Водозаборное сооружение и очистка природной воды

 

 

где отметка высшего уровня воды в реке. По заданию

 отметка низшего  летнего (меженного) уровня. По  заданию 

 потери напора в водоприемных устройствах при нормальном режиме, м.

 то же при  аварийном режиме, м.

В период паводка вода забирается водоприемными окнами берегового водозабора, следовательно потери напора h равны потерям напора в решетке

 

В меженный период вода забирается раструбным оголовком, следовательно потери напора равны

 

где потери напора в решетке,

 потери напора в элементах (кроме решеток) затопленных водоприемников, так как никакие иные элементы (вихревые камеры, водоприемные фильтры, …) не использую, то в расчетах не учитываю.

 общие потери  напора по длине и местные в самотечных водоводах на участках от входа воды  в водовод до выхода в колодец, м.

Для определения потерь напора использую следующую формулу:

 

Таблица 1 – Определение  потерь напора при аварийном режиме

№	Элемент	Коэффициент ξ Гидр. уклон i	D,мм L, м	Аварийный режим
				q	V	h
1	Решетка	-	-	0,694	0,32	0,10
2	Раструб	0,25	-	0,694	0,32	0,001
3	Самотечная линия	3,10	600	0,694	2,33	1,47
		10,92
Итого						1,57

 

При аварийном режиме одна секция водоприемника не работает, расчетный расход для каждой работающей секции

 

где  К – коэффициент, определяющий снижение подачи воды при аварии, зависящий от категории надежности системы водоснабжения. Согласно [1, п.п. 5.93] К=1,0.

производительность  водозаборного сооружения, м³/с. По заданию

число секций водоприемника. Принимаю

 

 

 

Определяю скорость входа  в решетку при аварийном режиме работы по формуле (5)

 

 

 

Потери напора в самотечной линии

 

где  сумма коэффициентов местных сопротивлений. Принимаю в зависимости от рода сопротивления согласно профилю по [6, табл. 1].

 расчетная  скорость движения воды в самотечном  трубопроводе. По расчету 

− гидравлический уклон. По [5, табл. II]  для d=600 мм по расходу Q=694 л/с i=10,92.

 длина линии, м. (п. 2.2 КР).

 

 

где местное сопротивление плавного очерченного входа в трубу. Принимаю согласно [6, табл. 1],  .

 местное сопротивление  в тройнике, .

 местное сопротивление  на выходе из трубы в резервуар,  .

 местное сопротивление в задвижке, .

 

 

 

 

Таким образом,

 

 

Во всасывающем отделении  отметки уровней воды будут меньше, чем в приемном на величину потерь напора в сетке. Для плоских сеток величину потерь принимаю равной 0,15 (h_ав=0,25).

 

 

 

 

 

 

2.4 Проектирование насосной станции I подъема

 

Определяю напор насосов  Н при подаче воды на очистные сооружения по формуле:

 

где  статический напор, равный разности отметок самого низкого аварийного уровня воды во всасывающей камере и в смесителе очистных сооружений.

 

где  отметка смесителя очистных сооружений, м. Для предварительных расчетов высоту расположения смесителя можно принять 5 м над поверхностью земли.

 

где строительная отметка смесителя, расположенного на расстоянии 50 м от насосной станции,

 

 аварийный  уровень воды во всасывающем  отделении, м. По расчету из п. 2.3 КР .

 

, потери напора соответственно во всасывающих и напорных трубопроводах. Принимаю равным 2,0 м.

 запас напора на излив воды из трубопровода, м.

 

 

 

По расходу и напору подбираем насосы. Количество насосов согласно [1, п.п. 7.3, прим. 1] выбираю равное 4, то есть 2 резервных и 2 рабочих агрегата.

Определяю количество и диаметр  всасывающих и напорных линий. Согласно [1, п.п. 7.5] количество всасывающих линий принимаю равное двум. Согласно [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр всасывающих линий назначаю равным 600 мм, Q=347 л/с,V_вс=1,165 м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9].

Согласно [1, п.п. 7.6]  количество напорных линий принимаю равным двум и в соответствии с [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр напорных линий d=450 мм, V_н=2,035  м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9].

Привожу схему компоновки насосов с обвязкой трубопроводов  и расставленной арматурой (см. рисунок 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Конструирование водозабора и выбор метода строительства

3.1 Определение высотных отметок водозаборного сооружения

 

Определяю место расположения фасадной части с водоприемными окнами. Согласно [1, п.п. 5.96] принимаю, что низ окна расположен на 0,5 м выше  дна реки и верх окна затоплен на 0,5 м от высшего уровня воды (ВУВ).

Определяю отметку дна  водоприемной камеры. Сетку погружаю под минимальный расчетный аварийный  уровень воды на 0,8 м. От низа сетки  до дна приемного отделения предусматриваю порог высотой 0,8 м; со стороны всасывающего отделения – 0,5 м с учетом объема выпавшего осадка в период между чистками секций (0,5-0,8 м).

Заглубляю воронку всасывающей  трубы под минимальный уровень  на 1,83 м > От пола колодца воронку располагаю на расстоянии 0,6 м >

Расстояние от низа самотечной трубы до дна колодца принимаю равным 0,6 м. Верх трубы утапливаю  на 1,78 м под аварийный уровень.

Толщину стен и дна колодца  принимаю равной 0,9 м; перегородки – 0,3 м.

3.2  Выбор метода строительства

 

Строительство берегового колодца водозаборного сооружения осуществляю методом открытого котлована, так как данный метод применяется при строительстве на скальных грунтах.

 

3.3 Определение габаритных размеров водозаборного сооружения в плане

 

Определяю ширину водоприемной камеры по фронту приема воды. В каждой камере предусматриваю по одному окну. Расстояние от стены (перегородки) до входного окна принимаю равным 990 мм.

Определяю длину приемного  отделения. Ширина приемной камеры определяется габаритными размерами тройника d=600х600 мм, L=1100 мм; размерами задвижки на конце самотечной линии d=600 мм, L=800 мм и размерами, необходимыми для эксплуатации и проведения ремонтных работ, которые составляют 1600 мм. Таким образом, ширина приемного отделения равна 3500 мм=3,5 м.

От стены приемной камеры до самотечной линии – 650 мм; между  самотечными линиями в пределах одной секции – 1100 мм.

Для перепуска воды из одной  секции берегового колодца в другую применяю перепускной патрубок, оборудованный  дисковым затвором d=700 мм. В приемном отделении проектирую приямок в целях более полного удаления осадка водоструйным насосом. Размеры приямка 700х700 мм. Пол проектирую с уклоном 0,10 в сторону приямка. Секции оборудую лестницами для спуска рабочих.

Определяю размеры всасывающей  камеры. Они зависят от размеров сетки и компоновки всасывающих  линий. От края воронки до стены предусматриваю расстояние 700 мм; между двумя раструбами в одной секции – 1080 мм.

Таким образом, габаритные размеры  берегового колодца 9,5х 9,5 м.

 

4  Защита водозабора от шуги и донного льда

 

Для борьбы с обмерзанием и закупоркой решеток внутриводным льдом применяю решетки с электрообогревом. Но электрообогрев не может остановить уже начавшийся процесс обмерзания, в связи с чем, система обогрева должна включаться заблаговременно, до ожидаемого переохлаждения воды.

Для повышения надежности указанный способ целесообразно применять в сочетании с другими, предотвращающими проникание шуги к водоприемным окнам. Это в основном следующие: снижение скорости входа воды в водоприемные окна или сброс нагретой воды вблизи водоприемных окон.

При угрожающем (в отношении устойчивой работы насосов) снижении уровня воды в береговом колодце выключается из работы один из насосных агрегатов, тем самым снижается производительность водозабора и, следовательно, уменьшается скорость входа воды в водоприемные отверстия. Затем под воздействием руслового потока шуговой припай отрывается от оголовка, улучшая доступ воды в водоприемник. В связи с этим уровень воды в береговом колодце повышается, а насос снова включается в работу. При последующих снижениях уровня процесс повторяется.

Нагретая вода к водозабору подается от ТЭЦ по трубопроводу и  сбрасывается в непосредственной близости от водоприемных окон.

Также эффективно использование  во время образования внутриводного  льда импульсной промывки.

5  Зоны санитарной охраны

 

Для обеспечения санитарной надежности водопровода хозяйственно-питьевого  назначения должны предусматриваться  организация зоны санитарной охраны.

Зона источника водоснабжения, включая водозаборное сооружение, состоит из трех поясов: первого - строгого режима, второго и третьего - режим ограничения.

Границы первого пояса  зоны поверхностного источника водоснабжения, согласно [1, п.п. 10.8], в том числе водоподводящего канала, устанавливаю на расстояниях от водозабора: вверх по течению - 200 м; вниз по течению - 100 м; по прилегающему к водозабору берегу - 100 м от уреза воды при летне-осенней межени.

Границы второго пояса  зоны водотока согласно [1, п.п. 10.9] принимаю равными: вверх по течению - 1000 м; вниз по течению - 250 м; боковые границы - на расстоянии от уреза воды при летне-осенней межени - при равнинном рельефе -  500 м.

Границы третьего пояса зоны водотока согласно [1, п.п. 10.10], принимаю такими же, как и для границы второго пояса.

 

II  Очистка  природной воды

 

1 Выбор и обоснование  технологической схемы осветления  и обесцвечивания воды

 

Выбор схемы очистки производиться в зависимости от производительности очистных сооружений, качества исходной воды и требований потребителя. По заданию производительность станции очистки воды  Q_сут=60000 м³/сут. Также по заданию имею данные о качестве исходной воды. Так мутность воды – взвешенные вещества в период половодья – равна 270 мг/л (вода мутная). Данных о цветности воды нет.

Исходя из заданных условий, могу сделать вывод, что для очистки  воды подходит три схемы. Первая – схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках, соединенных с камерами хлопьеобразования и на фильтрах. В камерах хлопьеобразования происходит  образования крупных хлопьев, которые  отделяются от обрабатываемой воды и выпадают в осадок на дно отстойников. Данную схему применять не буду по следующей причине: в процессе эксплуатации сооружения будут недогружены, так как по заданию мутность воды 270 мг/л, но данная мутность наблюдается только в период половодья, в остальной же период времени будет значительно меньше, а данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.

Вторая схема -  предварительная  очистка воды происходит в  осветлителях со слоем взвешенного осадка. Дальнейшая очистка происходит на  скорых фильтрах. Данную схему не использую по той же причине, что и предыдущую, так как данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.

Таким образом, согласно [1, табл. 15] выбираю схему двухступенчатого фильтрования, так как данная схема очистки воды рекомендуема при мутности исходной воды до 300 мг/л и любой производительности станции. Предварительная грубая очистка достигается в контактном крупнозернистом префильтре с повышенной грязеемкостью, а доочистка – в осветлительном фильтре. В качестве контактного префильтра использую контактный осветлитель типа КО-3.

В данной курсовой работе применяю реагентную технологическую схему очистки воды, так как введение в воду коагулянта интенсифицирует процесс очистки.

 

 

2  Реагентное хозяйство

 

Реагентное хозяйство представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающий хранение запасов реагентов, приготовление растворов, внутреннее транспортирование и их дозирование.

В данной курсовой работе в  качестве реагента для очистки воды использую сернокислый алюминий. Способ хранения реагента предусматриваю мокрый, так как при сухом способе хранения коагулянта существует ряд недостатков: потеря коагулянта в результате слеживания, выполнение трудоемких погрузочно-разгрузочных работ при доставке коагулянта и загрузке растворных баков. Схема мокрого хранения реагента лишена данных недостатков, так как коагулянт непосредственно загружается в растворные баки, затем в баки-хранилища, где коагулянт хранится в течение 30 суток и по мере необходимости подается в расходные баки.

 

2.1  Определение  дозы реагента

 

Дозу коагулянта при обработке  мутных вод определяю в соответствии с [1, табл. 16]. Так как мутность воды (по заданию) равна 270 мг/л и использую в качестве очистки воды фильтры, работающие по принципу коагуляции в зоне фильтрующей загрузки, то согласно [1, табл. 16, прим. 2] дозу коагулянта принимаю равной

 

где 38,5 мг/л – доза коагулянта для обработки вод при мутности 270 мг/л.

0,9 (90%) – при использовании  фильтров дозу коагулянта следует  принимать на 10% меньше, чем по  данным [1, табл. 16].

 

При мокром хранении коагулянта предусматриваю, что коагулянт поступает  на станцию в сухом виде. Коагулянт  растворяется в растворных баках, а  затем поступает в баки-хранилища.

Определяю суточный расход реагента в товарной продукции по формуле:

 

где  производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

 расчетная  доза коагулянта, г/м3. По расчету

 содержание  активного безводного продукта  в товарном реагенте, %. Для сернокислого  алюминия .