Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО

ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

Тема: "Водоснабжение города и промышленных предприятий"

МИКХиС, ИсиЭ, ВВ-97-059, 03, ДП.

Согласовано:

Руководитель доц. Минц О.Д.

Консультанты:

1. по технологической части доц. Минц О.Д.

2. по автоматике доц. Минц О.Д.

3. по ОПУСу проф. Литвинов

4. по охране труда к.т.н. Щадинский В. К.

5. по экономике к.э.н. Голубев

Дипломница хххххххххх

Москва, 2003 г.

Содержание

Введение 3

1. Объект водоснабжения 4

2. Расчетное водопотребление 6

3. Выбор источника водоснабжения, системы и схемы водоснабжения 18

4. Водозаборные сооружения 20

5. Очистные сооружения 27

6. Водопроводная сеть и водоводы 47

7. Насосные станции, резервуары и водонапорная башня 59

8. Автоматизация технологических процессов 65

9. Организация и планирование строительного производства 71

10. Мероприятия по охране труда 93

11. Экономические расчеты и основные технико-экономические показатели 103

12. Охрана окружающей среды 113

Литература

Перечень графического материала

Лист 1. Генплан города

Лист 2. Профиль пьезометрических напоров

Лист 3. Водозаборные сооружения

Лист 4. Генплан очистной станции

Лист 5. Высотная схема очистки воды

Лист 6. Блок основных сооружений

Лист 7. Автоматизация процесса коагулирования

Лист 8. Стройгенплан участка водопроводной сети

Лист 9. Сетевой график производства работ

Лист 10. Технико-экономические показатели

Лист 11. Профиль пьезометрических напоров

Введение

Системы водоснабжения представляют собой комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу потребителям. Системы водоснабжения предназначены также для удовлетворения потребителей в воде промышленности и сельского хозяйства.

Обеспечения населения чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных эпидемилогических заболеваний, передаваемых через воду. Подача достаточного количества воды в населенный пункт позволяет поднять общий уровень его благоустройства. Для удовлетворения потребностей современных крупных городов в воде, требуется громадное ее количество, измеряемое в милионах кубических метров в сутки. Выполнение этой задачи, а также обеспечение высоких санитарных качествпитьевой воды требует тчательного выбора природных источников, их защиты от загрязнения и надлежащей очистки воды на водопроводных сооружениях. Некоторые промышленные предприятия предъявляют к качеству потребляемой воды специальные требования.

Водопроводные сети и водоводы занимают особое место в системах водоснабжения. Водопроводная сеть запроектирована с учетом требуемой надежности водообеспечения потребителей.

Дальнейшее развитие систем водоснабжения связана также с совершенствованием и созданием новых видов механического и электрического оборудования, разработкой и внедрением новых реагентов для обработки воды, средств автоматического контроля и регулирования.

Широкое внедрение средств вычислительной техники позволит решать задачи проектирования и эксплуатации сооружений систем водоснабжения на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности. К числу таких задач относятся гидравлические расчеты систем подачи и распределения воды, расчеты по защите водоводов от гидравлических ударов, выбора оптимальных режимов, расчеты отдельных сооружений и всей системы водоснабжения в целом, а также ряд других сложных задач.

Глава 1. Объект водоснабжения

Объектом водоснабжения является город, расположенный на берегу реки и промышленные предприятия, находящиеся в границах городской застройки. Город расположен в районе Нижнего Новгорода.

Местность, на которой расположен город, характеризуется перепадом отметок земли от 78 до 107 м. Площадь города составляет F = 550 га, плотность населения Р = 210 чел/га.

Число жителей – 115500 чел. Жилая застройка города состоит из 6 – этажных зданий, оборудованных водопроводом, канализацией и ванными с газовыми водонагревателями.

Проектируемая система водоснабжения – I категории обеспеченности подачи воды.

Геологические данные для территории города:

· глубина проникновения в грунт нулевой температуры в месте расположения города – 1,5 м.;

· растительный слой - 0,1-0,2 м;

· песок до глубины - 9,2 м;

· ниже супесь;

· уровень грунтовых вод на 3,3 м ниже поверхности земли;

На территории города расположено два предприятия: местной промышленности и предприятия коммунально-бытового обслуживания, с общим числом работающих – 8400 человек. Предприятия работают в три смены. Характеристика водопотребления промышленными предприятиями приведена в табл.2.1.

Водопотребление промышленными предприятиями.

Таблица 2.1.

Качественные показатели воды для производственных нужд:

· Q₁ – процеженная через сетку;

· Q₂ – по ГОСТ 2874-82.

Оборот воды допускается только для Q₁ .

Допускается повторное использование воды в технологических процессах производства в размере 70% от Q₂ .

Общая площадь полива составляет: площадь зеленых насаждений - 25%F_гор. .

Число дней полива в году - 160.

Расход воды на предприятия местной промышленности и предприятия коммунально-бытового назначения составляет 20% от Q_{хоз.-пит.}

Гидрологические данные к створу водозаборных сооружений:

· минимальный летний уровень воды (р = 97%) – 72,50 м;

· максимальный уровень воды (р = 1%) – 77,60 м ;

· минимальный расход в реке (р=95%) – 18,2 м³ /с;

· устойчивость берегов и дна реки – русло и берег устойчивы,

В табл. 2.2 приведены результаты исследований качества воды.

Показатели качества исходной речной воды.

Таблица 2.2.

Глава 2. Расчетное водопотребление

2.1.Нормы и коэффициенты неравномерности водопотребления

2.1.1. Хозяйственно – питьевое водопотребление населения.

Площадь города составляет F_гор = 550 га. Плотность населения P = 210 чел/га.

При заданной степени благоустройства жилых зданий норма хозяйственно – питьевого водопотребления на 1 жителя ( среднесуточная за год) составит q_ср = 230 л/сут.

Для определения максимального суточного и часового расходов воды находим коэффициенты суточной и часовой неравномерности.

Коэффициенты суточной неравномерности принимаем равными:

К_{сут.мах} = 1,2 ; К_{сут.м in} = 0,8

Коэффициенты часовой неравномерности водопотребления определяются по формулам:

К_ч.мах = α_мах * β_мах = 1,3 * 1,09 = 1,4

К_{ч. min} = α_min * β_min = 0,6 * 0,72 = 0,43

α - коэффициент, учитывающий степень благоустройства жилых зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, применяем:

α_мах = 1,3 ; α_min = 0,6

β - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимаем:

β_мах = 1,09 ; β_min = 0,72

2.1.2. Поливочное водопотребление.

Норму на полив зеленых насаждений, улиц и площадей принимаем 1,2 л/м² ; число поливов в сутки – 2; число дней полива в году – 160.

2.1.3. Хозяйственно – бытовое водопотребление рабочих предприятия.

Расходы воды на хозяйственно–бытовые нужды предприятия складываются из расхода на хозяйственно–питьевые нужды рабочих и расхода на принятие душа.

Норму расхода воды на хозяйственно–питьевые нужды принимаем на одного рабочего в смену:

для рабочих цехов - 45 л/смену;

для холодных цехов – 25 л/смену;

Часовой на 1 душевую сетку принимаем 500л, продолжительность пользования душем после окончания смены – 45 мин.

2.1.4. Производственное водопотредление предприятий.

Для промышленных предприятий необходимы расходы воды разного качества: вода прошедшая через сетку ( с расходом Q₁ ; допускается подача воды из оборотных систем водоснабжения) и вода фильтрованная ( с расходом Q₂ ; при этом до 70% этого расхода воды допускается повторно использовать).

Колиество воды,подаваемой на производственные нужды предприятий, при коээфициенте часовой неравномерности К_ч.мах = 1,

Для П/П №1:

Q₁ = 0,36 м³ /с = 1296 м³ /ч = 31104 м³ /сут

Q₂ = 0,031 м³ /с = 112 м³ /ч = 2678 м³ /сут

Для удовлетворения потребности в воде Q₁ = 31104 м³ /сут целесообразно использование оборотной системы водоснабжения. Тогда расход воды для пополнения оборотной системы, принимая пополнение в размере 10% от расхода оборотной воды, Q _поп = 0,1* Q₁ = 0,1*1296 = 130 м³ /ч.

По заданию до 70% от расхода воды Q₂ допускается использовать повторно, что составляет Q _повт = 0,7*112 = 78 м³ /ч. В этом случае необходимо подать дополнительный расход свежей воды:

Q _св =130-78=51 м³ /ч = 0,014 м³ /с

Для П/П №2:

Q₁ = 0,46 м³ /с = 1656 м³ /ч = 39744 м³ /сут

Q₂ = 0,04 м³ /с = 144 м³ /ч = 3456м³ /сут

Для удовлетворения потребности в воде Q₁ = 39744 м³ /сут целесообразно использование оборотной системы водоснабжения. Тогда расход воды для пополнения оборотной системы, принимая пополнение в размере 10% от расхода оборотной воды, Q _поп = 0,1* Q₁ = 0,1*1656 = 166 м³ /ч.

По заданию до 70% от расхода воды Q₂ допускается использовать повторно, что составляет Q _повт = 0,7*144 = 101 м³ /ч. В этом случае необходимо подать дополнительный расход свежей воды:

Q _св =166-101=65 м³ /ч = 0,018 м³ /с

2.1.5. Противопожарное водопотребление

Расчетное количество воды на наружное пожаротушение и число одновременных пожаров для жилой застройки принимаем в соответствии с [1, табл.5 , примеч.5].

Расчетное число одновременных пожаров ( при расчетной численности населения 115500 чел.) принимаем равным – 3; расход воды на один пожар ( жилая застройка свыше 3-х этажей), а с учетом внутреннего пожаротушения в две струи по q = 2,5 л/с, суммарный расход составит Q=40+2*2.5=45 л/с. В соответствии с [1 п.2.14, табл.5, прим.5], в это число пожаров входят пожары на промышленных предприятиях, расположенных в черте города.

2.2.Расходы воды по видам потребления и в целом по городу.

2.2.1. Хозяйственно-питьевое водопотребление населения

Средний за год суточный расход воды определяем по формуле:

где q_ср – принятая средняя норма водопотребления, л/(чел*сут);

N – расчетное число жителей,чел;

Расчетное число жителей определяется по формуле:

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления определяем по формуле:

Расчетные часовые расходы воды определяем по формуле:

2.2.2. Поливочное водопотребление

Максимальный суточный расход воды на полив определяем по формуле:

где F_пол – площадь полива, F=20% от F_гор в га. ;

q_пол – норма полива, 1,2 л/м² ;

Средний суточный расход воды за год на полив определяем по формуле:

где n – число дней полива в году n = 160 дней

Принимаем, что полив совпадает с днем максимального водопотребления, но не совпадает с часом максимального водопотребления данных суток.

2.2.3. Хозяйственно-бытовое водопотребление рабочих предприятий.

Расход воды на хозяйственно-бытовые ныжды предприятия складывается из расхода на хозяйственно-питьевые нужды рабочих и расхода на прием душа.

Число радочих на п/п №1 составляет:

I смена – 1400 чел.

II смена – 1300 чел.

III смена – 1100 чел.

Число работающих в горячем цехе 5%, пользуются душем в холодном цехе – 25%. Число рабочих, обслуживаемых одной душевой сеткой – 8 чел.

Число радочих на п/п №2 составляет:

I смена – 1700 чел.

II смена – 1600 чел.

III смена – 1300 чел.

Число работающих в горячем цехе 5%, пользуются душем в холодном цехе – 25%. Число рабочих, обслуживаемых одной душевой сеткой – 8 чел.

Учитывая исходные данные и нормы водопотребления, определяем расходы воды ( в м³ ) на хозяйственно-бытовые нужды рабочих ( табл.3.1).

Хозяйственно-бытовое водопотребление

на промпредприятиях

Таблица 2.1

2.2.4. Производственное водопотребление на предприятиях.

В соответствии с исходными данными из городского водопровода в каждый час неравномерно (К_ч = 1) на технологические ныжды поступает:

П/П №1:

Q₂ = 0,031 м³ /с, следовательно восполнение потерь воды из оборотной системы будет обеспечено за счет подачи недостающего количества воды из системы городского водоснабжения; будет равен:

П/П №2:

Q₂ = 0,04 м³ /с, следовательно восполнение потерь воды из оборотной системы будет обеспечено за счет подачи недостающего количества воды из системы городского водоснабжения; будет равен:

2.2.5. Противопожарное водопотребление.

Количество пожаров и расходы на один пожар определены в 2.1.5. : Q_пож =3*45=135 л/с

2.2.6. Суммарное водопотребление города.

Расход воды по часам суток на хозяйственно-питьевые нужды населения города принят при коэффициенте часовой неравномерности К_ч.мах = 1,4.

Расход воды на производственные нужды промышленных предприятий по часам суток – равномерный.

Расход воды на душ – в течение 45 минут после окончания каждой смены.

Полив зеленых насождений и мойка улиц приняты равномерными в течение 6 часов (с 4 до 6 и 15 до 17) с таким расчетом, чтобы поливочные расходы не совпадали с часами максимального водоразбора.

Определение суммарного водопотребления города ( в м³ /сут), включающие водопотребление населения и промышленных предприятий приведено в таб. 2.3.

Суммарное водопотребление города.

Таблица. 2.2

На основании принятых распределений расходов воды отдельными водопотребителями составляем суммарное распределение расходов воды по всем потребителям (таб. 2.2).

На основании таб.2.3. строим ступенчатый график водопотребления города ( рис 2.1).

3.2.7. Определение свободного напора.

Минимальный свободный напор в водопроводной сети определяем в соответствии с [1, п.3.27] при заданной этажности – 6:

Н_св = 10+(4*5)=30 м

Минимальный свободный напор при тушении пожара для объедененного хозяйственно-питьевого и противопожарного водопровода низкого давления приниманм по [1, п.3.31]:

Н_св = 10 м.

Глава 3. Выбор источника водоснабжения. Системы и схемы водоснабжения

3.1. Выбор источника водоснабжения

В связи с тем, что в районе расположения объекта водоснабжения не имеется подземных источников водоснабжения с необходимым дебитом, в качестве источника водоснабжения принята река, на берегу которой расположен город.

Минимальный расход воды в реке 95-процентной обеспеченности составляет 18,2 м³ /с, а средний секундный расход воды в системе водоснабжения при максимальном суточном водопотреблении 42421 м³ /сут составляет:

48690 / (24*3600) = 0,49 м³ /с.

Относительный отбор воды из реки составляет:

0,49 / 18,2 * 100% = 2,7%

3.2. Выбор системы водоснабжения

Проектируемая система водоснабжения - I категории обеспеченности подачи воды при численности населения более 50 тыс. человек (115500 человек в нашем случае).

На основании анализа объемов потребления воды отдельными категориями потребителей в проекте принята объединенная хозяйственно-питьевая, производственная и противопожарная система водоснабжения города и промышленных предприятий. При этом планируется большую часть производственного водопотребления предприятий обеспечить за счет использования оборотных систем водоснабжения.

3.3. Выбор схемы и состава сооружений системы водоснабжения

Водозаборные сооружения согласно проекту предусматривается расположить на берегу реки выше города по течению реки.

Так как качество речной воды не отвечает требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая", то в состав сооружений по водоснабжению будут входить очистные сооружения, располагаемые в непосредственной близости от водозаборных сооружений. На территории очистных сооружений будут располагаться резервуары чистой воды и насосная станция II подъема.

Для подачи воды в город предусматривается проложить напорные водоводы.

Для обеспечения надежности городскую водопроводную сеть предполагается выполнить кольцевой.

Водонапорная башня располагается на естественной возвышенности и присоединяется к водопроводной сети в ее начале.

Таким образом проектируемая система водоснабжения I категории обеспеченности подачи воды характеризуется:

· по виду источника водоснабжения - с использованием поверхностных вод (река);

· по способу подачи воды - нагнетательная (вода потребителям подается насосами);

· по назначению - объединенная (хозяйственно-питьевая, производственная, противопожарная);

· по видам обслуживаемых объектов - городская;

· по территориальному охвату водопотребителей - централизованная, обеспечивающая водой всех потребителей, расположенных в городе;

· по характеру использования воды - прямоточная (вода после однократного использования транспортируется в систему водоотведения); для предприятий применяется оборотная система водоснабжения, при этом для пополнения оборотных систем применяется повторное использование воды (из технологического цикла).

Глава 4. Водозаборные сооружения

4.1. Санитарные требования к качеству воды источников водоснабжения

Санитарная охрана источников водоснабжения является необходимой и имеет следующие цели:

- обеспечения населения доброкачественной водой для хозяйственно-питьевых нужд в достаточном количестве;

- предупреждение загрязнения как открытых источников водоснабжения, так и подземных;

- установление условий и проведение мероприятий, при которых возможно использование водоемов для хозяйственно-питьевых целей.

В целях обеспечения населения доброкачественной питьевой водой действует ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая» в котором регламентированы нормативы качества подаваемой населению водопроводной воды и определение ответственности хозяйственных организаций за несоблюдение этих нормативов.

Санитарные требования к качеству воды источника водоснабжения, который используется для хозяйственно-питьевых целей, изложены в ГОСТ 2761-74 «Источники центрального хозяйственно-питьевого водоснабжения».

4.2. Выбор схемы водозаборных сооружений и основного технологического оборудования

Оценив геологический профиль русла реки и природные условия забора воды, принимаем водозаборное сооружение раздельного типа с русловым водоприемником. Раздельная компоновка насосной станции и берегового сеточного колодца обусловлена амплитудой колебания уровня воды А = 5 м.

Водозаборное сооружение намечено оборудовать плоскими водоочистными сетками, т.к. водозабор имеет малую производительность ( до 1 м³ /с), а водоприемник на малое количество загрязнений и сора.

Для задержания сора (водорослей, веток, шугольда) намечено оборудовать водоприемные отверстия водоприемника сороудерживающими решетками.

4.3. Определение производительности водозаборных сооружений

Полный расход воды водозаборных сооружений определяется по формуле:

Q_в.с. = a * (Q_{сут.макс.} + Q_пож. )=1,05*(42421+1458)=46073 м³ /сут=0,53 м³ /сут

где a - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нуж-ды станции водоподготовки, принимается равным 1,05 [1, п.6.6];

Q_{сут.макс.} – максимальный суточный расход воды ,м³ /сут;

Q_пож. - расход воды на восполнение пожарного запаса (м³ ) и определяемый по формуле:

Q_пож. = 3,6 * t_пож. * m * q_пож. = 3,6 * 3 * 3 * 45 = 1458 м³

где t_пож. – расчетная продолжительность пожара, час;

m – число одновременных пожаров (определено в главе 3), m = 3;

q_пож. - расход воды на один пожар, л/с, (определено в главе 3), q_пож = 45;

4.4. Выбор схемы и основного технологического оборудования водозаборных сооружений

Исходя из производительности водозабора (0,53 м³ /с) I категории, гидрологических характеристик водоисточника, топографических и геологических условий (пологий берег, отсутствие достаточных глубин у берега, нескальный грунт) принимается технологическая схема водозаборных сооружений - раздельного типа с русловым затопленным водоприемником.

В состав водозаборных сооружений входят затопленный двухсекционный водоприемник с двусторонним втеканием воды, береговой сеточный колодец и насосная станция I подъема для создания необходимого напора со всасывающим и напорным водоводами.

Технологическое оборудование водозаборов включает:

· сороудерживающие решетки, установленные в водоприемных отверстиях водоприемника со стержнями, расположенными под углом 135⁰ к направлению течения воды в реке;

· водоочистные плоские сетки, размещенные в береговом сеточном колодце;

· центробежные насосы с приводом от электродвигателей;

· подъемно-транспортное оборудование, служащее для монтажа оборудования, трубопроводов при выполнении ремонтных работ;

· трубопроводная арматура и оборудование для промыва водоприемных отверстий и самотечных водоводов.

4.5. Гидравлические расчеты водозаборных сооружений

Гидравлические расчеты водозаборных сооружений выполняются применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Гидравлические расчеты по определению размеров водоприемных отверстий, водоочистных сеток, диаметров водоводов и других элементов водозаборов выполняются для нормальных условий эксплуатации, а расчеты потерь напора, уровней воды в береговом сеточном колодце и допускаемой наивысшей отметки оси насосов - применительно к аварийному режиму эксплуатации сооружений.

Расчетный расход воды в одной секции водозабора.

где n – число секций водозабора;

и для аварийных условий:

Площадь водоприемных отверстий (брутто) одной секции водозабора (оборудованной решетками) определяется по формуле:

где Q_р – расчетный расход одной секции, м³ /с;

v_вт – средняя скорость втекания в водоприемные отверстия с учетом требований для рыбозащиты принимается: для русловых затопленных водоприемников v_вт = 0,2 м/с, для рек со скоростями не менее 0,4 м/с, [1, п.5.94];

η_ст - коэффициент стеснения площади водоприемного отверстия стержнями сороудерживающей решетки, определяется по формуле:

η_ст = а / (а+d)=50/(50+6)=0,89

где d – толщина стержней, 6 мм;

а – расстояние между стержнями, 50 см;

η_з - коэффициент засорения решетки, 0,8;

Для принятого размера водоприемного отверстия число отверстий (количество решеток) в каждой секции берем –4.

Согласно [11, прил.1, табл. п 1.1], принимается характеристика сороудерживающих решеток:

· размеры водоприемных отверстий:

ширина - b = 600 мм;

высота - h = 800 мм;

· внутренние размеры рам решеток соответствуют размерам водоприемных отверстий;

· размеры рам решеток по наружному обмеру:

ширина - 700 мм;

высота - 900 мм;

Скорость втекания воды в водоприемное отверстие определяется по формуле:

Площадь водоочистных сеток , располагаемых под наинизшим расчетным уровнем воды в береговом сеточном колодце, определяется для плоских сеток по формуле:

где Q_р – расчетный расход одной секции, м³ /с;

v_вт –допускаемая скорость течения воды в ячейках сеток: для плоских сеток принимается: V_c = 0,3 м/с [4, п.2.10];

η_ст -коэффициент стеснения отверстия проволокой сетки, определяемый по формуле:

η_ст = а² /(а+d)² =3,5² /(3,5+1)² =0,6

где, а – расстояние между проволоками сетки в свету, 3,5 мм;

d – диаметр проволоки, 1 мм;

Согласно [4, прил.1, табл.П1.2] принимается две плоских водоочистных сеток:

· с размерами: ширина - 1250 мм;

высота - 1500 мм.

При выбранных размерах сетки расчетная скорость течения воды в сетке определяется по формуле:

Глубина погружения сеточного полотна под расчетный уровень воды определяется по формуле:

При всех уровнях волы в колодце, больших минимального, процеживание воды будет происходить через большую площадь сетки и с меньшей скоростью течения воды через нее. Вследствие этого повышается сороизвлекающая способность сеток и обеспечивается лучшая очистка воды.

Потери напора в плоских сетках согласно [4, п.2.10] принимаются: h_c = 0,15 м.

Уровень воды в береговом колодце пеерд сеткой и после нее определяется по формуле:

А^/ = Мин УВ – Σh^1-2 = 72,5-0,33=72,15м

В^/ = А^/ - h_с =72,15-0,15= 72,0 м

где Мин УВ – минимальный расчетный уровень воды в реке;

Σh^1-2 – сумма потерь напора при течении воды от 1 до 2 сечения – от водоприемника до водоочистной сетки;

Σh^1-2 = h_р +h_в +h_сам +Σh_м.с =0,05+0,08+0,15+0,06=0,33м

где h_р – потери напора в решетке, 0,05м;

h_в – потери напора в водоприемнике, 0,08м;

h_сам – потери напора в самотечном водоводе, м;

Σh_м.с – потери напора в местных сопративлениях водовода:

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,1 - для тройника на протоке;

0,05 – для полностью открытой задвижки;

1,0 - при вытекании воды под уровень;

q - ускорение свободного падения, м/с;

h_с – по эксплутационным данным для плоских сеток , 0,15 м;

Отметку днища берегового колодца определяем по формуле:

Д_н = А^/ - Н_с – h_п = 72,15-0,84-0,5=70,81м;

Д_н = В^/ - h₁ – h₂ – h₃ = 72-1,2-0,6-0,65=69,55м;

Принято Д_н = 69,5 м

где Н_с – высота сетки;

h_п – глубина приямка для сбора осадка, 0,5 м;

h₁ – допускаемое погружение отверстия всасывающего водовода, определяется: 1,5*D_в = 1,5*0,78=1,2 м,

D_в – диаметр отверстия воронки всасывающего водовода диаметром d_вс :

D_в = 1,3* d_вс = 1,3*600=0,78 м;

h₂ – расстояние от низа воронки до дна, принимается: h₂ = 0,8* D_в =0,8*0,78=0,6 м;

h₃ – высота слоя бетона для образования приямка и откосов для сползания осадка к приямку, принимается:

h₃ = h_п +0,15=0,5+0,15=0,65 м;

Расчет водоводов ( самотечных, всасывающих и напорных) выполняется применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Диаметр водоводов принимается по [3] при расчетном расходе воды в одной секции водозабора для нормальных условий эксплуатации:

Q_р = 0,27 м³ /с; D = 600 мм.

Скорости течения воды в водоводах при нормальных условиях эксплуатации принимаются по [4, табл.2.5]: 1,02 м/с - в самотечных водоводах и 1,29 м/с - во всасывающих.

Принятый диаметр самотечных труб проверяем на незаиляемость транспортируемыми по водоводу мелкими наносами, по формуле:

где, v – средняя скорость течения воды в водоводе, м/с;

v_* - динамическая скорость, принимается:

v_* = 0,007*v = 0,007*1,02=0,0714 м/с;

А – параметр, принимаемый 9;

d – средневзвешанный диаметр наносов, 25мм;

ρ – средняя мутность воды в период половодья, 1,3 кг/м³ ;

ω – гидравлическая крупность, 11,6 мм/с;

Потери напора в водоводах (по длине) определяются по формуле:

h = i * L

где, i - пьезометрический уклон, определяемый согласно [3];

L - длина водовода, м;

Потери напора в самоточном водоводе (по длине) равны:

h = 0,00209 * 72 = 0,15 м

Потери напора во всасывающем водоводе (по длине) равны:

h_вс = 0,00421* 19 = 0,08 м

Наивысшая допустимая отметка оси насоса определяется по формуле:

ОН=Мин УВ+(10-∆h_g )-∑h_п -v² /2g =72,5+(10-5)-0,52-0,4=76,58 м

где, Мин УВ - отметка миним. расчетного уровня воды в реке, м;

10-∆h_g – приведенная высота атмосферного давления и допустимый кавитационный запас насоса, м;

Sh_п – сумма потерь напора при движении воды в сооружениях от водоприемных отверстий до насоса при аварийных условиях эксплуатации (т.е. потери напора в решетке, водоприемнике, самоточном водоводе, на местных сопротивлениях водовода, в сетке, во всасывающем водоводе, на местных сопротивлениях всасывающего водовода), м;

V² /2q - скоростной напор во всасывающем патрубке насоса:

V² /2q = 2,78² /2*9,81 = 4м

Потери напора на местных сопротивлениях во всасывающем водоводе определяются по формуле:

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,5 – для колена;

0,4 – длявходной воронки;

0,4 – для перехода;

0,05 - для полностью открытой задвижки;

Sh_п = Σh^1-2 + h_вс + Σh_м.с =0,33+0,08+0,11 =0,52м

Принимаем ось насоса на отметке 76,5 м.

Неразмывавающая скорость течения воды при проверке неразмываемости дна и определении крупности камня для крепления определяем по формуле:

где, d₀ – средневзвешанный диаметр отложений дна русла или каменного крепления, 0,3 мм;

H – глубина потока, м;

4.6. Описание конструктивных решений

Двухсекционный водоприемник с двусторонним втеканием воды имеет в плане удобообтекаемую форму. Корпус водоприемника выполнен сварным из машиностроительной стали. Самотечные водоводы проходят через водоприемник и заглушены с внешней стороны. Заглушки могут быть сняты для очистки самоточных водоводов. К самотечным водоводам присоединены вертикальные стояки, заглушенные в верху.

Водоприемные отверстия размером 0,6 х 0,8 м по четыре в каждой секции расположены с обоих сторон водоприемника и соединены со стоками косыми сужающимися коробами. Форма коробов за отверстиями обеспечивает плавное движение воды с непрерывным увеличением скоростей течения.

Глава 5. Очистные сооружения

5.1.Выбор схемы и состава очистных сооружений

Сравнивая показатели качества воды источника с требованиями ГОСТ 2874-82 показывает, что она не удовлетворяет этим требованиям по цветности и мутности.

Осветление и обесцвечивания воды производится коагулированием, в качестве реагента применяется сернокислый алюминий Al₂ (SO₄ )₃ .Этот процесс предусматривает реагентное хозяйство, а также смесители.

Для снижения интенсивности запаха и вкуса предусматривается предварительное хлорирование (если больше 2 баллов)

Для обеззараживания воды также применяется хлорирование (вторичное), которое осуществляется перед поступлением воды в резервуары чистой воды.

Учитывая состав воды и производительность станции в качестве основных сооружений принимаем горизонтальные отстойники и скорые фильтры.

5.2. Определение расчетной производительности очистной станции

Производительность очистной станции определяется по формуле:

Q_{оч.соор. мах} = α*(Q_{мах.сут} +Q_доп )=1,15*(42421+1458)= 50242 м³ /сут

где, α –коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужны станции и зависящий в основном от промывки фильтров. Принимаем равным 1,15 при повторном использовании промывной воды в размере 10% от расхода воды, подаваемой потребителям, и при сборе концентрированной мутной воды в размере 5% [1,п.6.6]

Q_доп –расход воды на трехчасовое тушение пожара, определен в главе 5 и равен 1458 м³ /сут;

5.3. Расчет сооружений реагентного хозяйства

Употребляемые при обработке воды реагенты вводятся в виде порошков или гранул (сухое дозирование) либо в виде водных растворов или суспензий (мокрое дозирование). Оба способа дозирования требуют организации на водоочистном комплексе реагентного хозяйства.

Реагентный блок разработан на два основных реагента: коагулянта и флокулянта. Хлорирование воды обеспечивается подачей хлорной воды от отдельно стоящей хлораторной.

Отделение коагулянта запроектировано в составе: баков растворных и расходных., насосов – дозаторов, а также воздуходувкой. Под растворными баками предусмотрены поддоны, что позволяет осуществлять контроль за утечками раствора – коагулянта из баков. В растворных баках концентрацию раствора коагулянта следует принимать до 20 %, а в расходных баках – 10-12%.

Внутренняя поверхность баков покрывается специальной изоляцией.

Отделение ПАА состоит из склада и помещения для приготовления раствора ПАА определенной концентрацией.

Для расчетов сооружений реагентного хозяйства необходимо определить дозы применяемых реагентов. В качестве коагулянтов, для устранения повышенной цветности и мутности, используют сернокислый алюминий.

Доза коагулянта:

где, Ц – цветность исходной ходы, 60 град

В соответствии [1.табл.16] дозу реагента берем мах, при этом учитывая нашу мутность воды:

Д_к = 40 мг/л

Для улучшения хлопьеобразования при недостаточной щелочности исходной воды проводят подщелачивание воды (в качестве коагулянта используют сернокислый алюминий, а для ускорения процесса добавляем гашеную известь). Дозу подщелачивания определяем по формуле:

где : е_к – эквивалентный вес безводного коагулянта; для сернокислого алюминия он равен 57;

Щ₀ – щелочность исходной воды (карбонатная жесткость),мг-экв/л;

К_щ - коэффициент для извести = 28;

Если Д_щ < 0 , то не производим подщелачивание.

Для улучшения осветления и обесцвечивания воды используется флокулянт полиакриламид (ПАА) = Д_ПАА = 0.5 мг/л Дозу флокулянтов следует принимать в соответствии [1.табл.16]

Для интефикации хода коагуляциии обесвечивания, а также для улучшения санитарного состояния сооружений рекомендуется проводить первичное хлорирование воды. Доза хлора для первичного хлорирования принимаем 3 –10 мг/л. Коагулянт вводят после первичного хлорирования, ПАА через 2 – 3 мин. после коагулянта.

5.4.Расчет отделения коагулянта

6.4.1. Сухое хранение коагулянта

Для хранения реагентов в сухом виде предусматривают закрытые помещения на первом этаже вблизи от растворных баков. При хранении навалом сульфата алюминия и негашеной извести высоту слоя принимают соответственно 1,5 –2 м, а при наличии соответствующей механизации допускается увеличение высоты слоя до 2,5 –3,5 м. Площадь склада коагулянта определяем на 30 суточное хранение.

Площадь склада:

где k – коэффициент, учитывающий расширение площади за счет проходов, 1,2;

P - суточная потребность в реагенте, т/сут;

где Д – доза реагента, 40 мг/л;

Q_{сут.пол} – расчетная производительность станции , 40529 м³ /сут

в – процентное содержание чистого продукта в техническом реагенте для глинозема очищенного 42 %;

T – время хранения коагулянта , 30 суток;

h – высота слоя коагулянта, 2 м;

γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м³ ;

Размер склада в плане принимаем 8 x 9 м² (при высоте слоя коагулянта 2,1 м)

Проверим площадь склада на возможность доставки коагулянта на очистные сооружения большегрузными 60-тонными железнодорожными вагонами. Принимаем: грузоподъемность вагона G = 6т; число одновременно прибывших вагонов N = 1; время, на которое необходимо иметь запас реагента на складе к моменту поступления новой партии, Т₀ = 10 сут

где G–грузоподъемность большегрузного железнодорожного вагона, 60т;

N – количество одновременно прибывающих вагонов,1;

T – время на которое необходимо иметь запас реагента на складе, к моменту поступления новой партии, принимаемое равным 10 сут. при доставке железнодорожными вагонами;

Принимаемая площадь склада удовлетворяет требованиям приема большегрузного вагона.

По мере необходимости коагулянт со склада подается в растворные баки, где получается 20% раствор. После 4-5 часового отстаивания раствор перепускают в расходные баки, где он разбавляется до концентрации 10-12%. Емкость растворных баков:

где q_час – часовая производительность станции, 1689 м³ /ч;

n – время полного циклаприготавления раствора коагулянта 10-12 ч ;

в_раст - концентрация раствора коагулянта, 20%;

Площадь растворного бака:

где h – высота слоя раствора, 1 м

Принимаем 3 растворных бака, каждый емкостью 3,4 м³ . Высота слоя раствора h = 1 м, в плане 1,7х 2 м² .

Емкость расходных (рабочих) баков:

где W_расх – емкость расходного бака;

W_раст – емкость растворного бака;

в_раст – концентрация раствора коагулянта в растворном баке, 20%;

в_расх - концентрация раствора коагулянта в расходном баке, 10-12%;

Площадь расходного бака:

где h - высота слоя раствора , 17-2 м;

Принимаем 2 расходных бака, каждый емкостью 6,8 м³ . Высота слоя раствора 2 м, размер в плане 2 х 1,7 м² .

Количество растворных баков не менее трех и расходных баков не менее двух. Высотное расположение их должно обеспечить самотечный перелив растворов из растворных в расходные баки. Баки изготавливаются из монолитного или сборного железобетона. Растворные баки в нижней части проектируем с наклонными стенками под углом 15⁰ к горизонтали для очищенного коагулянта. Для опорожнения баков и сброса осадка принимаем трубопровод диаметром не менее 150 мм

Внутренняя поверхность растворных и расходных баков должна быть защищена от коррозирующего действия раствора коагулянта при помощи кислотостойких материалов.

Днища расходных баков имеет уклон к сбросному водопроводу диаметр которого не менее 100 мм.

Забор раствора коагулянта из растворных и расходных баков предусматриваем с верхнего уровня.

Ввод раствора реагента производится в суженный участок напорного водовода, подающего воду на очистные сооружения.

В случае невозможности самотечного перепуска растворов реагентов предусматривается их перекачка кислотостойкими насосами марки 1,5х-6Д-1-41. Время перекачки принимаем 0,5 ч. Тогда производительность насоса равна: q_нас = 3,4 / 0,5 = 6,8 м³ /ч

5.4.2. Расчет производительности воздуходувок

Для интенсификации процессов растворения коагулянтов и перемешивание раствора в растворных и расходных баков предусматривается подача сжатого воздуха, подаваемого по воздухопроводам от воздуходувок.

Производительность воздуходувок определяется по формуле:

где i_рас – интенсивность подачи воздуха в растворном баке, 8-10 л/сек м² ;

i_расх - интенсивность подачи воздуха в расходном баке, 3-5 л/сек м² ;

F_раст – площадь растворного бака, м² ;

F_расх – площадь расходного бака , м² ;

Принимаем 2 воздуходувки марки ВК-3 - одну рабочую и одну резервную.

По площади баков воздух распределяется при помощи дырчатых винипластовых труб, уложенных под решетками растворных и по дну расходных баков отверстиями вниз, на расстоянии 0,4-0,5 м друг от друга. Скорость выхода воздуха из отверстий принимается 20-30 м/сек при диаметре отверстий 3-4 мм.

5.4.3. Расчет отделения полиакриламида

Отделение ПАА состоит из склада и помещения, где располагаются установки для растворения и дозирования ПАА. ПАА поставляется в полиэтиленовых мешках емкостью 40 кг, упакованные в ящики.

Для приготавления 1% раствора ПАА принимаем установку УРП-2м производительностью 14 м³ /сут. Принимаем одну рабочую и одну резервную установки.

Площадь склада для сухого хранения ПАА:

где k – коэффициент, учитывающий расширение площади за счет проходов, k = 1,2;

P - суточная потребность в реагенте, т/сут;

где Д – доза реагента, 0,5 мг/л;

Q_{сут.пол} – расчетная производительность станции , м³ /сут;

в – процентное содержание чистого продукта в техническом реагенте для глинозема очищенного 8-10 %;

T – время хранения коагулянта , 30 суток;

h – высота слоя коагулянта, 1-1,5 м;

γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м³ ;

Размер склада в плане принимаем 2 x 4 м² (при высоте слоя ПАА 1 м)

Проверим площадь склада ПАА на возможность доставки всей партии раегента автосамосвалами. Принимаем: грузоподъемность самосвала G = 5т; число одновременно прибывших самосвалов N = 1; время, на которое необходимо иметь запас реагента на складе к моменту поступления новой партии, Т₀ = 2-3 сут

Принимаемая площадь склада удовлетворяет требованиям приема большегрузного самосвала.

Емкость расходных баков:

где q_час – часовая производительность станции, м³ /ч;

n – время полного цикла приготавления раствора коагулянта 10-12 ч ;

в_ПАА - концентрация раствора коагулянта, 1-0,5%;

γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м³ ;

Принимаем 2 растворных бака ПАА размерами в плане 1 х 1 м² , высота 2,4 м, емкость по 2 м³ . Расход раствора полиакриламида равен:

где t – 8-10 часов;

Для дозирования принимаем насосы-дозаторы марки НД 160/10 производительность q_нас = 0,16 м³ /ч, напор 100м.

5.5. Расчет основного технологического оборудования

5.5.1. Расчет вихревого вертикального смесителя

Смесительные устройства предназначены для перемешивания обрабатываемой воды с реагентами. Смесительные устройства принимают не менее 2.

Вертикальные вихревые смесители применяют для станций обработки воды с крупнодисперсной взвесью, а также при использование подщелачивания реагентов. При расчете смесительных устройств время пребывания воды в смесителе принимается от 1-2 мин.

Вертикальный смеситель принимают в виде цилиндрического резервуара с конической нижней частью при угле наклона 30-45⁰ .

Принимаем 2 вертикальных смесителя с расходом воды в каждом из них.

Расход на 1смеситель:

q_см = q_ч.пол /n = 2093/2 = 1046,5 м³ /час = 291 л/сек

Объем смесителя:

где: t – время пребывания воды в смесителе, 1-2 мин;

Площадь цилиндрической части смесителя:

где: v – скорость восходящего движения воды (90-100 м/час или 30-40 мм/сек)

Диаметр цилиндрической части смесителя:

Высота конической части смесителя:

где d – диаметр входной конической части смесителя, определяется по q_см [л/сек] и скорости движения воды к смесителю, принимаемая от 1,2-1,5 м/сек по таб.Шевелева, d = 550 мм = 0,55 м;

α – угол наклона стенок в конической части смесителя, принимаем 30-45 ⁰ ;

Объем конической части смесителя:

Объем цилиндрического смесителя:

W_цил = W_см - W_кон = 35– 12 = 23 м³

Определяем высоту цилиндрической части смесителя:

Высоту верхней части смесителя в соответствии [6.п.6.45], принимается от 1-1,5 м, по расчету берем 1,5 м.

Определим полную высоту смесителя:

H_см = h_ц + h_кон + 0,5 = 2,1 + 3 +0,5 = 5,6 м

где 0,5 – превышение строительной высоты над уровнем воды в смесительном устройстве;

5.5.2. Расчет камеры хлопьеобразования встроенной в горизонтальный отстойник со слоем взвешенного осадка

Камеры хлопьеобразования предназначены для протекания физико-химических процессов, обусловливающих образование крупных хлопьев гидроокиси алюминия, на которых абсорбируются примеси находящиеся в воде. Камеры хлопьеобразования всегда устраиваются при использовании первой стадии осветления (осаждения) в отстойниках. Их следует устанавливать примыкающими или встроенными в отстойники. Для наиболее полного протекания процесса хлопьеобразования необходимо осуществлять перемешивание обрабатываемой воды за счет специальных перегородок, изменения направления движения воды, а также механическое перемешивание.

Расчет камеры хлопьеобразования осуществляется после расчета горизонтального отстойника.

5.5.3.. Расчет горизонтального отстойника

Отстойники применяют для предварительного осветления воды перед поступлением ее на скорые фильтры.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный, железобетонный резервуар. Дно отстойника должно иметь продольный уклон не менее 0,005 в направлении, обратном движению воды. Мутность воды – 400 мг/л.

Расчет горизонтального отстойника начинается с определения суммарной площади отстойника:

где - коэффициент объемного использования отстойника; 1,3;

q – расчетный расход воды, м³ /час;

u₀ – скорость выпадения взвеси,задерживаемой отстойником для мутных вод принимается по [1,табл.18] -0,6мм/с.

Длина отстойника:

где H_ср – средняя высота зоны осаждения, 3-3,5;

v_ср – средняя горизонтальная скорость движения воды, принимаем по СНиП в зависимости от мутности воды : 9-12 мм/сек;

Ширина отстойника:

Число отстойников:

где b–ширина одной секции отстойника, согластно [1,п.6.68] принимается равной 6м;

Полная высота отстойника:

Н_отс = Н_осв +Н_з.н +Н_доп = 3+0,89+0,5=4,4 м

где Н_осв – зона осветления, 3-3,5;

Н_з.н – зона накопления;

Объем зоны накопления:

где q – расчетный расход воды, м³ /час;

С₀ – содержание взвеси поступающих в отстойник с учетом введения реагентов;

С₀ = М+k*Д_к +0,25*Ц+В = 400+0,5*40+0,25*60+24 = 459

где М – наибольшая мутность исходной воды;

k – коэффициент принимаемый для Al₂ (SO₄ )₃ =0,5;

Д_к – доза коагулянта;

Ц – цветность исходной воды;

В – содержание взвеси при введении извести;

В = 0,6*Д_щ = 0,6*40 = 24

Н_доп – превышение уровня воды в отстойнике при отключении одного из них на ремонт – 0,5 м;

Сбор осветленной воды из отстойников осуществляется системой горизонтально расположенных дырчатых труб или желобов. Трубы (желоба) размещаются на участке 2/3 длины отстойника вдоль оси коридора, считая от задней торцевой стенки. Расстояние между осями труб (желобов) не более 3 м.

Для гидравлического удаления осадка из отстойников в течение 20-30 мин устраивается система из перфорированных труб или коробов, укладываемых по дну отстойников по продольной оси. Расстояние между осями труб не более 3 м.

Определим расход, приходящийся на трубу:

q_тр = q_отс / 2 = 349/2 = 174 м³ /ч = 48 л/с

по таб.Шевелева определим диаметр трубы:

v= 0,5-0,8 → d=250 мм

Система сбора осадка и отвода из отстойника.

Проектируются в виде дырчатых коробов, скорость движения осадка 1 м/с.

Расход воды сбрасываемый вместе с осадком:

где K_p – коэффициент разбавления осадка, 1,5;

W_з.н - объем зоны накопления;

n - количество коробов в отстойнике, 2;

N₀ – количество отстойников;

5.5.4.Расчет камеры хлопьеобразования

Площадь камеры хлопьеобразования:

где - скорость восходящего потока воды в камере, согластно [1,п.6.56] при осветлении мутных вод принимается равной 2 мм/сек;

Принимаем 6 камер (по числу горизонтальных отстойников [1,п.6.62]), тогда площадь одной камеры:

_к ²

При ширине камеры в_к = 6м (равной ширине отстойника)длина камеры:

_{к к к}

Высоту камеры _к принимаем равной высоте отстойника с учетом потерь напора в камере:

_{к отс пот}

где: h_п – потери напора в камере хлопьеобразования, согластно[1,п.6.219] принимаются равными 0,4 м;

Время пребывания воды в камере хлопьеобразования определяем по формуле:

_{к к.х} 60

что соответствует данным СниП 2.04.02-84(t ≥20 мин)

Расход воды приходящейся на каждую камеру:

Расход воды по каждой трубе:

_{тр к}

Распределение воды по площади камеры предусмотрено при помощи перфорированных труб с отверстиями, направленными горизонтально. В каждой камере размещают две – четыре перфорированной трубы на расстояниях не более 3 м; приняты две трубы.

Диаметр трубы определяем по расходу и скорости (таб.Шевелева):

v = 0.5-0.6 м/сек → d= 300 мм

Площадь отверстий диаметром 15-25 мм в стенках перфорированной распределительной трубы составляет 30-40 % площади ее поперечного сечения:

_отв

Принимаем отверстия d = 25мм площадь

Число отверстий на каждой трубе:

_отв

Отверстия располагаются в два ряда с шагом:

e₀ =L_k /n_отв =8000/62=129 мм

Из камеры в горизонтальный отстойник воду отводят над затопленным водосливом. Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину:

где: - скорость движения воды через водослив, 0,05 м/сек;

- ширина камеры, 6м;

За стенкой водослива устанавливают подвесную перегородку, погруженную на 0,25-0,33 высоты отстойника, чтобы отклонить поток воды книзу. Скорость между стенкой водослива и перегородкой должна быть не более 0,03 м/сек.

5.5.5. Расчет скорых фильтров

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, принимают для осветления воды, т.е. для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Вода после выхода из отстойников должна содержать не более 8-12 мг/л взвешенных веществ. После фильтрования мутность воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 2 мг/л.

Помимо взвешенных веществ фильтры должны задержать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до требований ГОСТ, т.е. до 20⁰ .

Двухслойный безнапорный фильтр представляет собой резервуар, загруженный слоями антрацита (верхний слой) с крупностью зерен 0,8-1,8 мм и толщиной слоя 0,4 м и кварцевого песка (нижний слой с крупностью зерен 0,5-1,2 мм и толщиной слоя 0,7м), согластно [1,табл.21].

Суммарная площадь скорых фильтров:

где Т – время работы станции в течение суток = 24 ч.;

v_р.н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, согласно [1,табл.21], 0,7 м/час;

n – количество промывок каждого фильтра за сутки, 2;

w – интенсивность промывки, 14-16 л/(с*м² );

t₁ – продолжительность промывки, 0,12 ч;

t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой, 0,33 ч;

Число фильтров

Площадь одного фильтра:

, размер в плане 5,5х 6 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

где N₁ – количество фильтров, находящихся в ремонте, N₁ =1;

Поддерживающий слой.

Поддерживающий слой из гравия имеет общую высоту 500мм и крупность зерен 2-40 мм [1,табл.22].

Потери напора в поддерживающих слоях при промывке фильтрующего слоя определяются по формуле:

h_п.с. =0,022*Н_п.с. *ω= 022*0,5*15=0,16 м

где, Н_п.с. - высота поддерживающего слоя, м;

Расчет распределительной системы фильтра.

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки принята w = 15 л/(сек*м² ), согластно [1,табл.23].Тогда количество промывной воды, необходимо для одного фильтра:

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды d_кол = 700 мм, что при расходе 495 л/сек соответствует скорости v_кол =1,13 м/сек ( в начале коллектора рекомендуется v_кол = 1-1,2 м/с).

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое отверстие распределительной системы при расстоянии между ними m=0,27м (m = 0,25 – 0,35) и наружном диаметре коллектора D_кол =700 мм, составит:

а расход промывной воды, поступающей через одно отверстие,

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв =80 мм (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа воды в отверстия будет v=1,7 м/с.

В нижней части ответвлений под углом 60⁰ к вертикале предусматриваются отверстия диаметром 10-12 мм.

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы ∑f₀ к площади фильтра F принимаем равным 0,25-0,30%

При площади одного фильтра F=33 м² суммарная площадь отверстий составит:

При диаметре отверстий δ₀ =14 мм, площадь отверстий f₀ =1,54 см² . Следовательно, общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра:

Общее количество отверстий на каждом фильтре при расстоянии между осями отверстий 0,25 м составит:

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление 536/44=12шт

При длине каждого отверстия l_отв =(6-0,7)/2=2,65 м шаг оси отверстий на ответвлении бедет равен:

Высота фильтра:

Н_ф = h_з + h_под.сл + h_в + h_доп =1,1+0,5+2+0,5 = 4,1 м

где h_з – высота слоя загрузки, [1,табл.21];

h_под.сл – поддерживающий слой гравия, [1,табл.22];

h_в – высота слоя воды под поверхностью загрузки, 2м;

h_доп – 0,5м;

5.5.6. Система для сбора и отвода промывной воды

Для сбора и отведения промывной воды устраиваются три желоба. Расстояние между осями желобов составляет 2 м [1,п.б.111]. Поперечное сечение желоба принимается: верхняя часть – прямоугольная, нижняя – треугольная.

Ширину желоба определяем по формуле:

где К_ж – коэффициент , принимаемый равным для пятиугольного желоба-2,1 [1,п.б.111];

q_ж – расход воды по желобу, м³ /сек;

а_ж – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, от 1 до 1,5;

Определим число желобов : n = 6 / 2.2 = 3 шт ,тогда расстояние между осями желобов составит: 6 / 3 = 2 м ( рекомендуется не более 2,2 м)

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

Высота прямоугольной части желоба: h_пр = 0,75*B = 0,75*0,65=0,49 м

Полезная высота желоба: h = 1.25*B = 1.25*0,65 = 0,81 м

Конструктивная высота желоба ( с учетом толщины стенки) :

h_к = h + 0.08 = 0,81 + 0,08 = 0,89 м. Скорость движения воды в желобе v = 0,61 м/сек.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н=1,5м и относительном расширении фильтрующей загрузки е = 30% по формуле:

Расход воды на промывку фильтра:

где Т_р – продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная

Т_р = Т₀ – (t₁ +t₂ +t₃ ) = 12-(0.1+0.33+0.17) = 11.4 ч

где Т₀ – продолжительность рабочего фильтроцикла, 8 –12 ч;

t₃ – продолжительность сброса первого фильтрата в сток;

w – интенсивность промывки;

N – количество фильтров, 10 шт;

5.5.7. Расчет сборного канала

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток.

Поскольку фильтр имеет площадь f = 33м² ‹ 40 м² , он устроен с боковым сборным каналом, непосредственно примыкающим к стенке фильтра. При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов.

Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

где q_кан – расход воды в канале , 0,495 м³ /сек;

b_кан – минимальная допустимая ширина канала, согласно [1,П.6.112] принимается 0,7 м;

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения f_кан = 0,7*0,7=0,49 м² , составит v_кан = q_кан / f_кан = 0,495/0,49=0,8 м/сек, что примерно отвечает рекомендуемой минимальной скорости, v = 0.8 м/сек.

5.5.8.. Определение потерь напора при промывке фильтра

Напор, под которым подается вода для промывки фильтра, должна быть не менее:

где Н_г – геометрическая высота подъема воды;

Н_г = 4,5+0,7+1,1=6,3 м

где 1,5- высота загрузки;

0,7 – высота над поверхностью загрузки;

∑h – сумма потерь напора при промывки фильтра;

где h_р.с – потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра;

где а– отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора, 0,25;

v_кол – скорость движения воды в коллекторе в м/сек;

v_р.т – то же, в распределительных трубах в м/сек;

h_ф – потери напора в фильтрующем слое, 1м;

h_п.с – потери напора в гравийных поддерживающих слоях;

h_п.т – потери напора в трубопроводе;

h_п.т = i*l =100*0,00649=0,65 м

при q = 435 л/сек, d = 600 мм и v = 1,77 м/сек гидравлический уклон i = 0,00649, общая длина трубопровода 100 м

h_о.с – потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводах, 0,4 м;

h_м.с – потери напора на местные сопротивления, 0,6 м;

5.5.9.Подбор насосов для промывки фильтра

Для подачи промывной воды в качестве 495 л/сек принято два одновременно действующих центробежных насоса марки 12НД с производительностью 720 м³ /ч (200 л/с) каждый с напором 21 м, при скорости вращения n=960 об/мин. Мощность на валу насоса 48 кВт, мощность эл. двигателя 55 кВт, КПД насоса 0,87.

Кроме двух рабочих насосов принят один резервный агрегат.

5.5.10. Расчет отделения хлораторной

Для интесификации хода коагулянта и обесцвечивания, а также для улучшения санитарного состояния сооружений рукомендуется проводить хлорирование воды.

Д оза первичного хлорирования Д_х1 = 4 мг/л;

Доза вторичного хлорирования Д_х2 = 1 мг/л;

Определим суточный расход хлора: расход хлора для предварительного хлорирования воды при Д_х1 = 4 мг/л равен:

расход хлора для предварительного хлорирования воды при Д_х2 = 1 мг/л;

равен:

Общий расход хлора равен 8,4+2=10,4 кг/ч, или 250 кг/сут

Помещение хлораторной разделено глухой стенкой на две части (хлора торная и аппаратная) с самостоятельными запасными выходами наружу из каждой

В хлораторной устанавливают три вакуумных хлоратора ЛОНИИ-100 производительностью до 10 кг/ч с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным.

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три промежуточных хлорных баллона. Они требуются в больших установках для задержания загрязнений перед поступлением хлорного газа в хлоратор из расходных хлорных баллонов.

Число расходных хлорных баллонов:

n_бак =Q_хл /S_бак =10,4/0,5=21 шт.

где S_бак =0,5 – 0,7 кг/ч - съем хлора с одного баллона без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении 18⁰ С.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются стальные бочки – испарители диаметром D=0,746 м и длиной L =1,6 м. Такая бочка имеет емкость 500 л и вмещает до 625 кг хлора. Съем хлора с 1 м² боковой поверхности бочек составляет S_хл =3 кг/ч. Боковая поверхность бочки при принятых выше размерах составит 3,65 м² .

Таким образом, съем хлора с одной бочки будет

q_б =F_б *S_хл =3.65*3=10.95 кг/ч

Для обеспечения подачи хлора в количестве 15,83 кг/ч нужно иметь 10,4/10,95=1 бочки испарителя. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разрежение в бочках путем отсоса хлор газа эжектором. Это мероприятие позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 10,5/5 2 шт

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором:

250/55=5 баллона

где: 55 л – объем одного баллона

В помещении хлораторной предусматриваются резервные баллоны в количестве 50% суточной потребности т.е. 2 баллона.

Основной запас хлора хранится вне очистной станции, на расходных складах, рассчитанных на месячную потребность в хлоре.

n=250*30/55=136 баллонов

Доставка баллонов с расходного склада на очистную станцию производится автомашиной.

Вентиляцию хлораторной и склада предусматриваем общеобменную с 12 – ти кратным обменом воздуха в час.

Загрязненный воздух отсасывается из нижней зоны через подпольные каналы с решетками и выбрасывается в атмосферу через шахту, возвышающуюся на 5 м над крышей здания.

5.5.11. Расчет сооружений повторного использования воды.

Принято повторное использование промывной воды фильтров с кратковременным отстаиванием ее в аккумулирующих емкостях, предназначенных для приема залповых сбросов.

На одну промывку фильтра расход воды составляет:

q=F*ω*60*t₁ =33*15*60*7=208м³

где, t₁ – продолжительность промывки, 7 мин;

Следовательно приняты две аккумулирующие емкости по 210 м³ каждая.

Полагая, что повторно используется 80% промывной воды, а 20% воды сбрасывается с осадком в сток, определяем параметры насосной установки:

а) насос для перекачки осветленной воды на очистные сооружения:

где t – продолжительность перекачки, 30 мин=0,5ч [12, табл.43];

б) насос для перекачки шламовой воды из резервуара в канализацию:

где t – продолжительность перекачки, 15 мин=0,25ч [12, табл.43];

Для выполнения обеих операций принимаем четыре обнотипных насоса ( три рабочих и один резервный) марки 12Д-19-60 производительностью по 150 л/с, напором 15 м, скоростью вращения 1450 об/мин и КПД 0,8.

9.5.12. Песковое хозяйство.

Кварцевый песок, используемый в качестве загрузки фильтра, должен быть очищен от примесей и иметь определенный гранулометрический состав.

В установках пескового хозяйства предусматривается подготовка карьерного песка для первоначальной загрузки фильтров, так и для ежегодной его догрузки в размере 10% общего объема песчаного фильтрующего материала.

Объем песка,загружаемого в фильтры перед пуском станции из восьми фильтров площадью по 33 м² каждый и высотой фильтрующего слоя 1,2 м составит:

W_n =8*1.2*33=290 м³

Готовая потребность в дополнительном песке (10%-ная догрузка):

W_д =290*0,1=29,0 м³

Принимаем, что в карьерном сырье содержит 55% песка, пригодного для загрузки фильтра.

Тогда потребность в карьерном сырье перед пуском станции будет:

а годовая потребность в песке для его дозагрузки в фильтры:

Песковая площадка принята асфальтированная с размером в плане 26Х20 м.

Глава 6. Водопроводная сеть и водоводы

6.1. Общие сведения

Трассировка водопроводной сети обусловлена выполнением следующих основных правил:

1. Водопроводная сеть должна равномерно охватывать всех потребителей воды.

2. Сети водопровода должны иметь возможно наименьшую строительную стоимость, для чего подачу воды в заданные точки необходимо производить по кратчайшим направлениям, с тем чтобы обеспечить наименьшую длину водопроводных сетей.

3. Водопроводная сеть должна обеспечивать бесперебойность подачи воды потребителям, как при нормальной работе, так и при возможных авариях на отдельных участках.

На территории города главные магистрали водопроводной сети трассируем по основному направлению движения воды. Магистрали соединены перемычками, обеспечивающими перераспределение воды между магистралями при авариях.

Транзитные магистрали предусмотрены для транспортирования воды от точки питания сети к наиболее удаленным ее точкам, а так же в распределительную сеть.

6.2. Расчет водопроводной сети на случай максимального водозабора

6.2.1. Расчетная схема отбора воды.

Водопроводная сеть – кольцевая с водонапорной башней в начале сети; башня располагается на естественной возвышенности на отметке 107,3 м.

Максимальное водопотребление приходится на промежуток времеми с 21 до 22 часов. В этот час город потребляет 5,28% от Q_{сут.мах} , т.е.2238,57 м³ /ч = 622 л/с, в том числе предприятия:

Q_пр№1 = 162 м³ /ч = 45 л/с

Q_пр№2 = 208 м³ /ч = 58 л/с

Суммарное потребление воды предприятиями: Q_пр = 103 л/с

Тогда расход воды, равномерно распределенного по территории города, составит:

Q = Q_расч – Q_пр = 622 – 103 = 519 л/с

Удельный отбор, т.е. отдача воды сетью на 1 м ее длины, определяем по формуле:

где ∑l – сумма длин участков сети, м.

Путевые расходы воды по участкам сети:

или заменяя их узловыми расходами воды:

где l_узл – сумма длин участков, приходящих к узлу.

Результаты определения узловых расходов приведены в табл. 6.1 и на рис.6.1.

Узловые расходы воды.

Таблица 6.1

Определение расчетных расходов воды по участкам сети.

При начальном потокораспределении должны быть выполнены два основных требования:

1. обеспечение надежности работы сети путем распределения воды по основным параллельным магистралям примерно равными потоками, что, в свою очередь, обеспечивает взаимозаменяемость этих участков в случае аварии;

2. соблюдение баланса расходов воды в узлах, чтобы сумма всех расходов, приходящих к узлу, равнялась сумме расходов, вытекающих из этого узла, включая собственно узловой расход.

Начальное потокораспределение представлено на рис.6.1.

Определение диаметров труб участков сети.

Максимальная надежность сети обеспечивается путем назначения равных диаметров в пределах каждого характерного сечения сети, что обеспечивает взаимозаменяемость транзитных магистралей.

Диаметры перемычек, осуществляющих переброску транзитных расходов воды при авариях на магистралях, назначаются конструктивно и принимаются равными диаметрам магистральных участков, следующих за данными перемычками.

Для водопроводной сети применяются чугунные водопроводные трубы (ГОСТ 21053-75).

Наивыгоднейшие диаметры участков сети вычисляется с помощью компьютера. Данные диаметры принимаются одинаковыми и для случая максимального водоразбора при пожаротушении.

Учитывая экономический фактор и предельно-допустимые значения скоростей течения воды подобраны экономически наивыгоднейшие диаметры труб участков сети.

Потери напора в трубах определяем по формуле:

h = S₀ *L*Q² = S* Q²

где S₀ – удельное сопротивление трубопровода, При скорости движения воды в трубах < 1,2 м/с, вводится поправочный коэффициент δ ,

L – длина трубопровода;

Q – расчетный расход воды в трубопроводе;

S – полное сопротивление трубы длиной l;

Диаметр труб и потери напора при первоначальном потокораспределении приведены на рис.6.1.

6.3. Гидравлическая увязка сети на случай максимального водоразбора.

Гидравлическая увязка кольцевой водопроводной сети с водопроводной башней (контур 1) в начале производится на компьютере. Результаты вычислений сводим в табл. 6.2.

Гидравлическая увязка сети на случай максимального водоразбора.

Таблица 6.2.

Невязка по внешнему контуру:

∆h_к = h_4-5 + h_5-1 + h_1-2 + h_2-3 – h_3-8 + h_8-14 + h_14-15 +h_15-20 - h_4-9 - h_9-16 - h_16-17 - h_17-18 - h_18-19 - h_19-20 - h_20-15 = 1,83+2,65+6,5+5,66-3,51+2,43+1,16-1,53-2,56-4,26-6,4-1,72-0,21-0,16=-0,12м

Результаты расчетов соответствуют:

1. Потери напора в кольцах: в пределах 0,5м

2. Невязка по внешнему контуру – 1,5 м.

7.4. Поверочный расчет сети на случай максимального водоразбора при пожаротушении.

При пожаротушении допускается повышение расчетных расходов воды больше предельных экономических, т.к. пожары продолжаются сравнительно недолго и это не отражается на экономике сети.

Выбор предполагаемых точек пожара производится из соображений подачи воды на тушение пожара в самые отдаленные точки сети. Принимается, что тушение пожара осуществляется в узлах 3,15 и 20.

Во время тушения пожара в сеть необходимо подавать рас ход воды:

Q_{расч.пож} = Q_мах + Q_пож = 622 + 135 = 757 л/с

7.5. Гидравлическая увязка сети на случай максимального водоразбора при пожаротушении.

Гидравлическая увязка сети на случай максимального водоразбора при пожаротушении производится также на компьютере, результаты вычисление сводим в табл. 6.3

Первоначальное распределение потоков воды при пожаре осуществляем с учетом тех же требований, что при максимальном водоразборе. Схема сети с первоначальным распределением потоков воды показана на рис. 6.2.

авлическая увязка сети на случай максимального водоразбора при пожаротушении.

Таблица 6.3.

Невязка по внешнему контуру:

∆h_к = h_4-5 + h_5-1 + h_1-2 + h_2-3 – h_3-8 + h_8-14 + h_14-15 +h_15-20 - h_4-9 - h_9-16 - h_16-17 - h_17-18 - h_18-19 - h_19-20 - h_20-15 = 2,83+4,5+12,48+15,53-12,37+6,78+15,25-2,2-3,7-6,8-11,91-7,78-3,35-9,6=-0,34м

7.6. Гидравлический расчет водоводов.

С учетом категории системы водоснабжения по степени обеспеченности подачи воды в город прокладываются два водовода. Применяются стальные электросварные трубы по ГОСТ 10704-76.

Водоводы рассчитываются на характерные случаи их работы, соответствующие режимам расходования воды из сети:

· водоводы, соединяющие водонапорную башню с сетью:

- максимальный водоразбор;

- максимальный водоразбор при пожаротушении;

· водоводы II подъема:

- максимальный водоразбор;

- максимальный водоразбор при пожаротушении.

Потери напора в участках определяются по формуле:

h = 1000i * L, где:

1000i – пьезометрический уклон

L – длина участка водовода, м.

Результаты расчетов приведены в таблице 6.4.

Расчет водоводов.

Таблица 6.4.

6.7. Построение профиля пьезометрических линий

Для определения высоты водонапорной башни (при условии обеспечения во всех точках сети требуемых свободных напоров) вычисляются пьезометрические отметки в узлах сети и строится профиль пьезометрических напоров для двух случаев работы сети.

Пьезометрические отметки вычисляем следующим способом. На генплане города намечаем самую неблагоприятную точку на сети в части обеспечения требуемых свободных напоров, т.е. самую удаленную или расположенную на самой высокой отметке. Пьезометричесакя отметка в этой точке равна:

П=Z + H_тр

Где, Z – отметка поверхности земли в диктующей точке;

Н_тр – требуемый свободный напор. При максимальном водоразборе он равен 30 м, а при пожаре – 10 м.

За диктующие точки принимаем: при максимальном водоразборе – точку 3 как расположенную на самой высокой отметке, а при пожаре – точка 15.

Затем определяем пьезометрическую отметку П_i для точки, расположенной на противоположном конце участка:

П_i = П ± h_{i - k}

где П_i – пьезометрическая отметка в диктующей точке;

h_{i - k} – потери напора на участке;

Пьезометрические отметки для всех других точек определяем по формуле:

П_{i -1} = П_i ± h_{i - k}

где П_i – вычисленная ранее пьезометрическая отметка для точки, находящейсяна противоположном конце участка от искомой точки.

При вычислении пьезометрических отметок учитываем направление движения воды на участке: если вода движется от диктующей точки или от точки, для которой определена пьезометрическая отметка, к точке на противоположном конце учаска, для которой определяем П, к диктующей точке или к точке , для котороц уже определена П , то потери напора прибавляются. Направление движения воды по участкам определяем по расчетным схемам водопроводной сети.

Свободный напор в узлах сети определяем по формуле:

Н_св = П_i – Z_i

где П_i – пьезометрическая отметка;

Z_i – отметка поверхности земли;

Результаты вычислений пьезометрических отметок и свободных напоров в узловых точках, приведенные в табл.6.5.

Пьезометрические отметки и свободные напоры в узловых точках

Таблица 6.5.