м. Шуги – нет

Река не судоходная, не имеет в верховье рыбоводного значения.

Расчётная длина рыб которые не должны попадать в водоприёмник...........2 см.

1. Обоснование выбора места расположения и типа водозаборного

сооружения и компоновка его конструктивных форм.

Краткая гидрологическая характеристика реки

Источником водоснабжения является река (верховье её не судоходной части). Река не отличается высокой мутностью, т.к. протекает в европейской части России. Гидрограф реки, является характерным для рек европейской части России, с небольшим паводковым уровнем, и уменьшением стока зимой.

Обоснование выбора схемы системы водоснабжения

Так как в районе проектирования города протекает река, а подземные водоносные пласты содержащие воду нужного питьевого качества залегают на больших глубинах и их содержится небольшое количество (явно не достаточное для обеспечения потребностей города), то водоснабжение города водой питьевого качества из подземных источников является не целесообразным, поэтому принимаем схему системы водоснабжения города из поверхностного источника с водозабором руслового типа.

Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения и обоснование проектируемого места расположения водозаборного узла

Выбор берега на котором следует запроектировать водозаборное сооружение, определяется местоположением потребителя. По заданию потребители располагаются на правом берегу реки. Водозаборное сооружение проектируем в наиболее глубоком месте русла реки, которое называется плессом. Плесс располагается у вогнутого берега берега речной меандры или у берега противоположного острову.

Т.к на плане реки есть остров, то створ водозаборного сооружения проектируем на наиболее крутом берегу, противоположном острову. Створ водозабора вынесен на лист (выкопировка из плана участка реки М = 1:100).

По выбранному створу в М 1:100, построен профиль правого берега. На профиле показаны отметки уровней воды в реке.

1.3 Выбор типа водозаборного сооружения

На крутых берегах – проектируют береговые водозаборные сооружения, на пологих – русловые.

В данном случае – берег пологий, значит необходимо запроектировать русловое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок, а на берегу проектируется береговой колодец. Оголовок с колодцем соединяется самотечной линией

Выбор компоновки водозаборного узла.

Оголовок следует размещать на отметки дна реки, обеспечивающий бесперебойный отбор воды из источника. В нашем случае – водозабор средней производительности и слой воды над оголовком должен быть 0,3 м, который отсчитывается от отметки нижней кромки льда. Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть равным 1 метр. Высота водоприёмных окон проектируется для водозаборных сооружений в зависимости от их производительности.

Для расчётной производительности, высота окна h = 1,0 м.

hl – толщина льда под уровнем воды, м

hl = Гл * А, где Гл – плотность льда, = 0,9;

А – толщина льда в реке, = 1,2 м.

Подставив в расчётную формулу значения, получим толщину льда под уровнем воды hl = 0.9*1.2 = 1,08 м.

Б – отметка нижней кромки льда, м.

Б = Нз - hl, где: Нз – минимальный зимний горизонт, Нз = 107 м.

Вычисляем отметку нижней кромки льда: Б = 107-1,08 = 105,92 м.

Расчёт отметки льда в месте расположения оголовка

Н_д – отметка дна в месте расположения оголовка;

Н_д= Hз - (h1+h2+h3+h4), где:

Нз – минимальный зимний горизонт равный 107 м.

h1 – толщина льда под уровнем воды = 1,08 м.

h2 – слой воды над оголовком до нижней кромки льда = 0,3 м.

h3 – высота водоприемных окон = 1,0 м.

h4 – высота порога между дном и низом водоприёмных окон = 1 м.

Профиль по створу

рис.6

Расчётное значение дна в месте расположения оголовка составит:

Н_д= 107 - (1,08+0,3+1,0+1,0) = 103,62 м., следовательно оголовок расположен на изобате 103,62. Толщина крепления дна равна 1,0 м.

Расчёт отметки земли Н_б у берегового колодца.

На водозаборных сооружениях средней производительности береговой колодец должен располагаться на 1,0 метр выше горизонта половодья р=95%.

Н_б – отметка земли у берегового колодца, м. Н_б = В+Г, где: В – горизонт половодья = 140 м; Г – превышение, = 1,0 м.

В моём случае береговой колодец должен располагаться на отм.

Н_б = 111,0 + 1,0 = 112,0 м.

Выбор конструктивных форм водозаборного узла

Выбор конструкции оголовка зависит от хоз. назначения реки, производительности сооружения. В данном случае по совокупности признаков, целесообразно запроектировать раструбный оголовок. Береговой колодец проектируем совмещённый с насосной станцией первого подъёма.

Гидравлические расчёты определяющие размеры сооружений.

Гидравлический расчёт раструбного оголовка.

S – площадь водоприёмных окон, м²

S = , где: 1,25 – коэфф. стеснения площади окон;

Q_р – расчётный расход водоприемного оголовка, равный 0,32 м³/сек;

К – коэфф. сжатия струи стержнями решётки,

К = (а+с), где:

а – диаметр стержня решётки, а = 1 см;

с – расстояние между стержнями, с = 5 см.

К = (1+5) / 5 = 1,2

V_вх – скорость входа воды в водоприемные окна, = 1,5 м/с.(СНиП 2.04.01-84).

Общая площадь водоприемных окон равна:

S = (1.25*0.86*1.2) / 1.5 = 0.86 м²

Исходя из конструктивных особенностей оголовка, следует принять размер водоприёмного окна h*B = 151 м, тогда площадь одного водоприёмного окна составит 1 м². Поскольку водозаборное сооружение должно быть секционировано, и на водозаборе малой производительности число секций должно быть равным двум, то проектируем две секции водоприёмника.

S_ф – общая фактическая площадь водоприёмных окон,

S_ф = D*E, где D – площадь одного водоприёмного окна = 1 м²

Е – число секций водоприёмника = 2.

Общая фактическая площадь водоприёмных окон составит S = 1*2 = 2 м²

Поскольку фактическая площадь водоприёмных окон оказалась больше расчётной, то необходимо определить фактическую скорость входа воды в водоприёмные окна (V_вх.ф).

V_вх.ф.= , где: 1,25 – коэфф. стеснения площади окон;

Q_p – расчётный расход водоприёмного оголовка = 0,32 м³/с;

К -- коэфф. сжатия струи стержнями решётки = 1,2;

S_ф – общая фактическая площадь водоприёмных окон, = 2 м².

Определяем фактическую скорость входа воды в водоприёмные окна:

V_вх.ф.= 0,24 м/с ;

При аварии через одну секцию оголовка проходит 0,7Q_р= 0,7*0,32 = 0,23м/с

V_вх – скорость отбора воды в решётках, м/с

V_вх.ф.= , где 1,25 – коэфф стеснения площади окон;

Q_p – расчётный расход водоприёмного оголовка = 0,32 м³/с;

К -- коэфф. сжатия струи стержнями решётки = 1,2;

D – площадь водоприёмного окна, = 1 м.

Скорость отбора воды в решётках составит:

V_вх.ф.= 0,336 м/с.

Гидравлический расчёт самотечной линии.

Самотечная линия состоит из двух водоводов, по одному от каждой секции оголовка, и рассчитывается на пропуск расчётного расхода одной секции.

Трубопровод выполнен из стальных эл. сварных труб, ГОСТ 10704-76. Расчёт ведётся по таблицам Шевелёва, или по таблицам Лукиных, на полное заполнение труб, исходя из минимальной скорость = 0,7 м/с.

Расчётный расход одной секции равен:

Q_p / E = 0.32 / 2 = 0.16 м³/с = 160 л/с.

диаметр самотечных трубопроводов = 500 мм.

скорость V = 0,81 м/с; 1000i = 1,84.

Потери напора в самотечном трубопроводе составят:

h_p = i*L*1.1 = (1,84/1000)*45*1,1= 0,1 м.

При аварии потери напора при пропуске аварийного расхода составят:

Q_авар.= 0,7Q_расч. = 0,7*0,32 = 0,224 м³/с = 224 л/с.

По таблицам Шевелёва, определяем:

скорость V = 1,14 м/с; 1000i = 3,49 м

Потери напора в самотечном трубопроводе при аварии составят:

h_авар= i*L*1.1 = (3,49/1000)*45*1,1 = 0,17 м.

Расчёт уровней воды в отделениях берегового колодца.

рис.7

Определение уровней воды в первом водоприёмном отделении берегового колодца:

в нормальном режиме:

еh = h_реш+h_р= 0,1+0,11 = 0,21;

САў= СА - еh; САў= 107-0,21 = 106,79;

СВў = СВ - еh = 109-0,21 = 108,78;

ССў = СС - еh = 111-0,21 = 110,79;

в режиме аварии

еh_авар. = h_реш.+h^a_.= 0,1+0,2 = 0,3

САўў= СА - еh^a; САўў= 107-0,3 = 106,7;

СВўў= СВ - еh^а; СВўў= 109-0,3 = 108,7;

ССўў = СС - еh^а; ССўў = 111-0,3 = 110,7;

Определение уровней воды в камере после сеток:

в нормальном режиме:

САў₁ = САў - 0,3 = 106,79 - 0,3 = 106,49;

СВў₁= СВў - 0,3 = 108,79 - 0,3 = 108,49;

ССў₁= ССў - 0,3 = 110,79 - 0,3 = 110,49;

в режиме аварии:

САўў₁=САўў- 0,3 = 106,7 - 0,3 = 106,4;

СВўў₁=СВўў- 0,3 = 108,7 - 0,3 = 108,4;

ССўў₁=ССўў- 0,3 = 110,7 - 0,3 = 110,4;

Расчёт сеток

Сооружения производительностью менее 1 м³/с, проектируются с плоскими сетками. Расчёт сеток ведут в соответствии с требованиями СНиП, по аналогичной формуле для расчёта решёток: F_сетки.= , где:

К – коэфф. стеснения живого сечения

К = (а+с)² / а; где а – толщина проволок, = 1,2 мм;

с – размер ячейки = 2х2 мм.

К = (1,2+2)² / 1,2 = 8,53;

V_c – скорость входа воды в сетки = 0,3 м/с;

F_сетки.= (1,25*0,3*8,53) / 0,3 = 10,66 м².

Применяем 4 плоских сетки размером 1500 х 1500 мм.

Расчёт отметки днища берегового колодца.

рис.8

Определение верхней отметки самотечной линии у берегового колодца.

ССМў = ССМ - h_тр = 103,07 - (0,002*45) = 102,98.

Первоначально отметку днища колодца определяют на глубине один метр от нижней образующей самотечной трубы, она составляет

СДН = ССМў - d-1,0 = 102,98 - 0,45 - 1 = 101,53;

Высота слоя воды перед сетками Н составит:

Н = САў - СДН = 106,79-102,98 = 3,81 м. Зная требуемую площадь фильтрования одной секции Fc/2 и ширину сетки В, определяем глубину перед сетками (Нф), для обеспечения пропуска расчётного расхода при заданной скорости фильтрования .Нф = (Fc/2) / В = (10,66 / 2) / 1,5 = 3,55 м. Сравнивая значения фактической глубины Нф и глубины Н, получаем Нф < Н – значит отметку днища колодца оставляем такой какую запроектировали.

Определение требуемого давления насосов первого подъёма.

Требуемый напор насосов определяют по формуле:

Н_тр= Н_г+h_вс+h_т+h_зап , где :

Н_г – геометрическая высота подъёма, опр. как разность отметок подачи воды на ОС, (в смеситель) и отметками воды в береговом колодце за сетками САў₁;

Н_г= СОС - САў₁ = 129,49-106,49 = 23 м.

h_вс потери напора во всасывающей линии = 1,0 м.

h_т потери напора по длине в напорных водоводах от водозабора до ОС.

h_т= h_н+h_мс = 1000i*L*1.1; где

L – длина трубопроводов по заданию равная 1100 м.

1,1 – потери напора на местные сопротивления.

Напорная линия состоит из двух водоводов, по одному от каждой секции колодца, и рассчитывается на пропуск расчётного расхода для одной секции. Трубопровод выполнен из стальных эл. сварных труб, ГОСТ 10704-76. Расчёт ведётся по таблицам Шевелёвых.

Расчётный расход одной секции равен: Q_р / 2 = 0,32/2 = 0,16 м³/с = 160л/с.

диаметр напорных водоводов – 400 мм.

скорость V = 1,27 м/с; 1000i = 5,61.

потери по длине равны (5,61*1100) / 1000 = 6,17 м.

Потери напора в самотечном трубопроводе составят:

h_н = 1000i*L*1.1 = (5,61/1000)*1100*1.1 = 6,78 м.

Q_авар.= 0,7Q_р = 0,7*0,3 = 0,21м³/с = 224 л/с.0

По таблицам Шевелёва определяем:

скорость V = 1,56 м/с.; 1000i = 8.19

Потери напора в напорном трубопроводе при аварии составят:

h_авар.= 1000i*L*1.1 = (8.19/1000)*1100*1.1 = 9.9 м.

h_зап – запас равен 1,0 м.

требуемый напор составит:

Н_тр = (200-177) + 1,0 +5,11 + 3,0 = 32,1 м.

Принимаем 2 насоса марки 12-НДС.

График совместной работы насосов и водоводов от НС 1 подъёма

Описание рыбозагородителя

В проекте применён гидравлический рыбозагордитель.

Он представляет собой перфорированные трубы в два ряда, окольцовывающие оголовок, в которые подаётся сжатый воздух. Таким образом вокруг оголовка на период нереста рыбы, создаётся воздушная завеса, препятствующая попаданию рыбы в оголовок. В остальное время (после нереста) рыбозащита достигается за счёт малых скоростей отбора воды.

Промывка сороудерживающих решёток

В проекте водозаборного сооружения, заложена импульсная промывка сороудерживающих решёток оголовка. Над стояком сифонной линии, смонтирована промывная колонка, заряжающаяся от вакуум-насоса. Устройство, для разрядки вакуум колонны, создаёт ударную волну, очищающую решётки, от налипшего на них мусора, листьев, веток, водорослей, и.т.д.

Зоны санитарной охраны

Зона первого пояса санитарной охраны, огораживают площадь, 100 м. ниже по течению, от створа водозаборного узла;

300 метров выше по течению, до середины реки от правого берега к левому;

до границ заливаемой поймы правого берега.

Зона охраняется, в ней запрещено всякое строительство, и пребывание людей, помимо обслуживающего персонала.

Зона второго пояса санитарной охраны, простирается на 4 км. выше по течению реки от границ зоны первого пояса. В ней устанавливается контрольный режим, соответствующий требованиям СНиП 2.04.02-84.

44

Водопроводные очистные сооружения

Исходные данные:

Источник водоснабжения .........................................................................река

Назначение станции.........................................................................х/п нужды

Полезная производительность ................................................... 25500 м³/сут

Полная производительность станции......................................... 27540 м³/сут

Период работы станции.......................................................... 24 часа в сутки

Мутность воды (воды мутные) ......................................................... 313 мг/л

Цветность воды ................................................................................... 55 град.

Запах ..................................................................................................... 3 балла

Привкус ................................................................................................ 3 балла

рН ................................................................................................................ 6,8

Жёсткость...................................................................................... 7,3 мг-экв/л

Щёлочность................................................................................... 1,5 мг-экв/л

Железо................................................................................................ 0,48 мг/л

Окисляемость........................................................................... . 15 мг О₂/л.

Для удаления из воды водорослей и других различных макрозагрязнений используют вращающиеся барабанные сетки и элементы из тканей различной плотности.

Определение производительности очистной станции

Очистная станция (ОС) рассчитываться на равномерную работу в течении суток, если их полная производительность не менее 3000 м³/сут.

Полная производительность ОС – это сумма полезного расхода воды подаваемой потребителю, и расхода воды на собственные нужды станции. Полезная производительность определяется с учётом пополнения противопожарного запаса воды.

Q_полезн= 25500 м³/сут

Q_{нужды станции}= 10%* Q_полезн = 2540 м³/сут.

Q_полное= 27540 м³/сут

Выбор технологической схемы водоочистной станции

Технологическая схема выбирается исходя из производительности станции, св-в поступающей воды, требований к качеству очищенной воды, и технико- экономических соображений.

Для данного случая, выбираем двухступенчатую схему очистки.

Технологическая цепочка: -- осветлители со взвешенным осадком – скорые фильтры.

Схема -- реагентная.

Обесцвечивание воды, т.е. удаление из неё коллойдов, или растворенных примесей, обуславливающих цветность воды осуществляется посредством коагуляции.

В данном случае обеззараживание воды производится хлорированием.

Для удаления из воды водорослей и прочих макрозагрязнений, используют вращающиеся барабанные сетки и элементы из тканей различной плотности.

При данном расходе = 27540 м³/сут = 1147,5 м³/час, принимаем две рабочие барабанные сетки, плюс 1 резервная.

Размеры барабана D x L = 1,5 x 3,7 м.

Фактическая скорость фильтрации – 7,5 м²

Средняя частота вращения барабана – 2,6 об/сек.

Размеры установки:

• длина – 5450 м.

• ширина – 1850 м.

• Высота – 2750 м.

Мощность эл. двигателя – 2,2 кВт

Масса – 2,8 т.

Определение дозы коагулянта

Одним из наиболее распространённых и широко применяемых на практике приёмов снижения содержания снижения взвеси является осаждение под действием сил тяжести. Однако примеси обуславливающие мутность и цветность природных вод, отличаются малыми размерами, в следствии чего их осаждение происходит крайне медленно, т.к. силы диффузии превалируют над силами тяжести. Для ускорения процессов осаждения, и повышении их эффективности прибегают к коагулированию воды.

Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения коллоидных и взвешенных частичек дисперсной системы, происходящей в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Этот процесс завершается отделением агрегатов слипшихся частичек от жидкой фазы. Коагуляция коллоидов вызывается не только электролитами но и взаимодействием противоположно заряженных коллоидов.

В качестве коагулянтов могут применятся следующие соединения:

- Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ – наиболее распространён.

- Оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl * 6H₂O

- Алюминат натрия NaAlO₃

- Хлорное железо FeCl₃*6H₂O и т.д.

При мутности воды = 313 мг/л, и цветности = 55 град., доза коагулянта определяется по формуле:

D_k= 4= 4= 30 мг/л.

где Ц – цветность воды.

Для интенсификации процесса коагуляции применяем флокулянт полиакриламид (ПАА). Реагент поступает на станцию в виде геля или порошка, где из него изготавливают раствор.

В данном случае дозу ПАА принимаем равной 1 мг/л.

Установки для приготовления раствора коагулянта

Определение размеров расходных и растворных баков

1. Ёмкость растворного бака

W_раств= (Q_час* D_k*n) / (1000*b_p*g) = (1147*30*12) / (10000*10*1) = 3.82 » 4 м³/ч

где: Q_час -- часовой расход воды = 1147 м³/ч

D_k – максимальная доза коагулянта;

n – время на которое заготавливают раствор коагулянта, n = 12 часов;

b_p – концентрация раствора коагулянта в растворном баке, = 10%

g -- объёмный вес р – коагулянта = 1 т/м³;

Принимаем 4 растворных бака ёмкостью по 2 м³ каждый.

Размеры бака:

• ширина b1 = 1.0 ;

• длина L1 = 2,0 м;

• высота Н1 = 1,4 м., при высоте слоя раствора = 1,05 м.

Тогда ёмкость одного растворного бака составит:

W_раств= 1,0*2,0*1,05 = 2,1 м³

2. Определяем ёмкость расходного бака

W_{расходн}= = 4*10 / 10 = 4 м³

в = 10% концентрация раствора коагулянта в расходном баке, в пересчёте на безводный продукт.

Принимаем 2 расходных бака ёмкостью по 4 м³.

Размеры:

• ширина b2 = 1,0 м;

• длина L2 = 2.0 м;

• высота Н = 2,2 м.

(при высоте слоя раствора = 2,0 м.)

Расчёт установок для обеззараживания воды

Обеззараживание воды применяемое с целью уничтожения имеющихся в ней бактерий, достигается обычно хлорированием воды жидким (газообразным ) хлором или раствором хлорной извести. Для обеззараживания воды из реки, расчётную дозу хлора надо применять более высокой, чем при обеззараживании воды из подземного источника.

Дозу хлора устанавливают технологическим анализом, из расчёта что бы в одном литре воды поступающем к потребителю, оставалось 0,3-0,5 мг хлора не вступившего в реакцию (остаточного хлора.)

Хлорное хозяйство располагают в отдельно размещаемых хлораторных, где сблокированы расходный склад хлора, испарительная и хлородозаторная. Расходный склад хлора можно размещать в отдельных зданиях, или в плотную к хлораторной, отделяя его глухой стеной без проёмов. Трубопроводы подачи хлорной воды, выполняют из поливинилхлорида, резины, или полиэтилена высокой плотности.

Хлорирование производится в два этапа:

предварительное – с дозой 3 – 5 мг/л. при поступлении воды на очистную станцию;

вторичное -- с дозой 1 –2 мг/л, для обеззараживания воды после фильтрования.

Хлораторная установка для дозирования жидкого хлора.

Расчётный часовой расход хлора для хлорирования воды:

первичное хлорирование

Q_сут*Dў_хл / (1000*24) = 27540*5 / (1000*24) = 5,7 кг/ час.

вторичное хлорирование:

Q_сут*Dўў_хл / (1000*24) = 27540*1 / (1000*24) = 1,14 кг/час.

Общий расход хлора равен 6,96 кг/час = 167,2 кг/сут.

Оптимальные доза хлора назначают по данным опытной эксплуатации путём пробного хлорирования очищаемой воды. Производительность хлораторной равна 167.2 кг/сут, поэтому помещение разделено глухой стенкой на две части (собственно хлораторную и аппаратную), с самостоятельным запасным выходом на улицу. В аппаратной устанавливаются 3 вакуумных хлоратора

ЛОНИИ – 100, производительностью до 10 кг/час, с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным. В аппаратной кроме хлораторов, устанавливаем 3 промежуточных хлорных баллона. Они требуются для задержания загрязнений перед поступлением хлорного газа в хлоратор из расходных баллонов. Производительность рассматриваемой установки по хлору составит Q_хл= 6,9 кг/час. Это вызывает необходимость иметь расходные и хлорные баллоны.

Определяем количество баллонов:

n_бал = Q_хл / S_бал = 7 / 0.5 = 14 баллонов, где

S_бал. – съём хлора с одного баллона без искусственного подогрева при тем – ре 18°С в помещении, равный 0,5-0,7 кг/час.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливается стальные бачки – испарители D = 0.746 м; L = 1.6 м;

Такая бочка имеет вместимость 500 л, и вмещает до 625 кг хлора. Съём хлора с 1 м² боковой поверхности бочек составляет S_хл= 3 кг/час. Боковая поверхность бочки при принятых выше р-рах составит 3,65 м². Съём хлора с одной бочки будет: q_б= F_б S_хл = 3,65*3 = 10,95 кг/час.

Для обеспечения подачи хлора в кол-ве 7 кг/ч, нужно иметь 7 / 10,95 » 1 бочку испаритель.

Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов ёмкостью 55 л, создавая разряжение в бочках путём отсоса хлор-газа эжектором. Это позволяет увеличить съём хлора до 5 кг/час с одного баллона, и следовательно сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 7 / 5 = 2 шт.

Всего баллонов с жидким хлором за сутки расходуется 167,2 / 55 = 3 шт.

Также в помещении хлораторной должно находится резервные баллоны в размере не менее 50% от суточной потребности, поэтому предусматриваем установку 4 расходных баллонов, каждая бочка размещается в горизонтальном положении на платформе циферблатных весов, что обеспечивает весовой