Водозаборное сооружение и очистка природной воды

Министерство  образования и науки

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский Государственный Индустриальный Университет»

Архитектурно-строительный институт

Кафедра «Водоснабжения и водоотведения»

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовой работе

«Водозаборное сооружение и  очистка природной воды» 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. СГ-08                                                                  Коротких М.Н.

Проверил:                                                                                          Ланге Л.Р.

 

 

 

Новокузнецк

2011

Введение

Водозаборные сооружения (водозаборы) предназначены для забора расчетного расхода воды из открытых водоисточников и защиты системы водоснабжения от попадания в нее с водой сора, наносов, льда, водорослей, рыб. Водозаборные сооружения – это головные сооружения в системе водоснабжения и поэтому особое внимание необходимо уделить бесперебойному качественному водоснабжению населения независимо от времени года. При этом особое значение приобретают правильный выбор места расположения водозаборных сооружений в плане и по глубине, тип и конструкция.

В дальнейшем вода после  водозабора поступает на очистную станцию, где по качеству воды природного источника  устанавливают характер операций по ее обработке. На очистные сооружения возлагается задача устранения какого-либо определенного недостатка природной воды или целого комплекса недостатков, а иногда — задача искусственного придания воде новых свойств, требуемых потребителем.

Очистные сооружения являются одним из составных элементов  системы водоснабжения и тесно  связаны с ее остальными элементами, поэтому большое значение имеет решение вопроса о компоновке очистных сооружений и  выборе схемы технологического процесса очистки воды, а также установления типа, числа и размеров отдельных сооружений.

Таким образом, целью данной курсовой работы  является проектирование водозаборного сооружения из поверхностного источника и расчет основных технологических  сооружений станции очистки воды на основании задания, выданного  руководителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

I Водозаборное  сооружение

1 Выбор типа  и схемы водозабора……………………………………. …………..4

2 Гидравлические  расчеты элементов водозабора

2.1 Расчет водоприемных  отверстий

2.1.1  Определение  площади входных окон………………………. ………….6

2.1.2  Выбор и  расчет сеток…………………………………………………… 7

2.2 Расчет самотечных  линий…………………………………….................. 8

2.3 Определение  расчетных уровней воды в береговом  колодце ………10

2.4 Проектирование  насосной станции I подъема ……………………….13

3 Конструирование  водозабора и выбор метода  строительства

3.1 Определение  высотных отметок водозаборного  сооружения….. .15

3.2  Выбор метода  строительства …………………………………………15

3.3 Определение  габаритных размеров водозаборного  сооружения в плане……………………………………………………………………………….. 15

4  Защита водозабора  от шуги и донного льда ……………………………….16

5  Зоны санитарной  охраны………………………………………………………. 17

 

II  Очистка  природной воды

1 Выбор и обоснование  технологической схемы осветления  и обесцвечивания воды………………………………………………………………... 17

2  Реагентное хозяйство…………………………………………………………... 18

3  Дозирование  реагентов в обрабатываемую воду  …………………………. 22

4  Смесители  ………………………………………………………………………….23

5  Контактные  осветлители (префильтры)………………………………….. 24

6  Скорые фильтры  ………………………………………………………………….28

 

III Компоновка  очистной станции ………………………………………………….31

Список литературы…………………………………………………………………… 33

 

 

 

 

 

 

 

 

I Водозаборное  сооружение

 

1 Выбор типа и схемы водозабора

 

Производительность водозабора в соответствии с исходными данными  оцениваю как малую, так как 

 

 

Согласно [1, п.п. 5.79] категория надежности водозабора соответствует категории надежности системы централизованного водоснабжения. На основании полученных данных и в соответствии [1, п.п. 4.4] устанавливаю I категорию надежности водозабора, так как число жителей в населенном пункте составляет 150 тыс. чел.

Характеристику условий  забора воды согласно [1, табл. 12] выбираю по наиболее тяжелому виду затруднений. Для начала определяю мутность воды – это взвешенные вещества в воде в период половодья. По заданию ρ=0,270 кг/м³=270 мг/л. Также, по исходным данным, еще одним условием забора воды из поверхностного источника является шуга без заполнения русла. Данных об устойчивости берегов и дна, о наличии судоходства и лесосплава на реке нет. Таким образом, исходя из всего вышеперечисленного, принимаю  средние условия забора воды.

Определяю величину относительного водоотбора – это отношение производительности водозабора к минимальному расчетному расходу воды в реке

 

Так как величина относительного водоотбора меньше 0,25, то забор воды осуществляю без дополнительных русло-регулирующих мероприятий.

 На основании построенного  продольного профиля дна береговой  зоны в створе водозабора и расчетных уровней воды принимаю решение об устройстве комбинированного водозабора, так как присутствуют резкие колебания уровней воды. Таким образом, во время паводка при высшем уровне воды ВУВ для забора чистой воды буду использовать береговой водоприемник, а в меженный период при низшем уровне воды ЛНУВ – оголовки.

В зависимости от принятой I категории надежности и средних условиях забора воды на основании [1,табл. 13] выбираю для берегового водоприемника схему водозабора «а», для руслового – схему «б». То есть, береговой водоприемник располагаю в одном створе при его секционировании; русловой водоприемник также располагаю в одном створе, но использую два оголовка, снабженные средствами борьбы с шугой и другими затруднениями забора воды.

Схему водозабора по условию  совмещения берегового колодца с  насосной станцией выбираю «2», то есть насосная станция примыкает к  береговому колодцу. Данную схему использую  по причине сложения береговой зоны из скальных грунтов.

Определяю отметку площадки для строительства берегового водоприемника

                                                                             

 

где – отметка высшего уровня воды, м. По заданию .

- высота волны, м. По заданию

 

.

 

Водоприемные оголовки осуществляю постоянно затопленными и располагаю ниже минимального расчетного уровня воды (ЛНУВ) и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Оголовки устраиваю с боковым приемом воды, для того чтобы в них не завлекались шуга, сор, донные наносы, рыба.

Принимаю решение устройства раструбного деревянного ряжевого оголовка с боковым приемом воды, так как условия забора воды средние и производительность водозабора малая, то есть  меньше 1м³/с (Q=0,694 м³/с).

Данный оголовок простой, недорогостоящий, но является трудоемким в изготовлении, неиндустриальным, труднодоступным для осмотра  и замены сороудерживающих решеток, также требуют устройства рыбозаградителей.

Размеры водоприемных окон оголовков принимаю в соответствии с расчетной площадью сечения. Основание  водоприемника заглубляю на 1,0 метр под наименьшую отметку дна реки для защиты от подмыва.

 

 

 

 

 

 2 Гидравлические расчеты элементов водозабора

2.1 Расчет водоприемных отверстий

 

К водоприемным отверстиям относятся входные окна с решетками  берегового колодца или оголовка.

 

2.1.1 Определение площади входных окон

 

 

где  1,25 – коэффициент, учитывающий засорение отверстий

 расчетный  расход одной секции, м³/с

 

где  производительность водозаборного сооружения, м³/с. По заданию

число секций водоприемника. Принимаю

 

 

 коэффициент,  учитывающий стеснение отверстий  стержнями решеток

 

где  толщина стержней, мм. Принимаю

 расстояние  между стрежнями в свету, мм. Принимаю 

 

 

 скорость втекания  в водоприемные отверстия, м/с. Принимаю по [1, п.п.5.94].

 Согласно [1, п.п.5.94] с учетом требований рыбозащиты:

 

Т.о. скорость течения в  водотоках свыше 0,4 м/с, следовательно допустимая скорость втекания .

 

 

Выбор размеров и количество решеток соответственно вычисленной  площади произвожу согласно [6, приложение А] с учетом глубины в месте забора. Габариты решеток, расположенных в береговом водоприемнике: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры водоприемного окна 1500х2000 мм.

По площади типовой решетки определяю фактическую скорость входа в решетку.

 

 

 

Чистка решеток от загрязнений  в береговом колодце производится вручную после подъема их на поверхность.

Габаритные размеры решеток, расположенных в оголовке принимаю такие же, как и в береговом  колодце: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры входных  окон 1500х2000 мм.

 

2.1.2  Выбор и расчет сеток

 

Выбор типа сеток произвожу  в  соответствии с [1, п.п. 5.105]. Принимаю плоские сетки, так как производительность водозабора .

Площадь сеток определяется по формуле (2), где

 

где  толщина проволоки, мм. Принимаю

 размер ячейки, мм. Принимаю

 

 скорость в  отверстиях сетки, м/с. Принимаю  согласно [1, п.п.5.106] равной .

 

 

 

Типовые размеры плоских сеток подбираю на основании [6,приложение Б]. Принимаю габаритные размеры сеток: L=930 мм, Н=1130 мм. Размеры перекрываемого отверстия 800х1000 мм.

По площади типовой  сетки определяю фактическую  скорость входа в сетку по формуле (5).

 

Промывка и удаление загрязнений  с плоских сеток осуществляется вручную в служебном павильоне над водоприемным колодцем.

 

 2.2 Расчет самотечных линий

 

Самотечные линии соединяют  водоприемники (оголовки) с береговым  колодцем. Число самотечных линий  соответствует числу водоприемных секций оголовка.

Согласно [1, п.п.5.100] прокладываю самотечные линии, так как проектирую водозабор I категории надежности [п. 1 КР]. Число самотечных линий принимаю равное 4, так как предусматриваю устройство 2 оголовков, каждый из которых имеет 2 секции.

Определяю длину самотечной линии, равную расстоянию между оголовком  и береговым колодцем. Для этого  выбираю место установки оголовка на построенном продольном профиле. И в соответствии с [1, п.п.5.96] принимаю, что основание водоприемного отверстия расположено на 1,0 м ниже дна реки и верх оголовка затоплен на 0,3 м под меженный уровень (ЛНУВ).

Таким образом, расстояние от дна реки до уровня ЛНУВ в месте расположения оголовка:

 

где наружная высота решетки, м. По расчетам из п. 2.1.1 КР

 

Выбранное место для оголовка также подходит при установлении низшего зимнего уровня, в частности ледостава, так как расстояние от нижней кромки льда до верха оголовка равно 0,5 м, что согласуется с требованиями [1, п.п.5.96].

Также на профиле намечаю  расположение берегового колодца. Расстояние между оголовком и береговым колодцем определяю в соответствии с масштабом построенного профиля и принимаю равным 56,0 м.

Определяю диаметр самотечных линий в соответствии с [1, табл.14] и [5, табл. II]. В качестве материала труб использую антикоррозионную сталь в соответствии с [1, п.п.5.101]. Назначаю D=600 мм.  Для данного диаметра  при расходе на одну секцию (по расчету из п. 2.1.1 КР), скорость , что согласуется с требованиями [1,п.п. 5.99], так как для I категории надежности при d=500-800 мм  V=1-1,4 м/с.

Проверяю скорость в самотечном трубопроводе на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами:

 

где максимальное количество взвешенных веществ в воде  в период половодья. По заданию

средневзвешенная гидравлическая крупность наносов. По заданию .

 диаметр самотечной линии. По расчету

 скорость в самотечной линии. По расчету .

 

Условие выполнено, значит диаметр выбран правильно.

 

Выбираю тип промывки самотечных линий. Определяю расчетный расход для промывки линий по требуемой скорости   для размыва отложений в трубах

, м/с     (9)

где средневзвешенный диаметр частиц промываемых наносов, м. По заданию

 диаметр самотечных линий, м. По расчету

 

Так как  , то промывка самотечной линии не требуется.

Определяю тип промывки для  решеток. Использую импульсную промывку, так как она более эффективна по сравнению с обратной промывкой. Принцип действия импульсной промывки состоит в том, что колебания воды, находящейся в самотечной трубе и в установленной на ней перед задвижкой колонне, вызываются с помощью срыва вакуума, который ранее был создан вакуум-насосом. Волновой импульс действует с равной силой на всю площадь водоприемного отверстия и освобождает его от шуги и сора независимо от степени загрязнения.

Подключаю к самотечной линии напорную колонну высотой 9,5 м и диаметром таким же, как самотечная линия 600 мм

 

2.3 Определение расчетных уровней воды в береговом колодце

 

Отметки расчетных уровней  в береговом колодце определяю при двух режимах:

1) максимальные уровни  в приемном и всасывающем отделении  при нормальном режиме; 

2) минимальные – при  аварийном.

Расчетный уровень в приемном отделении определяю с учетом потерь напора в водоприемных устройствах, исходя из уровней воды в реке