Технология и техника водоснабжения

4.Магистральные линии рекомендуется прокладывать по наиболее возвышенным отметкам территории для создания достаточных напоров в распределительной сети.

5.Пересечение железнодорожных путей трубопроводами следует осуществлять под прямым углом.

Водопроводные линии, идущие вдоль станционных путей, необходимо прокладывать в стороне от них с учетом возможного развития станции;

в междупутьях разрешается укладывать только магистрали, проводящие воду к водозаборным кранам.

Трассирование магистральных линий необходимо увязывать с размещением других сетей и сооружений населенного пункта с соблюдением минимальных расстояний от наружной поверхности трубопровода до различных подземных коммуникаций в плане, м:

обрез фундамента здания……………………..5

крайний рельс трамвайных путей ……….…..2

газопровод …………………………………..…1-2

столбы наружного освещения и ограды …… 1,5

стволы деревьев и бордюрные камни дорог…2

кабели связи ……………………………….… 0,5

канализационные линии при диаметре труб, мм:

< 200 ……………………………………….… не менее 1,5

>200 ………………………………………...... не менее 3

Трассирование напорных водоводов осуществляют, как правило, в две линии с устройством между ними переключений, позволяющих выключать отдельные участки во время аварии. Водонапорные сооружения (башни, колонны, напорные резервуары) следует располагать на наиболее высоких отметках местности в непосредственной близости к водопроводной сети.

Определение диаметров труб водопроводных линий. После определения расчетных расходов воды на каждом участке сети определяют диаметры труб, предварительно выбрав их материал и класс точности.

Определение диаметров труб производят по расчетным расходам участков Q_p, при этом за основной расчетный случай принимают час наибольшего водопотребления или наибольшего транзита в башню (для сетей с контррезервуаром).

Для водопроводных труб круглого сечения

Q_p= щv, Q_p= nd²v/4, откуда:

где щ- площадь живого сечения трубы;

d-диаметр трубы; v-скорость движения воды.

Таким образом, чем меньше скорость v, тем больше будет диаметр труб, следовательно, будет завышена стоимость водопроводной сети. Чем больше скорость в трубах, тем будут больше потери напора на гидравлические сопротивления, что приводит к увеличению мощности оборудования насосных станций и затрат электроэнергии на подъем воды.

По условиям эксплуатации водопроводных сетей предельное значение скорости, определенное требованиями предохранения сети от разрушающего действия гидравлических ударов, принимают равным 2,5-3 м/с. Нижний предел скорости принимается из условия незаиляемости трубопроводов в пределах 0,5-0,6 м/с. Поэтому выбрать экономически наиболее целесообразный диаметр трубы можно только после сопоставления нескольких вариантов и сравнения строительной и эксплуатационной стоимостей.

Определение потерь напора в водопроводных линиях сети. Потери напора на трение в водопроводных трубах пропорциональны их длине и зависят от диаметра труб, скорости течения воды, характера стенок труб и от области гидравлического режима их работы.

Основной формулой для определения потерь напора является формула Дарси-Вейсбаха:

где л - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от материала труб, степени шероховатости их стенок и диаметра;

lи d- длина и диаметр трубы;

v-скорость движения воды;

g-ускорение свободного падения.

При гидравлическом расчете водопроводных сетей для определения потерь напора в трубах широко используют формулу:

где i- гидравлический уклон, определяющий потерю напора на единицу длины трубопровода.

С учетом местных потерь напора в фасонных частях и арматуре, принимаемых 5-10% величины потерь по длине, общие потери напора на участке составят

Для облегчения процесса определения потерь напора в водопроводах широко используются различные вспомогательные таблицы специальной формы. Они дают величины потерь напора на единицу длины (т.е. i или 1000 i- потерю на 1000 м длины) для всех стандартных диаметров труб различных типов в широком диапазоне расходов.

Структура таких таблиц (в том числе Ф.А. Шевелева и А.Ф. Шевелева) имеет вид:

Q, л/с	d, мм
	d1	d2	d3	d4
	v	1000 i,	v	1000 i,	v	1000 i,	v	1000 i,
	м/с	м	м/с	м	м/с	м	м/с	м



По ним для заданного Q можно подобрать диаметр и определить величину потерь на 1 км и потерю, соответствующую заданной длине. Или имея заданную величину располагаемого напора Н, м, и длину водопроводной линии l, км, найти i = Н/lи затем определить по таблицам требуемый диаметр при заданном расходе или возможный расход при принятом диаметре.

Вместе с тем при расчетах водопроводных сетей потерю напора удобно выражать через расчетный расход по формуле:

где А = i/Q²- удельное сопротивление труб, которое равно сопротивлению трубы длиной l м при расходе 1 м³/с. Значения А даются в таблицах Ф.А. Шевелева и А.Ф. Шевелева;

S-сопротивление участка трубы длиной l при расходе, равном единице, S=Al;

К - поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости движения воды. Значения К даются в таблицах Ф.А. Шевелева и А.Ф. Шевелева.

9. Регулирующие и запасные емкости (резервуары)

В системах водоснабжения резервуары различных видов находят широкое применение в качестве регулирующих и запасных емкостей. Объем этих емкостей включает регулирующий, противопожарный и аварийный запасы воды, а также используется для хранения расходов на технологические нужды самих станций водоподготовки.

Регулирующие емкости устраивают, когда подача воды насосами в отдельные часы суток не соответствует потреблению. В таких емкостях вода аккумулируется в период превышения подачи над водопотреблением и затем расходуется, когда потребление воды превышает ее подачу насосами.

Включение в систему водоснабжения регулирующих емкостей (резервуаров) повышает ее технико-экономическую эффективность. Так, резервуар между насосными станциями первого и второго подъемов, часто называемый резервуаром чистой воды, позволяет обеспечить равномерные режимы работы этих станций и станции обработки воды; резервуар между насосной станцией второго подъема и сетью исключает необходимость подачи насосами пиковых расходов в часы максимального водопотребления, что позволяет применять насосы меньшей мощности, а также водоводы меньших диаметров, следовательно, приводит к снижению их стоимости.

Запасные емкости обеспечивают необходимую надежность работы системы водоснабжения. Эти емкости как самостоятельные сооружения строят сравнительно редко. Наиболее часто водном сооружении содержатся как регулирующие, так и запасные объемы воды.

В запасных емкостях хранятся пожарные и технологические запасы воды, способствующие повышению надежности работы систем водоснабжения. Регулирующие и запасные емкости могут объединяться в одном, общем резервуаре.

В зависимости от назначения и способа подачи воды регулирующие и запасные емкости могут быть напорными (активными), создающими напор в водопроводной сети и безнапорными (пассивными), вода из которых забирается насосами.

Ненапорные резервуары, те из которых вода забирается насосами, и напорные, обеспечивающие подачу воды к потребителю с заданным напором.

Напорные резервуары в свою очередь разделяются на: нагорные резервуары, размещаемые на возвышенной, по отношению к потребителю воды, отметке местности; водонапорные башни - резервуары, установленные на поддерживающей конструкции; пневматические установки, напор в которых обеспечивается давлением сжатого воздуха.

Ненапорные резервуары характеризуются емкостью и конструкцией.

10. Водонапорные башни и колонны

Водонапорные башни и колонны имеют высоко расположенную емкость, благодаря чему они создают необходимый напор в системе водоснабжения. Такое же назначение имеют резервуары, расположенные на естественной возвышенности. Обычные наземные или частично заглубленные резервуары чистой воды из-за низкого своего расположения не обеспечивают напор, и воду из них забирают насосами. Гидропневматические установки создают напор в системе водоснабжения сжатым воздухом.

Водонапорные башни предназначаются для регулирования неравномерности водопотребления, хранения неприкосновенного запаca воды на пожаротушение и создания требуемого напора в водопроводной сети.

Объем бака водонапорной башни определяют по формуле:

W_б=W_рег+W_н.з.,

где: W_рег - регулирующая вместимость бака, м³;

W_н.з., - объем неприкосновенного противопожарного запаса воды, предназначенного для тушения пожара, м³;

Неприкосновенный противопожарный запас воды рассчитывают для населенных пунктов на 10-минутную продолжительность тушения одного наружного и одного внутреннего пожаров при одновременном наибольшем расходовании воды на другие нужды по формуле:



W_н.з.=(Q_пож+Q_max.с),

где: Q_пож - расчетный расход воды на тушение пожара, л/с;

Q_max.с - максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые и другие нужды в населенном пункте, исключая расход в душевых, л/с.

Емкость резервуаров, регулирующих несовпадение режимов работы насосных станций 1-го и 2-го подъемов, W_р, определяется по совмещенным графикам их работы (Рис. 12). На графике показана равномерная работа насосов первого подъема с часовой подачей 100/24 = 4,17% Q_сут и насосов второго подъема с 6 до 22 часов с подачей 100/16 = 6,25% Q_cyт. Регулирующая емкость резервуара выражается заштрихованной площадью W_р и в данном; случае составляет (6,25-4,17). 16 = 33,28% Q_cyт.

Рис. 12. Совмещенный график работы насосов 1-го и 2-го подъема

Емкость резервуара для хранения запаса воды на пожаротушение W_пож определяется величиной расчетного расхода на пожаротушение из наружных гидрантов и внутренних пожарных кранов в течение 3 часов при одновременном обеспечении хозяйственно-питьевых и производственных нужд в течение 3 смежных часов наибольшего расхода по графику водопотребления, Объем резервуара для хранения воды на технологические нужды станции обработки воды зависит от типа применяемых сооружений и качества обрабатываемой воды. Для промывки фильтров должен храниться запас W_ф на две промывки.

Общий объем резервуара W составляет:

W=W_p+W_пож+W_ф

Водонапорная башня (Рис.13) состоит из бака, поддерживающей конструкции (ствола), фундамента и системы трубопроводов. При наличии опасности замерзания воды в баке вокруг него устраивают шатер.

Водонапорная башня оборудуется подающим, отводящим, переливным и спускным трубопроводами. Часто подающий и отводящий трубопроводы объединяются в один подающе-отводящий. На отводящем трубопроводе в этом случае устанавливается обратный клапан, исключающий подачу по нему воды в бак.

Переливной трубопровод, снабженный воронкой, служит для сброса поступающей воды в бак при его переполнении. Диаметр его принимается из условия отведения по нему максимального расхода воды, поступающей в бак, скорости движения воды не более 1-1,2 м/с. и он не должен быть меньше диаметра подающего трубопровода; задвижка на нем не ставится. Все трубопроводы башни защищаются от замерзания в них воды, для чего они обертываются теплоизоляционным материалом и размещаются в. защитном коробе. Для восприятия температурных изменений трубопроводов на них устанавливаются компенсаторы.

Грязевая труба через задвижку присоединяется к переливному трубопроводу и служит для опорожнения бака в случае осмотра и ремонта, а также для удаления осадка, который может скапливаться на дне бака. Для предотвращения повреждений баков и стыковых соединений при температурных деформациях труб, на подводяще-отводящем и переливном трубопроводах устанавливают сальдовые компенсаторы.

Баки водонапорных башен, как правило, устраивают круглыми в плане и выполняют из железобетона, а при малой общей емкости и из стали.

Поддерживающие конструкции башен выполняются из железобетона, кирпича, дерева. Наиболее распространены башни железобетонные. Существуют типовые проекты сборных железобетонных башен на сквозных сетчатых опорах высотой от 10 до 40 метров, в большинстве случаев имеют цилиндрическую форму, плоское, полусферическое или радиально-коническое днище. Сверху бак башни перекрывается, что обеспечивает его жесткость и защиту от температурных колебаний и загрязнений.

Рис. 13. Схема водонапорной башни:

1 - фундамент и подвальное помещение; 2 - подающе-отводящий трубопровод; 3 - лестница; 4 - сальниковые компенсаторы; 5 - труба для отбора воды на тушение пожара; б - труба для отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды; 7 - бак; 8 - шатер; 9 - переливная труба; 10 - грязевая труба; 11 - сбросная труба; 12 - ствол.

Баки водопроводных башен оборудуют датчиками, аппаратурой и приборами для автоматической передачи показаний уровня воды в на насосную станцию или в диспетчерский пункт. По типовым проектам сооружают башни высотой до 42 м (до дна бака) с баком вместимостью до 800 м³. На одной и той же водонапорной башне могут быть установлены на разной высоте несколько баков, обслуживающих системы водопроводов с разными напорами.

Поддерживающие конструкции водонапорных башен могут быть железобетонными, кирпичными, металлическими и выполняться виде сплошной стенки или колонны, имеющих различное архитектурное оформление.

Сборные напряженно-армированные железобетонные резервуары отличаются трещиноустойчивостью, долговечностью и экономичностью (Рис. 14).

Рис. 14. Железобетонный резервуар из сборных элементов:

1 - люк; 2 - приямок; 3 - монолитное дно; 4 - сборное перекрытие; 5 - арматурные натяжные кольца

Сборные элементы применяются для перекрытий и стен резервуаров. Водонепроницаемость их в стыках обеспечивается чеканкой швов расширяющимся цементом. Применение сборного железобетона снижает по сравнению с применением монолитного трудоемкость работ на 30 - 50%, обеспечивает экономию 15 - 20% железобетона, 10% металла и общее снижение стоимости строительства. В практике строительства применяются резервуары емкостью до 300 -500 м³. Для них более целесообразна круглая форма, упрощающая напряженное армирование и обеспечивающая наименьшую поверхность стенок при заданном объеме. Важное достоинство круглых резервуаров - их большая, по сравнению с прямоугольными, сейсмоустойчивость. Повышение устойчивости резервуаров при сейсмических нагрузках достигается устройством утолщенного несущего днища с жестким сопряжением его со стенкой и нанесением по сборному перекрытию 3 - 5 сантиметрового слоя бетона с сеткой, обеспечивающих связь между его элементами.

Для обеспечения бесперебойности работы системы водоснабжения предусматривается устройство не менее двух резервуаров (Рис. 15). Между резервуарами устраивается камера переключения с задвижками. Она может быть совмещена с конструкцией резервуаров или располагаться между ними отдельно.

Рис. 15. Резервуары с камерой переключения

1 - резервуар; 2 - камера переключения; 3 - входные люки; 4 - вентиляционные стояки; 5 - подводящий трубопровод; 6 - отводящий трубопровод хозяйственно-питьевой воды; 7 - отводящий трубопровод пожарного запаса воды; 8 - переливной трубопровод; 9 - спускной трубопровод

Резервуары оборудуются подводящими, отводящими (всасывающими), переливной и спускной трубами и снабжаются закрывающимися люками, а также вентиляционными колонками. Существуют типовые конструкции резервуаров емкостью от 5 до 500 л³.

Конструкция нагорных резервуаров аналогична ненапорным резервуарам, но они оборудуются трубами, как водонапорные башни.

11. Насосы и насосные станции

водоснабжение сеть башня насос

Классификация, устройство и принцип действия насосов.

Разработано и применяется огромное количество видов, типов и конструкций насосов. Общая схема классификации насосов, представлена рисунке 16.

Объемные насосы работают по принципу перемещения жидкости путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Динамические насосы - это насосы, в которых жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса. Среди динамических насосов наиболее распространенными являются лопастные (центробежные, осевые) насосы, в которых жидкости сообщается энергия благодаря инерционным силам, возникающим при протекании жидкости через лопастное колесо.

В подавляющем большинстве насосные станции коммунальных, промышленных и железнодорожных систем водоснабжения и канализации оборудуются центробежными насосами.



Рис. 16. Общая схема классификации насосов

Центробежный насос (Рис. 17). Основным рабочим органом центробежного насоса является рабочее колесо 1 с криволинейными лопастями 2, насаженное на вал 3 и расположенное в корпусе 4. Вода поступает в насос через всасывающий патрубок 5 к центральной части рабочего колеса и выбрасывается из него в спиральную камеру и далее в напорный патрубок 6.

Рис. 17. Схема устройства центробежного насоса:

1 - рабочее колесо; 2 - лопасти; 3 - вал; 4 - корпус; 5 - всасывающий патрубок; 6 - напорный патрубок



Если всасывающий трубопровод и корпус насоса заполнены жидкостью, то при быстром вращении колеса частицы жидкости, закручиваемые лопатками, под действием центробежной силы отбрасываются от центра колеса к периферии, получая некоторое приращение энергии.

Благодаря этому на выходе из лопаток рабочего колеса давление и скорость частиц жидкости больше, чем перед входом в колесо. В центре рабочего колеса образуется разряжение, куда поступает жидкость за счет разности давлений у оси колеса и на поверхности воды в приемном колодце. По выходе из колеса жидкость поступает в спиральную камеру, живое сечение которой возрастает в направлении напорного патрубка, благодаря чему средняя скорость движения жидкости постепенно уменьшается, в результате часть кинетической энергии преобразуется в потенциальную, и первоначальное давление, созданное колесом, увеличивается. Центробежные насосы классифицируют по ряду признаков.

По роду перекачиваемой жидкости: водопроводные, канализационные, теплофикационные, кислотные, грунтовые и др.

По числу рабочих колес различают одноколесные, которые находят наибольшее применение в системах водоснабжения и канализации, многоколесные (многоступенчатые) насосы высокого давления, в которых перекачиваемая жидкость проходит последовательно при помощи направляющих аппаратов через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал, при этом напор, развиваемый насосом, равен сумме напоров, развиваемых каждым рабочим колесом.

По создаваемому напору центробежные насосы разделяют на низконапорные (напор до20м), средненапорные (20-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м).

По способу подвода воды на рабочее колесо различают насосы с односторонним подводом воды (односторонним всасыванием) и насосы с двухсторонним подводом (двухсторонним всасыванием).

В зависимости от способа отвода воды из рабочего колеса насосы разделяют на спиральные и турбинные.

По расположению вала рабочего колеса насосы бывают вертикальные и горизонтальные.

По способу разъема корпуса различают насосы с горизонтальным разъемом и с вертикальным торцевым разъемом.

Характеристики центробежного насоса. Для рационального использования центробежных насосов в условиях строительства и эксплуатации необходимо знать взаимосвязь между подачей, напором, потребляемой мощностью и другими параметрами насоса при различных режимах его работы. Эти данные представляются в форме характеристик насосов.

Для центробежных насосов различают теоретические и экспериментальные характеристики.

Теоретические характеристики определяют, пользуясь основными уравнениями центробежного насоса, в которые вводят поправки на реальные условия работы насоса. В реальных условиях на работу насоса влияет много различных факторов, которые не всегда возможно учесть, поэтому такие характеристики имеют некоторые неточности и ими практически не пользуются.

Экспериментальные характеристики строят по результатам испытаний насосов в заводских лабораториях, они отражают истинные зависимости между параметрами насоса.

Графики, выражающие зависимости напора Н, м, потребляемой мощности N, кВт, коэффициента полезного действия з и допускаемой вакуумметрической высоты всасывания Н^доп_вак подачи Q при постоянной частоте вращения пи определенной форме и размерах проточной части (рабочего колеса), называют рабочей характеристикой насоса.

На рисунке 18 приведена характеристика насоса Д1600-90 при частоте вращения п= 1450 об/мин. На рабочих характеристиках насосов, приводимых в каталогах заводами-изготовителями, на кривой Н волнистыми линиями указывается рекомендуемая область использования насоса. Обычно эту область выбирают такой, чтобы снижение КПД против з_max не превышало 5-8%.

Предел обточки рабочих колес зависит от коэффициента быстроходности:

где: Q- подача насоса, м³/с;

Н - напор насоса, м;

п- частота вращения, об/мин.

Рекомендуются следующие пределы обточки рабочих колес:

При: n_s= 60....120 20-15%

n_s, = 120...200 15-11%

n_s, =200...300 11-7%

Рис. 18. Характеристика центробежного насоса Д1600-90:

1- Рабочее колесо, поставляемое заводом-изготовителем; 2 - обточенное колесо.



Совместная работа насоса и трубопровода. Насосный агрегат и система трубопроводов в процессе работы находятся в определенной технологической связи. В результате анализа работы насосной установки было найдено выражение для определения напора. Величина гидравлических потерь h_T в м в этой формуле зависит от диаметра d, длины трубопроводов l, коэффициента сопротивления л, количества и видов всех местных сопротивлений, а также от квадрата скорости течения жидкости в нихv² т.е.

где: Уж- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Полная высота, м, подъема жидкости насосной установкой может быть выражена функцией расхода

Это уравнение называют гидравлической характеристикой трубопроводов.

Пользуясь этим выражением, можно построить данную характеристику в графическом виде (Рис. 19), она представляет собой параболу, выходящую из точки Н = Н_Г при Q = 0 (кривая 2). Если на один и тот же график нанести характеристику насоса и характеристику трубопровода, то получим график, характеризующий работу насосной установки. Точка А пересечения кривой 1 Н - Q насоса и кривой 2 Q- Н трубопровода называется рабочей точкой насосной установки. Она определяет все данные, характеризующие рабочий режим насосной установки, а именно подачу Q_A, напор II_А, мощность N_A, на валу насоса, КПД Т)_А и допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания Н^доп_{вак А}.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 19. Определение рабочей точки насоса

Параллельная и последовательная работа центробежных насосов. На насосных станциях (особенно крупных) часто встречается необходимость в совместной работе нескольких насосов. Для увеличения подачи насосной станцией в системе водоснабжения часто используют параллельную работу насосов. Для питания систем с высокими напорами, но с относительно малыми подачами, можно использовать последовательное включение в сеть нескольких насосов.

Совместная работа нескольких насосов с подачей воды в общий напорный трубопровод называется параллельной работой насосов. Эти насосы могут быть с одинаковыми и неодинаковыми характеристиками.

Для построения характеристики совместной работы нескольких параллельно работающих насосов на общий напорный трубопровод складывают подачу этих насосов при одинаковых напорах. Так как насосы одинаковые, то построение суммарной характеристики (Рис. 16) системы с двумя параллельно работающими насосами У(Q-H)₁₊₂сводится к удвоению их производительностей при одинаковых напорах.

Для определения режима работы этих насосов следует построить характеристику трубопроводов Q - Н_тр и по рабочей точке А пересечения характеристики насосов и характеристики трубопровода определить суммарную фактическую подачу двух насосов Q_l+2 и напор Н₁₊₂Для определения подачи, мощности и КПД каждого насоса при их совместной работе необходимо из точки А провести линию, параллельную оси абсцисс, которая пересечет характеристику каждого из насосов в точке А₁₂. Координаты этой точки определяют подачу Q₁, Q₂и напор Н₁, Н₂каждого насоса. Мощность, КПД и допустимая вакуумметрическая высота всасывания каждого из совместно работающих насосов определяют соответственно точками 1, 2, 3, являющимися точками пересечения кривых з, N, и Н^доп_вак перпендикуляром, опущенным из точки А_1,2

Рис. 20. Характеристика параллельной работы двух одинаковых центробежных насосов

Параметры каждого пасса Q'₁, Q'₂и Н₁ Н'₂ при их раздельной работе, т.е. когда один из них выключен, а второй работает, определяются по точке А'_1,2. Мощность, КПД и допустимая высота всасывания каждого из раздельно работающих насосов определяются соответственно точками 1', 2', 3'.

Параллельная работа насосов с различными характеристиками возможна только для таких насосов, у которых развиваемые напоры отличаются друг от друга незначительно (подача значения не имеет).

Центробежные насосы включают в одну систему последовательно, т.е. напорный патрубок одного насоса подключают к всасывающему патрубку второго, в тех случаях, когда напор, развиваемый одним насосом, недостаточен для подачи жидкости на заданную высоту. При этом очевидно, расход остается неизменным, а высота подъема увеличивается.

На рисунке 21представлена схема последовательного соединения двух одинаковых центробежных насосов и их характеристики.

Для определения рабочих параметров последовательно соединенных насосов необходимо, как и при параллельной работе насосов, на одном графике совместить суммарную характеристику насосов УQ- Н₁₊₂ и характеристику системы трубопроводов Q- Н_тр. Построение суммарной характеристики последовательной работы нескольких насосов осуществляют сложением ординат (напоров) Н при одинаковых расходах Q, так как напор, развиваемый последовательно работающими насосами, равен сумме напоров, развиваемых каждым из этих насосов.

Рис. 21. Характеристика последовательной работы двух одинаковых центробежных насосов.

В случае последовательной работы двух насосов с одинаковыми характеристиками ординаты (при данном расходе) удваиваются.

Точка работы насосов (точка А является точкой пересечения суммарной характеристики насосов УQ- Н₁₊₂ с характеристикой системы трубопроводов Q- Н_тр. По точке А определяются суммарные фактические подачи двух насосов Q_l+2и напор Н₁₊₂. Для определения напора, КПД и мощности каждого насоса при их совместной последовательной работе необходимо из точки А опустить перпендикуляр до пересечения с кривыми Q - Н_1,2, Q - з_1,2, Q - N_1,2 насосов. Ордината точки А_1,2определяет напоры каждого насоса, а подачи у них равны,Q₁ = Q₂= Q_l+2. КПД и мощность каждого из совместно работающих насосов определяются соответственно точками 1 и 2.

Последовательная работа насосов с разными характеристиками возможна только для таких насосов, у которых подача отличается друг от друга незначительно (напор значения не имеет).

12. Повышение качества воды

Физические и химические показатели качества воды. При выборе источника водоснабжения учитываются такие физические свойства воды как температура, запах, вкус, мутность и цветность. Причем эти показатели определяются по всем характерным периодам года (весна, лето, осень, зима).

Температура природных вод зависит от их происхождения. В подземных водоисточниках вода имеет постоянную температуру независимо от периода года. Наоборот, температура воды поверхностных водоисточников изменяется по периодам года в достаточно широком диапазоне (от 0,1 °С зимой до 24-26°С летом).

Мутность природных вод зависит, прежде всего, от их происхождения, а также от географических и климатических условий, в которых находится водоисточник. Подземные воды имеют незначительную мутность, не превышающую 1,0-1,5 мг/л, зато воды поверхностных водоисточников почти всегда содержат взвешенные вещества в виде мельчайших частей глины, песка, водорослей, микроорганизмов и других веществ минерального и органического происхождения. Однако, как правило, вода поверхностных водоисточников северных регионов европейской части России, Сибири и частично Дальнего Востока относится к категории маломутных. Для водоисточников центральных и южных регионов страны, наоборот, характерна более высокая мутность воды. Независимо от географических, геологических и гидрологических условий расположения водоисточника мутность воды в реках всегда выше, чем в озерах и водохранилищах. Наибольшая мутность воды в водоисточниках наблюдается во время весенних паводков, в периоды затяжных дождей, а наименьшая - в зимнее время, когда водоисточники покрыты льдом. Измеряется мутность воды в мг/дм³.

Цветность воды природных водоисточников обусловлена наличием в ней коллоидных и растворенных органических веществ гумусового происхождения, придающих воде желтый или бурый оттенок. Густота оттенка зависит от концентрации этих веществ в воде.

Гумусовые вещества образуются в результате разложения органических веществ (почвенный, растительный гумус) до более простых химических соединений. В природных водах гумусовые вещества представлены, в основном, органическими гуминовыми и фульво-кислотами, а так же их солями.

Цветность характерна для вод поверхностных водоисточников и практически отсутствует в подземных водах. Однако иногда подземные воды, чаще всего в болотисто-низинных местах с надежными водоупорными горизонтами, обогащаются болотистыми цветными водами и приобретают желтоватую окраску.

Цветность природных вод измеряется в градусах. По уровню цветности воды поверхностные водоисточники могут быть малоцветные (до 30-35°), средней цветности (до 80°) и высокоцветные (свыше 80°). В практике водоснабжения иногда используются водоисточники, цветность воды которых составляет 150-200°.

Большинство рек Северо-запада и Севера России относятся к категории высокоцветных маломутных. Средняя часть страны характеризуется водоисточниками средней цветности и мутности. Вода рек южных регионов России, наоборот, имеет повышенную мутность и сравнительно небольшую цветность. Цветность воды в водоисточнике и количественно и качественно изменяется по периодам года. Во время повышенного стока с прилегающих к водоисточнику территорий (таяние снега, дожди), цветность воды, как правило, повышается, изменяется и соотношение компонентов цветности.

Природным водам свойственны такие качественные показатели, как привкус и запах. Чаше всего природные воды могут обладать горьким и соленым вкусом и практически никогда кислым или сладким. Избыток магниевых солей придает воде горьковатый вкус, а натриевых (поваренная соль) - солоноватый. Соли других металлов, например железа и марганца, придают воде железистый привкус.

Запахи воды могут быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи вызываются живущими и отмершими в воде организмами, растительными остатками. Основными запахами природных вод являются болотный, землянистый, древесный, травянистый, рыбный, сероводородный и др. Наиболее интенсивные запахи присущи воде водохранилищ и озер. Запахи искусственного происхождения возникают вследствие выпускав водоисточники недостаточно очищенных сточных вод.

К запахам искусственного происхождения можно отнести нефтяной, фенольный, хлорфенольный и др. Интенсивность привкусов и запахов оценивается в баллах.

Химический анализ качества природной воды имеет первостепенное значение при выборе метода очистки ее. К химическим показателям воды относятся: активная реакция (водородный показатель), окисляемость, щелочность, жесткость, концентрация хлоридов, сульфатов, фосфатов, нитратов, нитритов, железа, марганца и др. элементов. Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Она выражает степень кислотности или щелочности воды. Обычно активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, который представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов: - рН = - lg [H+]. Для дистиллированной воды рН = 7 (нейтральная среда). Для слабокислой среды рН < 7, а для слабощелочной рН > 7. Обычно для природных вод (поверхностных и подземных) значение рН находится в пределах от 6 до 8,5. Наименьшие значения водородного показателя имеют высокоцветные мягкие воды, а наибольшие - подземные, особенно жесткие.

Окисляемость природных вод вызвана присутствием в них органических веществ, на окисление которых расходуется кислород. Поэтому величина окисляемости численно равна количеству кислорода, пошедшего на окисление находящихся в воде загрязняющих веществ, и выражается в мг/л. Наименьшей величиной окисляемости (~1.5-2мг/л, О₂) характеризуются артезианские воды. Вода чистых озер имеет окисляемость 6-10 мг/л, О₂, в речной воде окисляемость колеблется в широких пределах и может достичь 50 мг/л и даже более. Повышенной окисляемостью характеризуются высокоцветные воды; в болотистых водах окисляемость может достичь 200 мг/л О₂ и более.

Щелочность воды определяется присутствием в ней гидроксидов (ОН') и анионов угольной кислоты (НСО^-_з, СО₃²,).

Хлориды и сульфаты содержатся практически во всех природных водах. В подземных водах концентрации этих соединений могут быть весьма значительны, до 1000 мг/л и более. В поверхностных водоисточниках содержание хлоридов и сульфатов обычно колеблется в пределах 50-100 мг/л. Сульфаты и хлориды при определенных концентрациях (300 мг/л и более) являются причиной коррозионной активности воды и разрушающе действуют на бетонные конструкции.

Жесткость природных вод обусловлена присутствием в них солей кальция и магния. Хотя указанные соли и не являются особо вредными для человеческого организма, наличие их в значительном количестве нежелательно, т.к. вода становится малопригодной для хозяйственных нужд и для промышленного водоснабжения. Жесткая вода не пригодна для питания паровых котлов, ее нельзя использовать во многих технологических производственных процессах.

Железо в природных водах находится в виде двухвалентных ионов, органоминеральных коллоидных комплексов и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа, а также в виде сульфида железа. Марганец, как правило, находится в воде в виде ионов двухвалентного марганца, способного окисляться в присутствии кислорода, хлора или озона, до четырехвалентного, с образованием гидроксида марганца.

Наличие в воде железа и марганца может приводить к развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых могут накапливаться в больших количествах и существенно уменьшать сечение водопроводных труб.

Из растворенных в воде газов наиболее важными с точки зрения качества воды являются свободная углекислота, кислород и сероводород. Содержание углекислоты в природных водах колеблется от нескольких единиц до нескольких сотен миллиграммов в 1 л. В зависимости от величины рН воды углекислота встречается в ней в виде углекислого газа либо в виде карбонатов и бикарбонатов. Избыточная углекислота весьма агрессивна по отношению к металлу и бетону:

Концентрация растворенного в воде кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и зависит от ряда причин (температура воды, парциальное давление, степень загрязненности воды органическими веществами). Кислород интенсифицирует процессы коррозии металлов. Это надо особенно учитывать в теплоэнергетических системах.

Сероводород, как правило, попадает в воду в результате контакта ее с гниющими органическими остатками либо с некоторыми минералами (гипсом, серным колчеданом). Присутствие сероводорода в воде крайне нежелательно как для хозяйственно-питьевого, так и для промышленного водоснабжения.

Ядовитые вещества, в частности тяжелые металлы, попадают в водоисточники в основном с промышленными сточными водами. Когда имеется вероятность их попадания в водоисточник, определение концентрации ядовитых веществ в воде обязательно.

Требования к качеству воды различного назначения. Основные требования, предъявляемые к питьевой воде, предполагают безвредность воды для организма человека, приятный вкус и внешний вид, а также пригодность для хозяйственно-бытовых нужд.

Показатели качества, которым должна удовлетворять питьевая вода, нормируются «Санитарными правилами и нормами (СанПиН) 2. 1.4.559-96. Питьевая вода.»

Вода для охлаждения агрегатов многих производственных процессов не должна давать отложений в трубах и камерах, по которым она проходит, так как отложения затрудняют теплопередачу и уменьшают сечение труб, снижая интенсивность охлаждения.

В воде не должно быть крупной взвеси (песка). В воде не должно быть органических веществ, так как она интенсифицирует процесс биообрастания стенок.

Вода для паросилового хозяйства не должна содержать примесей, которые могут вызвать отложения накипи. По причине образования накипи снижается теплопроводность, ухудшается теплопередача, возможен перегрев стенок паровых котлов.

Из солей, образующих накипь, наиболее вредны и опасны CaSO₄, СаСО₃, CaSiO₃, MgSiO₃. Эти соли отлагаются на стенках паровых котлов, образуя котельный камень.

Для предотвращения коррозии стенок паровых котлов вода должна обладать достаточным щелочным резервом. Ее концентрация в котловой воде должна составлять не менее 30-50 мг/л.

Особенно нежелательно присутствие в питательной воде котлов высокого давления кремниевой кислоты SiO₂, которая может образовывать плотную накипь с очень низкой теплопроводностью.

Основные технологические схемы и сооружения для улучшения качества воды.

Природные воды отличаются большим разнообразием загрязнений и их сочетанием. Поэтому для решения проблемы эффективной очистки воды требуются различные технологические схемы и процессы, различные наборы сооружений для реализации этих процессов.

Используемые в практике водоочистки технологические схемы обычно классифицируются на реагентные и безреагентные; предочистки и глубокой очистки; на одноступенные и многоступенные; на напорные и безнапорные.

Реагентная схема очистки природных вод более сложна, нежели безреагентная, зато она обеспечивает более глубокую очистку. Безреагентная схема, как правило, применяется для предочистки природных вод. Чаще всего ее используют при очистке воды для технических целей.

Как реагентная, так и безреагентная технологическая схема очистки могут быть одноступенными и многоступенными, с сооружениями безнапорного и напорного типа.

Основные, чаще всего используемые в практике водоочистки технологические схемы и типы сооружений представлены на рисунке 22.

Отстойники используются в основном как сооружения для предварительной очистки воды от взвешенных частиц минерального и органического происхождения. По типу конструкции и характеру движения воды в сооружении отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В последние десятилетия в практике очистки природных вод стали использоваться специальные полочные отстойники с осаждением взвеси в тонком слое.



Рис. 22. Основные технологические схемы водоочистки:

а) двухступенчатая с горизонтальным отстойником и фильтром: 1 - насосная станция I подъема; 2 - микросетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - смеситель; 5 - камера хлопьеобразования; б - горизонтальный отстойник; 7 - фильтр; 8 - хлораторная; 9 - резервуар чистой воды; 10 - насосы;

б) двухступенчатая с осветлителем и фильтром: 1 - насосная станция I подъема; 2 - микросетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - смеситель; 5 - осветлитель со взвешенным осадком; б - фильтр; 7 - хлораторная; 8 - резервуар чистой воды; 9 - насосы II подъема;

в) одноступенчатая с контактными осветлителями: 1 - насосная станция I подъема; 2 - барабанные сетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - сужающее устройство (смеситель); 5 - контактный осветлитель КО-1; 6 - хлораторная; 7 - резервуар чистой воды; 8 - насосы II подъема



Фильтры, входящие в состав общей технологической схемы водоочистки, выполняют роль сооружений для глубокой доочистки воды от взвешенных веществ, не осевших в отстойниках части коллоидных и растворенных веществ (за счет сил адсорбции и молекулярного взаимодействия).



13. Литература

1. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение: Проектирование систем и сооружений: Учеб. -М.: АСВ, 2009.

2. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учеб. - М: АСВ, 2006.

3. Водоснабжение и канализация на железнодорожном транспорте/ Под ред. B.C. Дикаревского. - М.: Транспорт, 1980.

4. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. - М.: Стройиздат, 1971.

5. Яковлев СВ. и др. Канализация. - М.: Стройиздат, 1975.

Размещено на Allbest.ru