Перспективы повышения эффективности обеспечения питьевой водой потребителей города Дзержинский Московской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Вода играет важную роль в жизни человека, так как наш организм состоит на 90% из воды. Поэтому обеспечение потребителей чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, а именно - позволяет предохранить от различных заболеваний, передаваемых через воду. В связи с этим к воде питьевого качества предъявляются высокие санитарные требования.

Водоснабжение представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку до надлежащего качества, транспортирование и подачу потребителям для удовлетворения различных потребностей.

Снабжение населения многих регионов России качественной питьевой водой, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям, является в настоящее время острейшей проблемой. Это связано с тем, что практически 70% рек и озёр России утратили свои качества, как источники водоснабжения. В подземных водах также отмечено превышение содержания различных химических веществ, которые без предварительной очистки могут серьезно повлиять на здоровье людей. Ущерб от загрязнения водных источников оценивается в сотни миллиардов рублей. В то же время примерно 40% действующих сооружений питьевого водоснабжения находится на крайне низком уровне эксплуатации, это связано с износом оборудования.

Например, в городе Дзержинский Московской области, водоснабжение осуществляется за счет подземных вод с повышенным содержанием железа и фтора. Известно, при употреблении воды в питьевых целях с содержанием железа выше нормы, т.е. более 0,3 мг/л, это может привести к различным заболеваниям печени, ухудшению состояния центральной нервной системы, аллергическим реакциям и к увеличению риска инфарктов. А также повышенное содержание железа в воде ухудшает состояние водопроводной сети. При повышенном содержании фтора в питьевой воде, т.е. более 1,5 мг/л, у населения развивается флюороз, нарушение окостенения скелета и истощение организма. Поэтому, прежде чем вода поступит потребителю, она должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [1].

Целью выпускной квалификационной работы является повышение эффективности обеспечения питьевой водой потребителей города Дзержинский Московской области, на примере нового строящегося микрорайона Школьный.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1) рассмотреть и проанализировать объект исследования;

2) рассмотреть существующие метода обезжелезивания и обесфторивания и выделить их недостатки;

3) определить водопотребность потребителей микрорайона Школьный с учётом перспективного развития на 2026 год;

4) рассчитать технико-экономические показатели возможных вариантов водоснабжения и выбрать наиболее выгодный вариант;

5) разработать технологическое решение водообеспечения с применением более новых, экономически обоснованных технологий.

6) изучить технику безопасности при работе с малыми напряжениями и влияние повышенного содержания фтора и железа на организм человека.

Объектом работы является новый микрорайон Школьный города Дзержинский, а предметом - система водоснабжения.

В данной выпускной квалификационной работе использовались методы исследования, анализа и сравнения.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОДА ДЗЕРЖИНСКИЙ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

1.1 Социальная инфраструктура

Дзержинский - город областного подчинения в Московской области, к юго-востоку от Москвы, единственный населённый пункт муниципального образования «Городской округ Дзержинский».

Дзержинский расположен на реке Москва. Является городом-спутником Москвы, граничит с ней, отделяясь от неё Московской кольцевой автодорогой (МКАД). Также Дзержинский граничит с городами Котельники и Лыткарино. Ближайшая железнодорожная станция - Люберцы-1, расстояние до города Люберцы-4 километра. В Дзержинском есть железнодорожная станция (грузовая) без электрификации от станции Яничкино.

История города тесно связана с Николо-Угрешским монастырём, который был основан Дмитрием Донским в 1380 году в честь победы на Куликовом поле.

На месте нынешнего города располагались деревни Алексеевка, Гремячево, Денисьево и Кишкино.

В 1920-х годах монастырь был закрыт, а в его стенах образована детская трудовая коммуна для беспризорников, которая получила название «Коммуна имени Дзержинского».

В 1938 году коммуна получила официальный статус посёлка городского типа. Посёлок активно развивался, в 1956 году началось строительство одной из крупнейших в стране теплоэлектроцентралей - ТЭЦ-22. Рядом с монастырскими стенами на месте деревень Гремячево, Денисьево и Кишкино выросли современные многоэтажные жилые кварталы.

В 1981 году рабочий посёлок Дзержинский получает статус города районного подчинения в составе Люберецкого района Московской области.

В 1996 году Дзержинский получил статус города областного подчинения.

Градообразующие предприятия Дзержинского являются ТЭЦ-22 - филиал «Мосэнерго», который считается крупнейшей в России и Европе теплоэлектроцентралью. ФГУП «Союз» ведущее предприятие России в области создания твердых ракетных топлив, зарядов и корпусов из полимерных композиционных материалов, а так же Дзержинский промышленно - строительный филиал ОАО «Мосэнергострой». В городе зарегистрировано более 1000 малых предприятий различных форм собственности. Среди городов Московской области с населением до 100 тысяч жителей, Дзержинский занимает первое место по объему промышленного производства [2].

Население города Дзержинский на январь 2016 года составило 51955 человек, площадь 1566 га.

Город состоит из нескольких микрорайонов: Центральный, Гремячевский, Донской, Заводской, Лермонтовский, Лесной, Пушкинский, Спортивный, Томилинский. В настоящее время строится новый микрорайон Школьный.

В настоящее время, на территории строящегося микрорайона Школьный расположены: больница на 120 коек, гостиницы на 530 мест, средние школы на 870 мест, детские сады на 480 мест, спортивные комплексы с бассейнами на 460 мест, три моечных площадки, котельная, пекарня, деревообрабатывающее предприятие и столярно-плотницкая мастерская.

1.2 Природно-климатические условия

Город Дзержинский находится на территории Московской области. Климат Московской области умеренно континентальный.

Среднегодовая температура воздуха исследуемой территории равна 4,8° С. Самый теплый месяц года - июль, средняя температура его 17,9° С, абсолютный максимум 35° С. Самый холодный месяц года - январь - февраль, со средней температурой - (- 8,1° С), абсолютный минимум - (- 35° С). Годовая сумма осадков составляет 656 мм, в том числе за теплый период года, с апреля по октябрь - 437 мм, за холодный период, с ноября по март - 219 мм. Максимум осадков выпадает в июле 76 мм, минимум в феврале, марте 36,37 мм. Относительная влажность воздуха в течение года повышенная и только в период с мая по июнь она снижается до 54-56% [3]. Скорость ветра имеет сезонную сменность. Наибольшая скорость ветра и порывы ветра наблюдается в холодный период года. Зимние ветры имеют более высокую среднюю скорость 2,2-2,1 м/с по сравнению с летними 1,3-1,5 м/с. Среднегодовая скорость ветра равна 1,8 м/с. В течение всего года, с перевесом в зимние месяцы, преобладают ветры юго-западных направлений 18-26%, среднегодовая повторяемость которых составляет 21%. На втором месте по частоте повторяемости стоят западные ветры 17%. Кроме того, летом по сравнению с зимой увеличивается повторяемость ветров северо-западных 16-18% и северных направлений 11-12%. По физиолого-климатическим условиям, данная территория относится к району, являющемуся типичным для умеренных широт. Здесь отмечается продолжительный период с переохлажденным воздухом 74% от числа дней в году, когда отрицательные температуры сопровождаются повышенными скоростями ветра около 3 м/с. Условия теплового комфорта наблюдаются в 20% случаев от числа дней в году. В целом территория характеризуется умеренными показателями температуры воздуха, преобладают ветры небольшой скорости, влажностный режим находится в зоне комфорта, количество осадков изменяется по сезонам года: большее количество осадков выпадает в летне-осенний период [4].

подземный вода фтор скважина



1.3 Инженерно-геологические условия

Город Дзержинский расположен на левом берегу реки Москвы на первой, второй и третьей надпойменных террасах и части Котельниковского - Лыткаринской возвышенности.

Первая и вторая надпойменные террасы имеют локальное распространение в восточной части города, в районе Восточной промзоны. Поверхность террас характеризуется абсолютными отметками 121,0-132,5 м с уклоном в юго-восточном направлении. Третья надпойменная терраса прослеживается вдоль поймы практически на всем ее протяжении. Поверхность - наклонная, с абсолютными отметками 132,5-150,0 м. Уклон поверхности, величиной до 5 - 8, направлен к руслу реки Москвы.

Котельниковско-Лыткаринская возвышенность оконтуривается горизонталью 150,0 м и служит водоразделом между рекой Москвой и ее левым притоком - рекой Пехоркой. К юго-востоку от границ города долины обеих рек сливаются, образуя обширные морфометрические поверхности. Место слияния реки Москвы и реки Пехорки находится на расстоянии порядка 20,0 км вниз по течению Москвы - реки. Юго-западные склоны возвышенности интенсивно изрезаны балками и оврагами и круто поднимаются на высоту до 40,0 - 50,0 м. Северо-восточные склоны менее расчленены и полого снижаются к Мещерской низменности. Максимальные отметки поверхности Котельниковско-Лыткаринской возвышенности в черте города составляют около 185,0 м. В границах рассматриваемой территории прослеживаются два оврага, долины которых раскрываются в пойму реки Москвы. Овраги имеют крутые склоны высотой 20,0-30,0 м, поросшие древесной, кустарниковой и травяной растительностью.

Естественный рельеф поверхности Котельниковском-Лыткаринской возвышенности нарушен в результате хозяйственной деятельности, включающей, прежде всего, разработку карьеров по добыче формовочного песка, устройство дамб по дну карьеров, образование отвалов породы, подсыпку территории [5].

1.4 Сведения об источнике водоснабжения

Основным источником водоснабжения города являются подземные воды.

Добыча подземных вод для целей централизованного водоснабжения осуществляется из одиннадцати артезианских скважин. Скважины сгруппированы на территории четырех водозаборных узлов (далее - ВЗУ) по 2-4 в каждом и располагаются на семи отдельно стоящих площадках, расстояние между ВЗУ составляет 1,2-1,3 км.

Вода из артезианских скважин насосами типа ЭЦВ подается в два резервуара чистой воды. Далее отстоянная вода насосами второго подъема подается на группу фильтров и далее по водоводу в городскую водопроводную сеть. Также в городе имеется станция обезжелезивания, которой требуется реконструкция.

Можно сделать вывод, что вода с повышенным содержанием железа и фтора поступает потребителям города.



2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ ПО МЕТОДАМ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ОБЕСФТОРИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

2.1 Методы обезжелезивания подземных вод

Существует много различных методов обезжелезивания подземных вод. По классификации Г. И. Николадзе их можно разделить на две основных группы: безреагентные и реагентные. Реагентные методы используются для обезжелезивания поверхностных вод. Для удаления из подземных вод соединений железа в России и странах СНГ получили распространение преимущественно безреагентные методы.

Из них наиболее перспективными являются: вакуумно-эжекционная аэрация с фильтрованием через загрузку большой грязеёмкости; упрощенная аэрация с одноступенчатым или двухступенчатым фильтрованием; «сухая» фильтрация; фильтрование на каркасных фильтрах; фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха [6].

Безреагентные методы обезжелезивания могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: рН - не менее 7; щелочностью - не менее 1,5 мг-экв/л; содержанием углекислоты - до 80 мг/л и сероводорода до 2 мг/л; перманганатная окисляемость - не более 9,5 мг/л.

При этом при содержание железа (III) не более 10% от общего и концентрации железа (II) в бикарбонатной или карбонатной форме до 3 мг/л рекомендуется метод фильтрования на каркасных фильтрах без вспомогательных фильтрующих средств; до 5 мг/л предпочтительно применять метод «сухой» фильтрации; от 5 до 10 мг/л следует использовать метод упрощенной аэрации с одноступенным фильтрованием; от 10 до 20 рекомендуется аэрация и двухступенчатое фильтрование; от 10 до 30 мг/л применяется вакуумно-эжекционная аэрация с фильтрованием через загрузку большой грязеемкости.

При концентрации углекислого или карбонатного железа (II) более 20 мг/л или при содержании сероводорода 1-5 мг/л, рН не менее 6,4 рекомендуется метод вакуумно-эжекционной аэрации с последующим отстаиванием в тонком слое воды или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование.

Обезжелезивание воды катионированием целесообразно лишь в тех случаях, когда одновременно с обезжелезиванием требуется умягчение воды, при этом ионным обменом могут быть лишь извлечены ионы железа (II) [7].

Сущность метода «сухой» фильтрации (рисунок 2.1) заключается в фильтровании воздушно-водяной эмульсии через «сухую» (незатопленную) зернистую фильтрующую загрузку путем образования в ней вакуума или нагнетания больших количеств воздуха с последующим отсосом из поддонного пространства. В обоих случаях в поровых каналах фильтрующей загрузки образуется турбулентный режим движения смеси, характеризующийся завихрениями и противотоками, что способствует молекулярному контакту воды с поверхностью зерен контактной массы. При этом на зернах фильтрующей загрузки формируется адсорбционно-каталитическая пленка из соединений железа (и марганца, если он присутствует в воде), повышая эффективность процессов деманганации и обезжелезивания.

Особенностью процесса является образование дегидратированной пленки на зернах загрузки (песок, керамзит, антрацит, винипласт, пористирол, полиметилметакрилат и другие), состоящей, как показали рентгенографические определения, из магнетита, сидерита, гетита и гематита. Указанные соединения имеют плотную структуру, а объем их в 4-5 раз меньше, чем гидроксида железа. Поэтому темп прироста потерь напора в фильтрующей загрузке при напорном фильтровании по методу «сухой» фильтрации чрезвычайно мал, а продолжительность фильтроцикла велика (от нескольких месяцев до года и более). Характерными особенностями процесса являются: минимальный период «зарядки» фильтрующей загрузки, т.е. образование на поверхности зерен активной адсорбционной пленки, составляющий от 0,3 до 2 ч; повышение рН и некоторое снижение жесткости фильтрата; высокая грязеёмкость загрузки; отсутствие промывных вод (загрузка отмывается от соединений, железа 0,5-1%-ным раствором дитианита или заменяется на новую, можно отмывать 5-10%-ным раствором ингибированной: соляной кислоты). В фильтрате обычно наблюдается железо (II) и следы железа (III) [8].

Рисунок 2.1 - «Сухая» фильтрация: 1 - скорый фильтр; 2 - компрессор; 3 - ввод хлора; 4 - отвод воды к потребителю

Метод упрощенной аэрации с двухступенчатым фильтрованием (рисунок 2.2) предпочтительно применять в напорном варианте. Сущность процесса аналогична рассмотренной выше. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое, т.е. имеет место физическая адсорбция, обусловленная силами притяжения между молекулами адсорбата и адсорбента (поверхность твердого тела -- адсорбента насыщается молекулами адсорбата). После образования мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность песка. Электронно-микроскопические исследования пленки показали, что она состоит из шаровых молекул гидроксида железа и других соединений, как железа (III), так и железа (II). Количество связанной воды в пленке достигает 20%. Величина истинной поверхности пленки составляет не менее 200 м2/г [9].

Адсорбционные свойства пленки из соединений железа на зернах фильтрующей загрузки, высокая ее удельная поверхность и наличие большого количества связанной воды позволяют сделать, вывод, что пленка представляет собой очень сильный адсорбент губчатой структуры. Одновременно пленка является катализатором окисления поступающего в загрузку железа (II). В связи с этим эффект очистки воды зернистым слоем несравненно выше, чем это могло быть в гомогенной среде.

Для катализатора такого типа некоторые вещества, находящиеся в воде (аммиак, сероводород, свободная углекислота, коллоидная кремнекислота), являются «ядами». Молекулы этих веществ имеют по паре свободных электронов, которые могут участвовать в образовании ковалентных связей с поверхностью катализатора, что при значительных концентрациях этих соединений приводит к понижению его активности.

Рисунок 2.2 - Упрощенная аэрация с двухступенчатым фильтрованием: 1 - подача исходной воды; 2 - бак-аэратор; 3 - насос; 4 - скорый фильтр; 5 - скорый фильтр II ступени; 6 - ввод хлора; 7 - водонапорная башня; 8 - отвод воды к потребителю



Метод фильтрования на каркасных фильтрах (рисунок 2.3) следует применять для обезжелезивания воды на установках производительностью до 1000 м3/сут. Сущность обезжелезивания воды по рассматриваемому методу заключается в том, что железо (II) после окисления переходит в осаждающееся железо (III). Гидроксид железа, формирующийся в нижней части аппарата, намывается на патрон. При этом в начале процесса решающую роль играет различие в зарядах керамического патрона, хлопьев гидроксида железа и ионов железа (II). Нарастающий на патроне слой гидроксида железа служит контактным материалом для новых постоянно намываемых агрегатов, при этом происходят как физические, так и химические процессы. Патрон служит только опорным каскадом для фильтрующего слоя гидроксида железа.

При обезжелезивании природных вод на патронных фильтрах первой стадией процесса является фильтрование с постепенным закупориванием пор фильтрующей перегородки. Эта стадия заканчивается по достижении определенного соотношения объема твердых частиц, задержанных в порах, к объему самих пор, после чего наступает вторая стадия -- фильтрование с образованием первоначального слоя осадка. На этом заканчивается процесс зарядки фильтра и начинается фильтрование с целью обезжелезивания воды.

Рисунок 2.3 - Обезжелезивание на каркасных (патронных) фильтрах: 1 - компрессоры с ресиверами; 2 - трубчатый колодец; 3 - смеситель; 4 - дозатор; 5 - каркасный (патронный) фильтр; 6 - отвод фильтрата; 7 - подача промывной воды; 8 - спуск в канализацию; 9 - выпуск регенерационного раствора



Сущность метода аэрации с использованием вакуумно-эжекционных аппаратов (рисунок 2.4) заключается в окислении кислородом воздуха железа (II) в окисное с образованием коллоида гидроксида железа, его коагулировании при рH = 6,8…7 и выделении в осадок в виде бурых хлопьев. При контакте воды, содержащей железо(II), с воздухом кислород растворяется в воде, окислительный потенциал системы повышается, и если при этом создать условия для удаления части растворенной углекислоты, то рН системы возрастет до значения, обеспечивающего при данном окислительном потенциале выпадение в осадок гидроксида железа (III).

Рисунок 2.4 - Вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование: 1 - подача воды; 2 - вакуумно-эжекционный аппарат; 3 - скорый каркасно-засыпной фильтр; 4 - отвод воды потребителю

Метод удаления железа из подземных вод непосредственно в водоносном пласте, известный под названием «Виредокс» или «Гидрооксиринг». Схема представлена на рисунке 2.5

Сущность метода заключается в создании вокруг забойной части скважины окислительной зоны путем закачки воды, обогащенной кислородом воздуха. Вода может подаваться как непосредственно в водозаборную скважину, так и в специальные поглощающие скважины, располагаемые в близости от нее. Процесс эксплуатации скважины рассчитан на чередование циклов закачки в пласт питательной воды и отбора обезжелезенных подземных вод. Аэрированной воды, как правило, оказывается недостаточно. Поэтому сначала производится как бы подготовка водоносного пласта или так называемая «зарядка», включающая многократное повторение циклов закачки аэрированной воды, отбора ее и частично обезжелезенной воды из пласта. После этого начинается эксплуатация установки обезжелезивания подземных вод, которая также сводится к последовательному выполнению операций по закачке в пласт питательной воды и отбору обезжелезенных подземных вод [7].

Очевидно, что рассматриваемый метод имеет большие достоинства с точки зрения снижения, как удельных капитальных вложений, так и эксплуатационные затрат. Однако эффективная его реализация непосредственно в водоносном пласте зависит от ряда факторов: глубины скважины, степени закольматированности фильтра, наличия запаса мощностей на водозаборе, величины дебита скважины, гидрогеологических условий, гидрохимических показателей котируемой воды, скорости кольматации прифильтровой зоны фильтра и др. Указанные факторы значительно снижают возможность широкого применения метода. В последнее время он рассматривается как временная мера, предпринимаемая до ввода в устойчивую эксплуатацию наземной станции (установки) обезжелезивания.



Рисунок 2.5 - Схемы очистки подземных вод в пласте: а - система «Гидрооксиринг»; б - односкважинная установка; в - многоскважинная; 1 - вспомогательная скважина; 2 - трубопровод; 3 - устройство для аэрации воды; 4 - кольцевой инфильтрационный бассейн; 5 - эксплуатационная скважина; 6 - зона аэрации; 7 - отвод воды потребителю; 8 - насос; 9 - трубопровод подачи воды в сборную емкость; 10 - эжектор; 11 - трубопровод подачи воды из сборной емкости в скважину; 12 - сборная емкость

2.2 Методы обесфторивания подземных вод

Обесфторивание воды является одним из относительно сложных и дорогих методов водоподготовки. Поэтому, несмотря на то, что природные воды с повышенным содержанием фтора имеют значительное распространение, число действующих установок по обесфториванию воды относительно не велико. Это объясняется тем, что гигиенисты лишь недавно стали предъявлять жесткие требования к содержанию фтора в питьевой воде.

Метод обесфторивание воды сильноосновными катионитами и анионитами целесообразен при его одновременном опреснении. Очевидно, что в современных условиях ионообменный метод обесфторирования воды с применением сильноосновных ионитов не может иметь самостоятельного значения по экономическим соображениям. Он может быть рекомендован только для случая обработки воды в целях одновременного обессоливания и удаления фтора. Первоначально обрабатываемая вода поступает на напорные фильтры, загруженные активированным углем, назначение которых извлекать органические вещества из обрабатываемой воды для сохранения обменной ёмкости ионнообменников. Затем вода передается в водород-катионитовые фильтры, загруженные сильноосновным катионитом КУ-2, которые служат для извлечения из воды катионов. Образующийся в процессе водород-катионирования диоксид углерода в результате распада бикарбонатов удаляется в дегазаторе. После удаления углекислоты вода собирается в промежуточном резервуаре, откуда насосами подается на группу анионитовых фильтров, загруженных сильноосновным анионитом. Здесь помимо удаления из воды анионов сильных кислот происходит задержание фтора. Технологическая схема заканчивается буферным натрийкатионитовым фильтром, который сглаживает возможные проскоки на предыдущих ступенях обработки и поддерживает постоянное значение величины рН в фильтрате. Регенерация фильтров с загрузкой из активного угля и анионита производится едким натром. Водород-катионитовые фильтры регенерируются раствором соляной кислоты. Из изложенного видно, что технологическая схема отличается громоздкостью, сложностью реагентного хозяйства, чем объясняется ограниченность её применение [9].

Контактно-сорбционный метод обесфтроривания природной воды. НИИ КВОВ АКХ предложен контактно-сорбционный метод обесфторивания природных вод. Коагулянт вводят в воду непосредственно перед контактными осветлителями (рисунок 2.6). В первоначальный период 1,5-2,0 ч подается повышенная доза коагулянта 100-150 мг/л по Al2O3. При этом на зернах и в порах загрузки образуется гидроксид алюминия, который впоследствии сорбирует фтор. В этот период - период "зарядки" фильтрат, содержащий большое количество ионов фтора и алюминия, отводят в специальную емкость для последующего использования в качестве промывных вод. После "зарядки" дозу коагулянта снижают до 20-25 мг/л, что обеспечивает эффективное извлечение фтора за счет сохранения сорбционной способности гидроксида алюминия. Процесс дефторирования воды можно осуществлять и без "зарядки" при постоянной дозе коагулянта, величина которой определяется качеством исходной воды. Контактно-сорбционное обесфторивание приемлемо при обработке вод, содержащих фтор до 5 мг/л, сероводород до 2 мг/л, щелочность до 6 мг-экв/л. На 1 мг удаляемого фтора расходуется около 80 мг сульфата алюминия. При этом происходит резкая потеря напора в толще фильтрующей загрузки. Продолжительность фильтроцикла длится от 4 до 6 часов. Снижение дозы сернокислого алюминия после 2-3 часов "зарядки" приводит к быстрому возрастанию содержания ионов фтора в фильтрате. Высокая щёлочность обрабатываемых вод и преимущественное образование гидроксида алюминия требует введения высоких доз коагулянта и малую продолжительность фильтроцикла. Подкисление превышает эффективность контактно-коагуляционного метода дефторирования, однако требует расхода большого количества кислоты, организации дополнительного реагентного хозяйства и работы с дефицитными и небезопасными в эксплуатации кислотами. Кроме того, обслуживание дефторирующих установок осложнено двухступенчатым дозированием алюмосодержащего коагулянта и длительным периодом "зарядки" фильтрующей загрузки с отведением большого количества обработанной воды [11].



Рисунок 2.6 - Технологическая схема обесфторивания воды методом контактной коагуляции: 1 - скважина; 2 - смеситель; 3 - контактный осветитель; 4 - насос; 5 - резервуар для сбора первого двухчасового фильтрата; 6 - резервуар-отстойник; 7 - резервуар чистой воды; 8 - отвод обесфторенной воды

Дефторирование воды на магнезиальных сорбентах. Исследованиями по сорбции фтора на магнезиальных сорбентах, проведенными во ВНИИ ВОДГЕО, установлено, что удаление фтора-иона происходит за счет образования на поверхности твёрдой фазы растворимых оксифторидов магния. Ёмкость поглощения по фтору при скорости фильтрования 3 м/ч составляет 0,9 мг фтора на 1 г магнезиального сорбента. Отработанный сорбент регенерируют 1% раствором едкого натра, но в результате регенерации магнезиальные сорбенты лишь частично восстанавливают свою первоначальную ёмкость по фтору, что требует частой замены сорбента свежим материалом и, следовательно, ведет к значительному удорожанию обесфторивания воды [12].

Метод обесфторивания воды активированным углём. Попытки обесфторивания воды активированным углём БАУ, КАД, СКТ и активированным углём, пропитанным солями алюминия, предпринимаются уже давно. Однако исследования показали, что активированные угли обладают низкой сорбционной ёмкостью по фтору. Сорбция фтор-иона на активированных углях протекает лишь в кислой среде (рН = 3,0-3,5). Обработка активированного угля ализориновоциркониевым лаком или солями алюминия позволяет увеличить количество поглощенного фтора на 20-40%, но их сорбционная ёмкость полностью не восстанавливается при регенерации.

Дефторирование воды активированным оксидом алюминия обеспечивает наилучшие результаты по удалению фтора из подземных вод. Зернистый активированный оксид алюминия является наиболее дешевым сорбентом, простым в изготовлении и емким по поглощению фтора. При фильтровании обрабатываемой воды со скоростью 5-7 м/ч через зернистый активированный оксид алюминия происходит поглощение фтора сорбентом в результате обмена сульфат-ионов на фтор-ионы. В начале фильтроцикла содержание фтора в фильтрате близко к нулю. С течением времени поглотительная способность уменьшается и при достижении 1,5 мг/л рабочий цикл обесфторивания воды прекращается, так как сорбент нуждается в регенерации. Регенерация сорбента производится пропуском через него раствора едкого натра или сульфата алюминия. В процессе регенерации из сорбента вытесняется поглощенный им фтор. После регенерации сорбент отмывается водой для удаления продуктов регенерации и не прореагировавшего реагента [13].

В процессе обесфторивания воды в результате ионного обмена происходит увеличение концентрации в фильтрате сульфатных ионов. Количественно это увеличение эквивалентно уменьшению концентрации суммы ионов фтора и бикарбонатных ионов. Известно, что содержание сульфатов в питьевой воде регламентируется. Согласно ГОСТ 2874-82 [16], оно не должно превышать 500 мг/л. Поэтому увеличение содержания сульфатов при обесфторивании воды необходимо учитывать при проектировании и расчете комплексов по улучшению качества воды.

Основными технологическими сооружениями рассматриваемого метода обесфторивания воды (рисунок 2.7), являются скорые напорные или открытые фильтры, загруженные зернистым активированным оксидом алюминия. Помимо фильтров установка по удалению фтора из воды должна иметь реагентное хозяйство для приготовления регенерационных растворов, баки для хранения воды, необходимой для взрыхления и отмывки сорбента [9]. Рисунок 2.7 - Технологическая схема дефторирования воды фильтрованием через активированный оксид алюминия:

1 - насос; 2 - резервуар промывных вод; 3 и 8 - подача исходной и отвод дефторированной воды; 4 - фильтр, загруженный оксидом алюминия; 5 - бак регенерационного раствора; 6 - ввод реагентов; 7 - резервуар чистой воды

После рассмотрения методов обезжелезивания и обесфторивания можно сделать вывод о том, что традиционные методы имеют достаточно много недостатков: ограниченная область применения; установки очень громоздкие, дорогостоящие и имеют большие эксплуатационные затраты; сложная управляемость технологическими процессами.



3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОТРЕБНОСТИ С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВНОГО РАЗВИТИЯ МИКРОРАЙОНА ШКОЛЬНЫЙ ГОРОДА ДЗЕРЖИНСКИЙ

Водопотребность микрорайона определяется с учётом перспективного развития на 2026 год.

Водопотребность и расчетные расходы воды определяют в соответствии с требованиями главы 2 [14].

Расчет среднего суточного расхода воды (Qсут.ср.), суточного максимального расхода (Qсут.макс.) и суточного минимального расхода (Qсут.мин.) приведен в таблице 3.1.

Водопотребление определяется по двум секторам: коммунальному и производственному, удельное водопотребление населения принимается по данным главы 2 [14].

Удельное водопотребление зданий, не входящих в общую норму водопотребления, а также ванн, принимается по данным приложения 3 [15].

Расходы воды в бане учтены в общей норме водопотребления. Поэтому при расчете суточного водопотребления баня не учитывается.

Суточные расходы воды определяются в соответствии с требованиями п.2.2 [14].

Величина среднего суточного расхода воды (Qсут.ср.) определяется по формуле (3.1).

Qcут.ср. = , м3/с (3.1)

где q - удельное водопотребление, л/сут;

N - расчетное число жителей в районах жилой застройки с различной

степенью благоустройства, чел;

Величина суточного максимального расхода (Qсут.макс.) и суточного минимального расхода (Qсут.мин.) определяется по формулам (3.2) и (3.3).

Q сут.max = Kсут,max · Qсут, ср , м3/сут (3.2)

где Ксут.max - коэффициент суточной неравномерности;

Qсут.ср. - средний суточный расход воды, м3/сут.

Q сут.min = Kсут,min · Qсут, ср , м3/сут. (3.3)

где Ксут.min - коэффициент суточной неравномерности;

Qсут.ср. - средний суточный расход воды, м3/сут.

При определении суточных расходов воды в коммунальном секторе принимается: Kсут.макс. = 1,1; Kсут.мин. = 0,9.

При определении расходов воды в производственном секторе принимаются Kсут.макс. = 1; Kсут.мин. = 1. Нормы водопотребления для предприятий производственного сектора принимаются из методических указаний.

Расходы на поливку зеленых насаждений определяются, принимая Kсут.макс. = Kсут.мин. = 1.

Расчет среднего суточного расхода воды (Qсут.ср ), суточного максимального расхода (Qсут.макс ) и суточного максимального расхода (Qсут.мин ) приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Определение суточных расходов воды

Наименование потребностей	Количество	Удельное водопотребление	Qсут.ср. м3/сут	Qсут.максм3/сут	Qсут.мин. м3/сут
Коммунальный сектор
Население, проживающее в домах с внутренним водопроводом и канализацией без ванн, чел	1224	145	177,5	195,2	159,8
Население, проживающее в домах с внутренним водопроводом и канализацией и ваннами, чел	6900	190	1311	1442,1	1179,9
Крупные потребители: - больницы, коек - гостиницы, мест - школы, учащиеся - детские сады, чел - спортивные комплексы с бассейнами, мест	144 636 1044 576 552	250 120 20 75 90	36 76,3 20,9 43,2 49,7	39,6 83,9 23 47,5 54,7	32,4 68,7 18,8 38,9 44,7
Итого:			1714,6	1886	1543,2
Поливка	8124	70	568,7	568,7	568,7
Всего по коммунальному сектору:			2283,3	2454,7	2111,9
Производственный сектор
Котельная	90	-	90	90	90
Пекарня	3,6	1500	5,4	5,4	5,4
Моечные площадки	3	1000	3	3	3
Дерево-обрабатывающее предприятие	24	320	7,7	7,7	7,7
Столярно-плотницкая мастерская	120	20	2	2	2
Всего по производственному сектору:			108,1	108,1	108,1
Всего по населенному пункту:			2391,4	2562,8	2220

Расчеты по определению часовых расходов воды приведены в таблице 3.2.

Для выбора процентного графика общих расходов в течение суток определяется коэффициент часовой неравномерности водопотребления в соответствии с п.2.2 [14] по формуле (3.4).

Kчас.макс = ?макс · ?макс (3.4)

где kчас.max - коэффициент часовой неравномерности водопотребления;

?max - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, ?макс = 1,2 - 1,4;

?max - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

kчас.макс=1,3 • 1,8 = 2,34

График поливки зеленых насаждений принимается равномерным, 2 раза в сутки в периоды с 5 до 8 часов и с 17 до 20 часов.

Графики работы предприятий производственного сектора устанавливаются равномерными с учетом количества рабочих смен.

При определении равномерно - распределенных часовых расходов воды в населенном пункте (графа 22) складываются построчно часовые расходы воды для населения с расходами воды на поливку и из этой суммы вычитается расход бани.

При определении суммарных расходов воды складываются построчно часовые расходы всех сосредоточенных потребителей коммунального и производственного секторов.

Для определения общих часовых расходов воды (графа 24) складываются построчно равномерно - распределенные и сосредоточенные расходы воды.

Распределение расходов воды по часам суток максимального водопотребления приведено в таблице 3.2

По данным расчётов по определению часовых расходов определяем час максимального водопотребления. Для этого часа определяем секундные расходы. Расчёт секундных расходов воды сводим в таблицу 3.3

Таблица 3.2 - Распределение расходов воды по часам суток максимального водопотребления микрорайона Школьный

Часы суток	Коммунальный сектор
	общие расходы	школы	Детские сады	гостиницы	больница	баня	Спортивные комплексы	поливка
	%	м3	%	м3	%	м3	%	м3	%	м3	%	м3	%	м3	м3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
0-1	1,0	16,4					0,1	0,1	1,5	0,6
1-2	1,0	16,4					0,1	0,1	1,5	0,6
2-3	1,0	16,4					0,1	0,1	1,5	0,6
3-4	1,0	16,4					0,2	0,2	1,5	0,6
4-5	2,0	32,8					0,2	0,2	2,5	1,0
5-6	3,0	49,1					0,3	0,2	3,5	1,4					94,8
6-7	5,0	81,9			5,0	2,4	0,3	0,2	4,5	1,8					94,8
7-8	6,5	106,4	15,0	3,4	3,0	1,4	30,0	25,2	5,5	2,2					94,7
8-9	6,5	106,4	7,0	1,6	15,0	7,1	6,8	5,7	6,2	2,4	6,25	2,2	9,0	5
9-10	5,5	90	5,0	1,1	5,4	2,6	4,6	3,9	6,2	2,4	6,25	2,2	7,0	3,9
10-11	4,5	73,7	7,0	1,6	3,4	1,6	3,6	3	6,3	2,5	6,25	2,2	7,0	3,9
11-12	5,5	90	3,0	0,7	7,4	3,5	2,0	1,7	6,3	2,5	6,25	2,2	7,0	3,9
12-13	7,0	114,6	20,0	4,6	21,0	10	3,0	2,5	5,0	2,0	6,25	2,2	7,0	3,8
13-14	7,0	114,6	6,0	1,4	2,8	1,3	3,0	2,5	5,0	2,0	6,25	2,2	7,0	3,8
14-15	5,5	90	6,0	1,4	2,4	1,1	3,0	2,5	5,5	2,2	6,25	2,2	7,0	3,8
15-16	4,5	73,7	6,0	1,4	4,5	2,2	3,0	2,5	6,0	2,3	6,25	2,3	7,0	3,8
16-17	5,0	81,9	2,0	0,5	4,0	1,9	4,0	3,4	6,0	2,3	6,25	2,3	7,0	3,8
17-18	6,5	106,9	10,0	2,3	16,0	7,6	3,6	3	5,5	2,2	6,25	2,3	7,0	3,8	94,8
18-19	6,5	106,9	6,0	1,4	3,0	1,4	3,3	2,8	5,0	2,0	6,25	2,3	7,0	3,8	94,8
19-20	5,0	81,9	7,0	1,6	2,0	1,0	5,0	4,2	4,5	1,8	6,25	2,3	7,0	3,8	94,8
20-21	4,5	73,7			2,0	1,0	2,6	2,2	4,0	1,6	6,25	2,3	7,0	3,8
21-22	3,0	49,1			3,0	1,4	18,6	15,6	3,0	1,2	6,25	2,3	7,0	3,8
22-23	2,0	32,8					1,6	1,3	2,0	0,8	6,25	2,3
23-24	1,0	16,3					1,0	0,8	1,5	0,6	6,25	2,3
Итого:	100	1637,3	100	23	100	47,5	100	83,9	100	39,6	100	39,6	100	54,7	568,7
Часы суток	Производственный сектор	Суммарные расходы
	котельная	пекарня	моечные площадки	столярно-плотницкая мастерская	деревообрабатывающее предприятие	Равномерно-распределенные	сосредоточенные	общий	интегральная кривая
	М3	М3	М3	М3	М3	М3	М3	М3	%	%
1	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
0-1	3,7					16,4	4,4	20,8	0,8	0,8
1-2	3,7					16,4	4,4	20,8	0,8	1,6
2-3	3,7					16,4	4,4	20,8	0,8	2,4
3-4	3,7					16,4	4,5	20,9	0,8	3,2
4-5	3,7					32,8	4,9	37,7	1,5	4,7
5-6	3,7					143,9	5,3	149,2	5,8	10,5
6-7	3,8					176,7	8,2	184,9	7,2	17,7
7-8	3,8	0,4				201,1	36,4	237,5	9,3	27
8-9	3,8	0,4	0,2	0,2	0,7	104,2	29,3	133,5	5,2	32,2
9-10	3,8	0,4	0,2	0,2	0,7	87,8	21,4	109,2	4,3	36,5
10-11	3,8	0,3	0,2	0,2	0,7	71,5	20	91,5	3,6	40,1
11-12	3,8	0,3	0,1	0,2	0,7	87,8	19,6	107,4	4,2	44,3
12-13	3,8	0,3	0,1	0,2	0,7	112,4	30,2	142,6	5,6	49,9
13-14	3,8	0,3	0,1	0,2	0,7	112,4	16,3	130,7	5,1	55
14-15	3,8	0,3	0,3	0,2	0,7	87,8	18,5	106,3	4,1	59,1
15-16	3,8	0,3	0,2	0,2	0,7	71,4	19,7	91,1	3,6	62,7
16-17	3,8	0,3	0,2	0,2	0,7	79,6	19,4	99	3,9	66,6
17-18	3,8	0,3	0,2	0,2	0,7	198,9	26,4	225,3	8,8	75,4
18-19	3,7	0,3	0,2		0,7	198,9	18,6	217,5	8,5	83,9
19-20	3,7	0,3	0,2			174,4	18,9	193,3	7,5	91,4
20-21	3,7	0,3	0,2			71,4	15,1	86,5	3,4	94,8
21-22	3,7	0,3	0,2			46,8	28,5	75,3	2,9	97,7
22-23	3,7	0,3	0,2			30,5	8,6	39,1	1,5	99,2
23-24	3,7	0,3	0,2			14	7,9	21,9	0,8	100
Итого:	90	5,4	3	2	7,7	2169,9	392,9	2562,8	100

Таблица 3.3 - Секундные расходы воды в час максимального потребления

Вид расхода, потребители	Величина расхода
	м3/час	л/с
Общий	237,6	66
Равномерно-распределенный	201,1	55,9
Сосредоточенный	36,5	10,1
Баня	0	0
Гостиницы	25,2	7
Больница	2,2	0,6
Школы	3,4	0,9
Детские сады	1,4	0,4
Спортивные комплексы с бассейнами	0	0
Котельная	3,8	1,1
Пекарня	0,4	0,1
Моечные площадки	0	0
Деревообрабатывающее предприятие	0	0
Столярно-плотницкая мастерская	0	0

По полученным данным таблицы 3.2 строим дифференциальный график водопотребления (рисунок 3.1) и интегральную кривую водопотребления (рисунок 3.2) .

Рисунок 3.1 - График водопотребления



Рисунок 3.2 - Интегральная кривая водопотребления



4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫБОРУ ВАРИАНТА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

На основании технико-экономического расчёта выберем наиболее экономически выгодный источник водоснабжения для микрорайона Школьный города Дзержинский.

Возможно два варианта:

1 вариант - вода забирается из скважин с повышенным содержанием железа, очистка осуществляется на единой очистной станции;

2 вариант - вода забирается из скважин с повышенным содержанием железа, очистка происходит на каждой скважине отдельно.

Рассмотрим 1 вариант.

Забор воды производится из скважин и по водоводам попадает на очистную станцию. После очистки вода поступает в резервуар чистой воды, из него подаётся насосной станцией в водонапорную башню и из водонапорной башни движется в водопроводную сеть населённого пункта. Схема 1 варианта представлена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Очистка воды осуществляется на единой станции: 1 - скважины; 2 - водоводы; 3 - очистная станция; 4 - резервуар чистой воды; 5 - насосная станция; 6 - водонапорная башня; 7 - водопроводная сеть



Рассмотрим 2 вариант.

Вода забирается из скважин и подается на очистные сооружения, далее с помощью насосной станции вода движется в водопроводную сеть, и также попадает в резервуар для пожарных нужд. Схема второго варианта представлена на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 - Очистка осуществляется на каждой скважине: 1 - скважины; 2 - очистная установки; 3 - насосная станция; 4 - водоводы; 5 - водопроводная сеть; 6 - резервуар для пожарных нужд

Сравнительная экономическая эффективность проектных решений возможна только при обязательном условии сопоставимости сравниваемых вариантов по материальному эффекту.

Экономическому сравнению подлежат технически осуществимые варианты, которые обеспечивают производство запланированного объёма воды, качества удовлетворяющего санитарно-технические требования и наиболее благоприятного улучшения условия труда и быта населения.

Основным показателем экономической эффективности капитальных вложений являются приведенные затраты, которые представляют собой сумму текущих эксплуатационных затрат и капитальных вложений на строительство предусмотренных объектов водоснабжения, приведённых к годовой размерности в соответствии с нормативным коэффициентом эффективности капитальных вложений.

Для упрощения расчетов при экономической оценке вариантов можно сравнить капиталовложения К и годовые эксплуатационные расходы С.

Если в результате расчетов окажется, что по одному из вариантов и капиталовложения, и годовые эксплуатационные затраты С меньше, чем по другому, то экономически наивыгоднейшим будет вариант с наименьшими годовыми затратами.

Если приведенные затраты в сравниваемых вариантах равны или отличаются незначительно, то предпочтение следует отдавать проектным решениям обеспечивающим меньший забор воды из естественных источников за счет использования очищенных сточных вод, относительную простоту эксплуатации сооружений, сокращение трудоемкости строительно-монтажных работ, возможность более быстрого ввода в эксплуатацию объектов водоснабжения и т.д.

Если сравниваются варианты реконструкции существующих и строительства новых сооружений, следует учитывать, что реконструкция должна производиться за счет резервов. Поэтому в случае проектирования объекта с перспективой дальнейшего его роста выбор варианта строительства новых сооружений может оказаться более целесообразным.

Величины капитальных вложений по каждому варианту рекомендуются определять по укрупненным показателям стоимости сооружений [16].

В обоих рассматриваемых случаях принимаем одинаковую водопотребность потребителей микрорайона Школьный с учётом перспективного развития равной 2563 м?/сут. Укрупненные показатели исчислены в ценах 1983 года и пересчитаны в цены 2015 года, поэтому их можно использовать только для сравнения вариантов. В моей выпускной квалификационной работе, в качестве примера, производится сравнение нового способа обезжелезивания воды с традиционным методом обезжелезивания по типовому проекту № 901 - 1 - 40.

Для первого варианта проводим оценку стоимости следующих сооружений: фильтры, служебные помещения, лабораторные помещения, мастерские, насосная станция. Для второго варианта: новая установка обезжелезивания. Оценочная стоимость установки с 4 камерами равна 180 тыс.

Капитальные и амортизационные отчисления при использовании традиционного метода обезжелезивания по типовому проекту (1 варианта) приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Определение капиталовложений и амортизационных отчислений по 1 варианту водоснабжения

Сооружения	Количество	Цена единицы, руб.	Стоимость сооружения, К, руб.	Норма амортизационных отчислений, а	Годовые амортизационные отчисления, А = а • К
Фильтры, служебные и лаборатор. помещения	8	325000	2600000	0,1	260000
Мастерские	7	100000	700000	0,1	70000
Насосная станция	1	1600000	1600000	0,1	160000
Итого	-	-	?К=4900000	-	?А=490000
Неучтённые сооружения и затраты (10% от итога)	-	-	490000	-	49000
Всего	-	-	К1=5390000	-	А1=539000

Капитальные и амортизационные отчисления нового способа обезжелезивания воды (2 вариант) приведены в таблице 4.2.



Таблица 4.2 - Определение капиталовложений и амортизационных отчислений по 2 варианту водоснабжения

Сооружения	Количество	Цена единицы, руб.	Стоимость сооружения, К, руб.	Норма амортизационных отчислений, а	Годовые амортизационные отчисления, А = а • К
Насосная станция	-	-	-	-	-
Установка с 4 камерами	2	180000	360000	0,1	36000
Итого	-	-	?К=360000	-	?А= 36000
Неучтённые сооружения и затраты	-	-	36000	-	3600
Всего	-	-	К2=396000	-	А2=39600

Так как К1 > К2 (5390000 > 396000) и А1 > А2 (539000 > 39600), то экономически наивыгоднейшим вариантом является новая технология обезжелезивания воды (2 вариант), так как она примерно в 13,6 раза дешевле традиционных методов обезжелезивания.



5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ

5.1 Разработка водозаборной скважины

Скважина входит в систему водоснабжения и является водозаборным сооружением, предназначенным для забора подземных вод, залегающих ниже 10 м поверхности земли. Конструктивно скважина представляет вертикальный подземный трубопровод, связывающий поверхность земли с подземным источником воды.

Водозаборная скважина должна быть заложена на таком участке, где гидрогеологические условия допускают получение требуемого количества воды, а состояние его удовлетворяет санитарным требованиям. Вместе с тем по технико-экономическим соображениям скважину желательно не удалять на большие расстояния от объекта водоснабжения.

Участок для заложения скважины следует выбирать по возможности с таким расчетом, чтобы в дальнейшем при увеличении потребности в воде на нем можно было заложить еще одну или несколько скважин [17].

Перед началом проектирования скважины необходимо изучить геологическое строение почвы и построить геолого-технический разрез.

Для построения геологического разреза предлагаются исходные данные для девяти пластов, три из которых являются водоносными, они представлены в таблице 5.1; общие данные для проектирования в таблице 5.2; показатели качества воды и характеристики водоносных пластов в таблице 5.3 [18].

Таблица 5.1 - Сведения о пластах геологического разреза

№ пласта	Наименование горных пород	Мощность пласта, м
1	Растительный слой	4
2	Конгломерат	41,2
3	Песок водоносный	22,4
4	Суглинок	29,7
5	Мел	31,1
6	Песок водоносный	31,8
7	Суглинок	16,8
8	Песок водоносный	42,8
9	Суглинок	17,9

Таблица 5.2 - Общие данные для проектирования

Наименование показателей	Единицы измерения	Величина
Среднесуточная водопотребность, Qср.сут.	м3/сут	2562
Время работы водоподъемника в течение суток, Т	час	24
Абсолютная отметка устья скважины	м	405
Отметка, на которую необходимо подать воду, м	м	422

Таблица 5.3 - Показатели качества воды и характеристики водоносного песка водоносных горизонтов

Показатели и единицы измерения	Пласты
	I	II	III
Запах и привкус, баллы	2	1	3
Мутность, мг/л	1,8	1,5	2,5
Цветность, град	23	19	20
Сухой остаток, мг/л	1120	670	1180
Общая жесткость, мг-экв/л	6,5	7	8,5
Кол-во кишечных палочек в 1л воды	4	3	4
50% размер частиц водоносного песка	2	1,5	1
Коэфф. фильтрации, м/сут	23	134	10
Удельный дебит, м3/ч	0,43	0,85	0,36
Статический напор, м	24	55	50

5.1.1 Выбор водоносного пласта

Для выбора водоносного пласта производим сравнение показателей качества воды для каждого водоносного пласта и делается вывод о необходимости очистки воды, если вода не соответствует требованиям ГОСТ 2874-82 [19].

I водоносный пласт:

1) по запаху и привкусу - соответствует;

2) по мутности - не соответствует;

3) по цветности - не соответствует;

4) сухой остаток - не соответствует;

5) общая жесткость - соответствует;

6) количество кишечных палочек - не соответствует.

II водоносный пласт:

1) по запаху и привкусу - соответствует;

2) по мутности - соответствует;

3) по цветности - соответствует;

4) сухой остаток - соответствует;

5) общая жесткость - соответствует;

6) количество кишечных палочек - соответствует.

III водоносный пласт:

1) по запаху и привкусу - не соответствует;

2) по мутности - не соответствует;

3) по цветности - соответствует;

4) сухой остаток - не соответствует;

5) общая жесткость - не соответствует;

6) количество кишечных палочек - соответствует.

Вывод: По качеству воды подходит II водоносный пласт, он соответствует требованиям ГОСТ 2874-82 по всем показателям. Водоносные пласты I и III нуждаются в очистке воды.

Определяем максимальный возможный дебит каждого пласта по формуле (5.1):

, м3/час, (5.1)

где - удельный дебит водоносного пласта, м3/час на 1метр понижения уровня;

- статический напор водоносного пласта, м.

Первый водоносный пласт: q = 0,5;

Второй водоносный пласт:

Третий водоносный пласт:

Вывод: Окончательно выбираем II водоносный пласт, т.к. он соответствует требованиям ГОСТ 2874-82 по всем показателям и максимальный возможный дебит тоже во II водоносном пласте.

5.1.2 Составление расчётной схемы скважины

Расчетная схема нужна для решения вопросов, связанных с выбором основного оборудования скважины и разработки ее конструкции.

Расчетная схема скважины представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Расчетная схема скважины: УС - отметка устья скважины; КВП - отметка кровли водоносного пласта; ПВП - отметка подошвы водоносного пласта; m - мощность водоносного пласта; Hc - статический напор водоносного пласта; СУВ - отметка статического уровня воды; Sф - фактическая глубина понижения уровня воды; ДУВ - отметка динамического уровня воды; Д - отметка дна скважины; Hскв - глубина скважины



УС = 405 м;

КВП = 276,6 м;

ПВП = 244,8 м;

m = 31,8 м;

Нс = 55 м;

СУВ = КВП + Н = 276,6 + 55 = 331,6 м;

SФ = 20,6 м;

ДУВ = СУВ - Sф = 331,6 - 20,6 = 311,6 м;

Д = ПВП - 2 = 244,8 - 2 = 242,8 м;

Нскв = УС - Д = 405 - 242,8 = 65,7 м.

В большинстве случаев артезианские несамоизливающиеся скважины оборудуют погруженным электронасосом, опускаемым под динамический уровень воды.

Для выбора марки насоса определяем его подачу и полный напор.

Подача скважинного насоса определяется по формуле (5.2):

, м3/ч, (5.2)

где Q - суточная водопотребность объекта водоснабжения, м3/сут;

t - число часов работы скважины в течение суток;

np - число рабочих скважин.

, м3/ч.

Полный напор насоса определяется по формуле (5.3):

Hn = В - ДУВ + hw, м, (5.3)

где В - отметка, на которую необходимо подать воду из скважины (принимается из исходных данных);

ДУВ - отметка динамического уровня воды;

hw - потери напора в водоподъемной трубе, м.

Величина hw определяется на основе гидравлического расчета. Для приближенного расчета рекомендуется принимать: hw =2-4 м [15].

Hn= 422 - 311 + 3 = 114 м.

Для определения полного напора насоса составляется расчетная схема водоподъемника (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 - Расчетная схема водоприемника

По значениям Hn и Qn принимаем насос марки ЭЦВ10-63-110 и подбираем его характеристики: Э - электрический, Ц - центробежный, В - для воды, 10 - наружный диаметр насоса, увеличенный в 25 раз в м, т.е. Дн = 10 • 25 = 250 мм; 63 - подача, м3/час; 110 - напор в метрах.

5.1.3 Выбор конструкции водоприёмной части

Выбор конструкции водоприёмной части осуществляется в зависимости от характеристик пород водоносных пластов и кровли над этим пластом.

Принимаем пески среднезернистые с 50 % диаметром частиц 0,25-0,50 мм;

Характеристика кровли - любая;

Выбираем сетчатый фильтр с сеткой галунного плетения (рисунок 5.3).

Фильтр - основной элемент скважины, поэтому от его качества зависят дебит и долговечность скважины. Конструкцию фильтра выбирают с учетом гранулометрического состава пород водоносного горизонта.

Конструкции фильтров должны отвечать следующим требованиям:

1) обладать необходимой механической прочностью и достаточной устойчивостью против коррозии и эрозионного воздействия воды;