Пташкина-Гирина О.С.; Щирый В.Д. Гидравлика. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

181

1 – источник водоснабжения (скважина, или группа скважин); 2 -

водоподъемник; 3 – сборный резервуар; 4 – насосная станция

второго подъема; 5 - установка для обеззараживания воды; 6 –

водовод; 7 – водонапорная башня; 8 – распределительная сеть

Рис.17.1

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не

полностью и имеют свободную поверхность. Примером безна-

порных вод может служить вода в водоносном горизонте, вскры-

том колодцем 1 (рис.17.2).

Рис.17.2

Вода устанавливается в этом колодце устанавливается на

уровне, совпадающем с уровнем подземных вод. Безнапорные

подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта

182

(слой, вскрытый колодцем 1) называют грунтовыми. Эти воды

характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при ис-

пользовании для целей водоснабжения их в большинстве случаев

подвергают очистке.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные гори-

зонты полностью. Примером напорных вод может служить вода в

водоносном горизонте, вскрытом колодцем 2. Артезианские во-

ды, как правило, характеризуются высоким качеством и в боль-

шинстве случаев могут использоваться для хозяйственных целей

без очистки.

В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт,

вода поднимается до пьезометрической линии.

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутст-

вии водозабора, называется статическим. Статический уровень

безнапорных вод совпадает с уровнем подземных вод (рис.17.3),

уровень напорных вод совпадает с пьезометрической линией А-А

(рис.17.4).

Рис.17.3

При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем

тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называют

динамическим (линия ББ).

Уровни воды и пьезометрические линии, устанавливающие-

ся вокруг колодцев при откачке из них воды (в поперечном раз-

резе они имеют выпуклую кверху форму), называют кривыми де-

183

прессии. Область, ограниченную кривыми депрессии, называют

депрессионной воронкой.

Рис.17.4

При использовании подземных вод первый пояс санитарной

охраны составляет участок вокруг колодцев, скважин и других

сооружений радиусом 30…50 м. Границы второго пояса зоны ох-

раны подземного источника устанавливают с учетом расположе-

ния областей питания подземных вод и ограничения вводят в за-

висимости от гидрогеологических условий их залегания.

Для централизованного водоснабжения наиболее целесооб-

разно использовать межпластовые напорные водоносные гори-

зонты.

Водозаборные скважины (рис.17.5) сооружают в основном

ударно-канатным (а) или роторным способом (б). Скважина име-

ет следующие основные части: ствол, закрепленный колонной

труб 3, устье 1, водоприемную часть, оборудованную в рыхлых

породах фильтром 6. Нижняя часть скважины представляет собой

отстойник 7 в виде участка трубы длиной 2…10 м.

Конструкция скважины определяется ее глубиной, геологи-

ческим строением пород и способом бурения. Устье скважины

закрепляют направляющей трубой, которая при бурении придает

стволу вертикальное положение. В верхней части ствола распола-

гают первую колону обсадных труб – кондуктор 2, который пре-

пятствует попаданию в скважину загрязненных поверхностных

184

вод. Его доводят до первого водоупорного слоя глин и заводят в

этот слой на 3…5 м.

Рис.17.5

Ствол скважины от кондуктора до водоносного пласта в за-

висимости от способа бурения крепится одной или несколькими

колоннами обсадных труб 4. В водоносном пласте, сложенном

песчаными, гравелистыми и другими рыхлыми породами, уста-

навливают в большинстве случаев щелевидный, сетчатый, блоч-

ный или гравийный фильтр. Кольцевой зазор между фильтровой

и обсадной колоннами уплотняется сальником 5.

Скважины сельскохозяйственного назначения имеют диа-

метр 150…400 мм и глубину до 500 м.

В зависимости от дебита скважин и потребного расхода во-

ды устраивают несколько скважин, работающих на общий сбор-

ный резервуар.

18. ВОДОНАПОРНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Эти элементы являются общими для обеих схем сельскохо-

зяйственного водоснабжения (из поверхностных и подземных ис-

точников).

Водонапорные башни. Полного соответствия водопотреб-

ления и подачи воды насосной станцией второго подъема добить-

185

ся невозможно. Для регулирования подачи и потребления служат

водонапорные башни.

В часы, когда подача насосной стации превышает расход во-

допотребления, излишняя вода насосной станции подается в во-

донапорную башню и наоборот.

Водопровод мог бы работать и без водонапорной башни, но

тогда насосную станцию пришлось бы проектировать большей

мощности, на наибольший расход водопотребления, с круглосу-

точной работой, что резко увеличило бы как капитальные, так и

эксплуатационные расходы.

Регулирующую емкость бака водонапорной башни можно

определять по совмещенным ступенчатым или интегральным

графикам подачи и потребления воды. В первом случае она равна

площади фигур, заключенных между линиями подачи воды 2 и

водопотребления 1, например, на графике (рис.18.1) заштрихо-

ванных фигур. Во втором случае регулирующая емкость бака

равна сумме абсолютных величин максимальной положительной

и максимальной отрицательной разностей ординат кривых круг-

лосуточной подачи и потребления воды. На интегральном графи-

ке (рис.18.2) регулирующая емкость бака при круглосуточной ра-

боте насосной станции

max

Из интегральной кривой потребления (рис.18.2) видно, что

регулирующую емкость бака можно уменьшить, сократив работу

насосной станции (включить в 4 часа и выключить в 20), т.е. ис-

ключить работу насосной станции в часы минимального водопо-

требления. Тогда

′

Более того, можно «вписать» работу насосной станции в ин-

тегральную кривую водопотребления, используя датчики мини-

мального и максимального уровней. При этом регулирующая ем-

кость может оказаться еще меньше.

В баке водонапорной башни должен храниться, кроме регу-

лирующего объема, запас воды для тушения пожара в первые

минуты его возникновения.

186

Рис.18.1

Рис.18.2

Таким образом, объем бака водонапорной башни должен

равняться:

где W

- регулирующая емкость бака; W

- запас воды для туше-

ния одного внутреннего и одного наружного пожара в течение 10

минут.

187

Пневматические установки. Роль водонапорных башен

могут выполнять пневматические водонапорно–регулирующие

установки. Однако из-за больших эксплуатационных затрат их

применяют редко.

При пневматическом водоснабжении напор в водопроводной

сети создается сжатым воздухом, подаваемым в герметически за-

крытый резервуар. Этот резервуар выполняет функции бака во-

донапорной башни.

Существуют пневматические установки двух типов: пере-

менного давления и постоянного давления.

Резервуары чистой воды. Резервуары служат для хранения

запасов воды и в зависимости от назначения могут быть распо-

ложены в различных местах системы водоснабжения.

Основное назначение резервуаров:

- прием и хранение воды, поступающей от насосных станций

первого подъема или станций очистки и подаваемой далее насос-

ными станциями второго (или последующего) подъема;

- прием свежей воды, питающей системы оборотного водо-

снабжения;

- хранение регулирующего объема воды и поддержание на-

пора в сети;

- хранение противопожарных и аварийных запасов воды.

Емкость резервуаров чистой воды при станциях очистки оп-

ределяется регулирующим объемом

, необходимым для воз-

мещения разницы между равномерной подачей воды станцией

очистки и откачкой ее насосами станции второго подъема. Этот

объем определяется по аналогии с водонапорной башней.

В резервуарах чистой воды обычно хранятся также запас во-

ды

для технологических целей станции очистки (промывка

фильтров и др.) и запас воды

W для целей пожаротушения. Та-

ким образом, общий объем резервуара

пфp

WWWW

Продолжительность пожара по нормам составляет три часа.

В течение этого времени из резервуара будет откачиваться расход

на противопожарные цели и максимальный расход на хозяй-

188

ственно–питьевые цели (предполагается, что в момент пожара в

резервуаре может не быть регулирующего объема воды), а посту-

пать в резервуар будет при условии бесперебойной работы на-

сосной станции первого подъема

Следовательно:

Q3QQ3W

−

где

- расход воды на хозяйственно–питьевые цели наиболь-

шего водопотребления (по графику).

19. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ

ХОЗЯЙСТВЕННО–ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ. МЕТОДЫ

УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Эти требования определяются ГОСТ 2874-82 «Вода питье-

вая. Гигиенические требования и контроль за качеством» и Сан-

ПиН 2.1.4599-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к

качеству централизованных систем питьевого водоснабжения,

контроль качества воды» на основании физического, химическо-

го и бактериологического анализов.

Физический анализ позволяет определить температуру,

мутность (прозрачность), цветность, вкус и запах.

1. Желаемая температура 7…12

С. При температуре выше

С вода становится менее приятной на вкус и хуже утоляет жа-

жду, а при пониженной может вызвать простудные заболевания.

2. Мутность характеризуется содержанием в воде взвешен-

ных частиц. Допускается не более 2 мг/л.

3. Прозрачность также характеризует содержание в воде

взвешенных частиц. Определяют ее при помощи градуированно-

го стеклянного цилиндра. На дно опускают белый фарфоровый

диск с нанесенным на нем черными линиями толщиной 1 мм кре-

стом. Затем в цилиндр наливают исследуемую воду таким слоем,

при котором крест становится невидимым. Допустимая прозрач-

ность – не менее 30 см.

4. Цветность определяют сравнением на фотоколориметре

испытуемой воды с эталоном искусственно подкрашенной воды

189

(солями кобальта и платины). Допустимая цветность – 20

плати-

но-кобальтовой шкалы.

5. Запах и привкус воды. Запах определяют, нагревая воду

до 50

С в закрытом сосуде. Для определения привкуса воды ее

нагревают до 25

С. Запах и привкус воды оцениваются по пяти-

балльной шкале. Питьевая вода должна иметь не более 2 баллов

по шкале запахов и привкусов при температуре 20

С.

На основании химического анализа определяются плотный

остаток, жесткость, окисляемость и активная реакция воды.

Плотный остаток характеризует общее содержание в воде

растворенных солей. Его определяют выпариванием профильтро-

ванной воды. Допустимое количество сухого остатка 500…1000

мг/л

Жесткость воды определяется содержанием в ней в раство-

ренном виде солей кальция и магния. Жесткость воды измеряется

в мг-экв/л; 1 мг-экв/л соответствует растворенным в 1 л воды

20,04 мг солей кальция и магния. Жесткость воды не должна пре-

вышать 14,3 мг-экв/л.

Окисляемость обуславливается содержанием в воде раство-

ренных органических веществ; она является показателем воз-

можной загрязненности воды источника сточными водами.

Активная реакция вызывается содержанием в воде водород-

ных ионов. Обычно она выражается через рН. Если

- среда

кислая;

- среда нейтральная;

- щелочная. Питьевая

вода должна иметь рН от 6,5 до 9,5.

На основании бактериологического анализа устанавлива-

ется общее количество бактерий, в частности, кишечных палочек.

Показателем бактериального загрязнения воды служит так назы-

ваемый коли-титр или коли-индекс.

Коли-титр - это количество воды в см

, в котором обнаруже-

на одна кишечная палочка. Допускается – более 300.

Коли-индекс – это число кишечных палочек в одном литре

воды; допускается – не более 3.

Улучшение качества природной воды предусматривается в

тех случаях, когда концентрация различных примесей в ней пре-

вышает предельно допустимые нормы, установленные ГОСТ на

190

питьевую воду или когда она не соответствует дополнительным

требованиям органов санитарного надзора.

В зависимости от качества воды в источнике и требований,

предъявляемых к степени ее очистки, определют необходимый

состав очистных сооружений.

Основные способы очистки природных вод – это осветление

и обеззараживание. Осветление в основном применяется при ис-

пользовании поверхностных, обеззараживание – при использова-

нии всех источников, но чаще всего поверхностных и грунтовых

вод, залегающих на небольшой глубине от поверхности земли.

При наличии в воде солей жесткости, металлов, растворен-

ных газов и других элементов могут применяться и другие спосо-

бы обработки воды. Например, при повышенном содержании в

воде железа предусматриваются установки по обезжелезиванию

воды. Слишком жесткая вода умягчается на катионитовых

фильтрах, растворенные газы удаляются из воды путем ее дегаза-

ции. Иногда воду обесфторивают или, наоборот, фторируют. Мо-

гут применяться и другие способы обработки воды, описания ко-

торых дается в специальной литературе.

Осветление воды можно проводить с применением коагу-

лянта или без него. Коагулянт применяют обычно при содержа-

нии в исходной воде более 50 мг/л взвешенных веществ.

Коагулированные воды применяют для ускорения осажде-

ния из воды взвешенных частиц и коллоидов, которые в исход-

ной воде имеют одноименные электрические заряды. При введе-

нии в воду коагулянта (сернокислый глинозем Al

(SO

)

·18H

железный купорос FeSO

·7H

O, хлорное железо FeCl

и др.) с за-

рядом, противоположным зарядам коллоидов, последние нейтра-

лизуются, в результате чего происходит укрупнение взвешенных

частиц с образованием хлопьев. Осаждаясь на дно, хлопья захва-

тывают более мелкие частицы взвеси, в том числе и бактерии

(95%), находящиеся в воде отстойника.

Для коагуляции взвесей и коллоидов необходимо, чтобы об-

рабатываемая вода имела достаточную щелочность. При недос-

татке в воде естественной щелочности воду подщелачивают, до-