Цель этого расчета - определение экономически наивыгоднейших диаметров труб и потерь напора в трубопроводе. Экономически выгодным является такой диаметр труб, при котором приведенные затраты на строительство и эксплуатацию трубопровода будут минимальными. Минимальный диаметр трубопровода, объединенного с противопожарным, должен быть не менее 100 мм.

Сеть делим на расчетные участки длиной не более 800м. Участки разграничиваем узлами. Узлы назначаем во всех точках сети, где имеются сосредоточенные расходы воды, а также во всех точках пересечений линий и изменения диаметра труб и номеруем, назначаем участки и определяем удельный, путевой, узловой расчетные расходы.

3.2.1 Гидравлический расчет тупиковой сети

Удельный отбор воды, то есть отбор воды на 1 метр длины трубы, равен

(10)

где - расход воды, равномерно распределенной по длине сети, равен разности общего расхода и сосредоточенного;

- длина всей магистральной сети, м, =355 м.

,

Путевой расход рассчитываем по формуле:

(11)

где - длина участка, м.

Путевые расходы воды участков приводятся к узловым. Узловой расход равен:

(12)

Расчет путевых и узловых расходов воды сводим в таблицу 11.

Таблица 11 - Расчет путевых и узловых расходов воды

3.3 Полная подача водоочистного комплекса

Полная подача водоочистного комплекса хозяйственно-питьевого водоснабжения , м3/сут складывается из расчетного расхода воды для суток максимального водопотребления - расхода воды на собственные нужды комплекса (промывка скорых фильтров, резервуаров чистой воды и др.) и дополнительного расхода воды на восполнение противопожарного запаса - . В общем виде полный расход воды, поступающей на водоочистной комплекс, определяется по формуле :

(13)

где - коэффициент, с помощью которого определяется расход воды на собственные нужды; с п роизводительностью более 50000 м3/сут =1,05 и с менее 50000 м3 /сут - 1,1. Дополнительный расход воды на восполнение противопожарного запаса - , определяется по формуле:

(14)

где - число одновременных пожаров; принимаем равным 1;

- норма расхода воды при пожаре определяется по БНБ

2.04.02-84, л/с; в нашем случае составляет 10 л/сек;

- расчетная продолжительность пожара, = 3 ч.

В данном случае дополнительный расход воды на восполнение противопожарного запаса - , м3, и полная подача водоочистного комплекса хозяйственно-питьевого водоснабжения - , м3/сут, составят

м3/сут.

4. Ориентация на метод обезжелезивания воды

Для очистки железосодержащих вод применяются различные методы обезжелезивания в зависимости от форм соединений и количества двухвалентного железа в обрабатываемой воде , а также производительности водозабора и требований , предъявляемых потребителями к качеству очищенной воды .

При проведении по выбору рациональных методов обезжелезивания воды на объектах , основная ориентация направлена на методы , имеющие типовые разработки с учетом минимально возможных капитальных и эксплуатационных затрат .

В зависимости от качества исходной воды , можно сделать направление на один - два метода .

Обезжелезивания подземных вод в основном производят аэрационными способами .

Железо в природной воде мажет содержатся в ионной форме , или в форме комплекстных соединений двух и трёх валентного железа , преимущественно , находиться в виде ионов растворенного двухвалентного железа .

Окисление и гидролиз растворенного железа являются важнейшей частью процесса обезжелезивания .

4.1 Выбор схемы обезжелезивания воды

По показателям качества воды при рН < 7,5 и окислительном потенциале близким к нулю двухвалентное железо в воде находится в растворенном состоянии и не выпадает в осадок. Оно может быть удалено из

воды катионированием, однако, этот процесс неэкономичен и сложен. При контакте с воздухом вода обогащается кислородом, и окислительный потенциал системы повышается.

Для снижения содержания железа в воде в дипломном проекте предложено устройство станции обезжелезивания водозабора .

Обезжелезивание воды производится на закрытых скорых фильтрах с предварительной аэрацией. Для получения воды высокого качества по железу, которое в воде находится в железоорганических (гуматных) комплексах и трудно поддается окислению и устойчивому режиму обезжелезивания, использована двухступенчатая схема очистки воды.

В качестве фильтрующей загрузки на фильтре первой ступени применен щебень фракции 5 - 10 мм, в фильтре второй ступени использован керамзитовый песок фракции 2 - 5 мм. Высота загрузки в фильтрах первой и второй ступени не превышает 1,0 - 1,1 м. Скорость фильтрации при рабочем режиме составляет не более 7,0 м/ч, а при форсированном режиме не более 8,5 м/ч. Промывка фильтров первой ступени водовоздушная. Первые пять минут фильтр промывается водой. Интенсивность промывки 5 - 8 дм3/с·м2. Затем воздух отключается и в течение пяти минут производится промывка водой с интенсивностью 16 дм3/с·м2.

Фильтры второй ступени промываются водой с интенсивностью 16 дм3/с·м2 в течение 8 - 10 минут. Длительность фильтроцикла 24 - 36 ч. Для ритмичной работы установки в помещении станции устанавливаются две линии производительностью по 400 м3/сут. В каждой линии уставливаются две ступени очистки по 400 м3/сут.

Поддерживающий слой фильтра составляет гранитный щебень фракций 20 - 40 мм, располагаемых на 100 мм выше отверстий дренажной системы. Затем засыпан слой фракцией 15 - 25 мм высотой 100 мм, а далее - основной слой загрузки фракцией 5 - 10 мм.

На рисунке 6.1 приведена принципиальная схема технологической очистки.

1-эжектор; 2-фильтр первой ступени; 3-фильтр второй ступени; 4 подача воды от скважины; 5-сжатый воздух от ресивера; 6-поток воды на параллельные фильтры; 7-очищенная вода; 8-подача воды на промывку фильтра; 9-отвод промывных вод; 10-воздух; 11-воздушная трубка; 12-резервуар промывной воды; 13-установка УФ-обеззараживания; 14-водонапорная башня

Рисунок 1 - Принципиальная схема технологической очистки воды

4.2 Определения площади фильтра

4.5.1 Сооружения по обороту промывной воды

В целях экономии питьевой воды на собственные нужды станции обезжелезивания и предотвращения возможного загрязнения водоемов стоками, содержащими большое количество соединений железа Fe(OH)3, и в соответствии с требованиями органов санитарии и гигиены проектом принята схема оборота промывной воды фильтров.

Схема включает следующие процессы:

- подача промывных вод от фильтров в бункерные отстойники;

- осветление воды в отстойниках;

- перекачка осветленной воды в голову сооружений;

- уплотнение осадка в отстойниках;

- перекачка осадка на шламовые площадки.

Время отстаивания составляет 4 часа, время уплотнения осадка - 8 часов. Уплотнение осадка в отстойниках производится в течение суток, после чего он насосами ПР 12,5/12,5 (один рабочий, один резервный) перекачивается на шламовые площадки.

Отвод осветленной воды из отстойников осуществляется по перфорированным трубам, прокладываемым на границе зоны осветления и защитной зоны. Откачка отстоенной воды осуществляется насосами К 65 - 50 - 125 (один рабочий, один резервный).

Определение количества осадка ведется из условия полной производительности станции и содержания железа в исходной воде 1,8 мг/дм3.

Количество железа, выпавшего в осадок, условно по сухому веществу за сутки определяется по формуле:

(33)

где - полная производительность станции, м3/сут;

- содержание железа в воде, мг/дм3.

Для определения зоны накопления осадка в отстойниках его влажность принимается согласно [2] и составляет 96,5 %. При этом объем его в пересчете на Fe(OH)3 составит:

(34)

где - атомная масса Fe(OH)3;

- атомная масса Fe;

100, 1000 - переводные коэффициенты.

Объем каждой секции отстойника слагается из зон: осветления, защитной, уплотнения осадка. Объем зоны осветления принимается не менее расчетного объема воды от одной промывки и составляет 32 м3. Вода от промывки фильтров поступает в два отделения. Для двух промывок объем зоны осветления составляет 62 м3. Высота защитной зоны принимается 0,4 м. Объем защитной зоны в двух отстойниках составляет 8 м3.

Общий полезный объем сооружения по обороту промывной воды составит:

62 + 8 + 32 = 102 м3.

Количество используемой оборотной воды определяется по формуле

(35)

где - количество воды, соответственно используемой в обороте, забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения.

Рациональность использования воды, забираемой из источника

(36)

4.5.2 Шламовые площадки

Годовое количество осадка по Fe(OH)3 составит:

(37)

Годовая нагрузка на площадку для подсушивания осадка принимается 2,0 м3 на 1 м2 площадки.

(38)

Площадь намораживания осадка принимается 80 % площади площадок.

(39)

Общая площадь шламовых площадок составляет:

(40)

К строительству принимаем две площадки площадью 27 м2, размером 4 ? 7 м. Глубина площадки - 1,5 м. Конструкция стен и днища шламовых площадок исключает проникновение соединений железа Fe(OH)3 в естественный

трубопровод фильтр подземный водоисточник

5. Проектирование водонапорной башни

5.1 Общие сведения о емкостях систем водоснабжения

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 се подачу насосами.

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

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.

К регулирующим и запасным емкостям в системах водоснабжения откосят водонапорные башни, колонны, резервуары и гидропневматические установки.

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.

5.2 Определения объема и геометрических размеров бака водонапорной башни.

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

Водонапорная башня (рисунок 2) состоит из бака, поддерживающий конструкции, фундамента и системы трубопроводов. При наличии опасности замерзания воды в баке вокруг него устраивают шатер.

Баки водонапорных башен бывают железобетонными и стальными, в большинстве случаев имеют цилиндрическую форму, плоское, полусферическое или радиально-коническое днище. Сверху бак башни перекрывается, чтобы обеспечить его жесткость и защиту от температурных колебаний и загрязнений.

Поддерживающие конструкции водонапорных башен могут быть железобетонными, кирпичными, металлическими и выполняться в виде сплошной стенки или колонны, имеющих различное архитектурное оформление. Водонапорные башни оборудуются арматурой и трубопроводами. Подводящие - отводящий трубопровод служит для подачи воды в бак и для разбора воды из него.

Диаметр этого трубопровода определяют по максимальному расходу и скорости движения воды не более 1 - 1,2 м/с. иногда предусматривают две трубы - отдельно подводящую и отдельно отводящую. Переливной трубопровод, снабженный воронкой, служит для сброса поступающей воды в бак при его переполнении.

На рисунке 2 представлена схема водонапорной башни.

1 -- фундамент и подвальное помещение; 2 -- подающее- отводящий трубопровод; 3 -- лестница; 4- сальниковые компенсаторы; 5 - труба для отбора волы на тушение пожара; 6 -- труба для отбора воды на хозяйствен-нопитьевые нужды; 7 -- бак; 8-- шатер; 9-- переливная труба; 10 - грязевая труба; 11 -- сбросная труба; 12-- ствол.

Рисунок 2 - Схема водонапорной башни

Объем Грязевая труба через задвижку присоединяется к переливному трубопроводу и служит для опорожнения бака в случае ремонта и осмотра, 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 сальниковые компенсаторы.

Баки водонапорных башен оборудуют датчиками, аппаратурой и приборами для автоматической передачи показаний уровня воды на насосную станцию или диспетчерский пункт.

В данном дипломном проекте также предусматривается устройство водонапорной башни бака водонапорной башни определяется по формуле

(42)

где Wрег - регулирующая вместимость бака, м3, в данном случае Wрег = 15%

Wб = 15*278/100=41,7 м3;

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

Неприкосновенный противопожарный запас воды для данного случая рассчитывается на десятиминутную продолжительность тушения одного наружного пожара при одновременном наибольшем расходовании воды на другие нужды по формуле

Wн.з. = (qнар + qmax с) 10*60/1000 (43)

где qнар - расчетный расход воды на тушение одного пожара, л/с, принимаемый согласно БНБ 2.04.02 - 84;

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

Wн.з. = (5+3,3) 10*60/1000 = 5 м3,

Подставив в формулу полученные значения, определяем полезный объем бака водонапорной башни:

Wб = 41,7 + 5 = 46,7 м3.

Необходимый напор в сети, согласно гидравлическому расчету, составит Н=14,6 м. По проектному предложению водонапорную башню следует располагать на возвышенности по отношению к потребителям, так как в таком случае уменьшается высота башни, а также затраты на ее строительство. Данную водонапорную башню рекомендуется располагать на холме, в начале водопроводной сети, с отметкой 150.00. В этом случае высота башни составит вместо 15м - 12м, при этом будет выполнятся потребный напор в сети.

Исходя из рассчитанного объема бака, равного 46,7м 3 и высоты ствола до дна бака равной 12, в данном дипломном проекте принимаем водонапорную кирпичную башню со стальным баком вместимостью 50 м3 и высотой ствола 12 м по типовому проекту 901-5-21/70 .

5.3 Определения объема и геометрических размеров резервуара чистой воды

В системах водоснабжения резервуары используют для аккумулирования и хранения запасов воды, а так же регулирования неравномерности работы насосных станций первого и второго подъемов. Резервуаров в одном узле, как правило, должно быть нем менее двух, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы водоснабжения при выключении отдельных резервуаров как при нормальной эксплуатации, так и в случае аварии.

Резервуары устраивают из сборного или монолитного железобетона. Внутренние поверхности резервуаров должны быть гладкими, чтобы их очистка и дезинфекция производилась быстро и надежно. Дну резервуара следует придавать небольшой (0,005-0,01) уклон к приямку для удаления осадков. Для утепления резервуаров их засыпают грунтом слоем толщиной один метр.

При работе резервуаров уровень воды в них постоянно изменяется. Чтобы исключить образование в резервуарах сильного разряжения или избыточного давления воздуха, их оборудуют вентиляционными трубами с задвижками, снабженными специальными фильтрами.

В данном дипломном проекте предусматриваем устройство двух прямоугольных резервуаров марки РЕ-100М-0,5 по типовому проекту 901-4-5757,83. Каждый резервуар вместимостью 50м 3 , с габаритными размерами : ширина 6м, длина 3м, высота 3,6м.

6. Характеристика зоны санитарной охраны

6.1 Санитарная защита устройств пополнения подземных вод

Поскольку устройства пополнения проектируют в комплексе с подземными водозаборами (новыми или существующими), зоны санитарной охраны предназначены для обеспечения защиты, стабилизации или даже увеличения водообильности водоносного горизонта, повышение уровня зеркала грунтовых вод. В отдельных случаях, когда вода подземного водоисточника пониженного качества, может встать вопрос о постепенном улучшении качественных показателей воды в водоносе в процессе многолетнего осуществления мероприятий пополнения. Поэтому большую роль играют правильно запроектированные зоны санитарной охраны.

Зона санитарной охраны должна состоять для источника пополнения из 2-го пояса, а для источника водоснабжения - из 1-го и 2-го поясов. Зоны санитарной охраны для источника водоснабжения не отличаются от поясов для подземных водоисточников.

При проектировании 2-го пояса зоны санитарной охраны для источника пополнения необходимо обеспечить качество воды поверхностного стока, переводимого в подземный в соответствии с требованиями СанПиН 10124 РБ 99. Эти требования, касающиеся качества воды, должны выполняться на расстоянии от водозабора 1км вверх по течению для проточных водоисточников (река, канал) и 1км по радиусу для непроточных (озеро, водохранилище).

При этом имеется в виду, что на пути инфильтрации поверхностной воды в подземный горизонт, ее качество достигнет требований СанПиН10124 РБ99. Если водоохранные мероприятия 2-го пояса такого улучшения качества воды не обеспечивают, то применительно к источнику пополнения в месте водоприема в этом исключительном случае следует проектировать водоохранную зону 1-гопояса.

6.2 Зоны санитарной охраны

Для предотвращения загрязнения водозабора подземных вод , вокруг него создается зона санитарной охраны (ЗСО), состоящая из трех поясов, в которых осуществляются специальные мероприятия, исключающие возможность поступления загрязнения в водозабор и в водоносный пласт в районе водозабора. В дополнение к этому предусматривается, что водозаборы подземных вод не должны располагаться вблизи источников химических и бактериологических загрязнений.

В состав ЗСО входят три пояса: первый пояс - пояс строгого режима, второй и третий пояса - пояса ограничений. Первый пояс ЗСО включает территорию расположения водозаборов, площадок расположения всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала. Он устанавливается в целях устранения возможности случайного или умышленного загрязнения воды источника в месте расположения водозаборных и водопроводных сооружений.

Граница первого пояса ЗСО устанавливается на расстоянии не менее 30 м от водозабора - при использовании защищенных подземных вод, на расстоянии не менее 50 м - при использовании недостаточно защищенных подземных вод. При использовании группы подземных водозаборов граница первого пояса должна находиться на расстоянии не менее 30м и 50м соответственно от края скважин или шахтных колодцев.

В отдельных случаях для водозаборов, расположенных на территории объекта, исключающего возможность загрязнения почвы и подземных вод, а также для водозаборов, расположенных в благоприятных санитарно-технических и гидрогеологических условиях, границу первого пояса ЗСО допускается приблизить к водозабору по согласованию с местными органами санитарно-эпидемиологической службы на расстояние до 15 и 25 м соответственно.

При искусственном пополнении запасов подземных вод, граница первого пояса должна устанавливаться на расстояние не менее 50 м от водозабора, на расстояние не менее 100 м от инфильтрационных сооружений (бассейнов, каналов и др.).

Для береговых (инфильтрационных) водозаборов подземных вод в границы первого пояса необходимо включить территорию между водозабором и поверхностным водоемом, если расстояние между ними менее 150 м .

Для подрусловых водозаборов ЗСО следует предусматривать как для поверхностных источников водоснабжения.

Второй пояс ЗСО предназначен для защиты водоносного горизонта от микробных загрязнений, поскольку второй пояс расположен внутри третьего пояса, он предназначен также для защиты и от химического загрязнения.

Основным параметром, определяющим расстояние от границы второго пояса ЗСО до водозабора, является расчетное время Тм продвижения микробного загрязнения с потоком подземных вод к водозабору, которое должно быть достаточным для утраты жизнеспособности и вирулентности патогенных микро-организмов, т.е. для эффективного самоочищения.

Граница второго пояса ЗСО определяется гидродинамическими расчетами, исходя из условий, что если за ее пределами через зону или непосредственно в водоносный горизонт поступят микробные загрязнения, то они не достигнут водозабора.

Расчетное время Тм выбирается в соответствии с “Рекомендациями по гидрогеологическим расчетам для определения границ 2 и 3 поясов зон санитар-ной охраны подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения ”ВНИИ “ВОДГЕО” Госстроя СССР, Москва -- 1983 г.

Третий пояс ЗСО предназначен для защиты подземных вод от химического загрязнения. Расположение границы третьего пояса ЗСО также определяется гидродинамическими расчетами, исходя из условия, что если за ее пределами в водоносный пласт поступят химические загрязнения, они или достигнут водозабора, перемещаясь с подземными водами вне области питания, или достигнут водозабора, но не ранее расчетного времени Тх. Время продвижения загрязненной воды от границы третьего пояса ЗСО до водозабора должно быть больше проектного срока эксплуатации водозабора (20-50 лет). Если количество запасов подземных вод обеспечивает неограниченный срок эксплуатации водозабора, третий пояс должен обеспечить соответственно длительное сохранение качества подземных вод.