Русловий водозабір

Руслові водозабори проектують у випадку пологих берегів річки. Часто застосовують водозабори роздільного типу, оскільки їх можна проектувати при різноманітних топографічних умовах, слабких ґрунтах та будь-якій амплітуді коливань рівнів води в річці. Водозабір руслового типу складається з оголовка, самопливних ліній і берегового колодязя. Оголовок призначений для розміщення водоприймальних вікон і закріплення в руслі річки кінців самопливних трубопроводів. У береговому колодязі випадають з води крупні завислі речовини, а по рівню води в ньому легко контролювати роботу самопливних і всмоктувальних труб. Насосну станцію рекомендується розташовувати на відстані не більше 20 – 25 м від берегового колодязя.

В курсовому проекті для руслового водозабору приймаємо захищений бетонний оголовок з двома водоприймальними камерами.

Розрахункова витрата води кожної камери визначається за формулою (5.2).

Визначаємо площу однієї решітки за формулою (5.3), враховуючи, що середня швидкість течії води в прорізах решітки V = 0,1 - 0,3 м/с. Приймаємо розміри решітки за табл. 5.2. Втрати напору в решітці - 0,1 м.

Визначаємо площу сіток на отворах в усмоктувальне відділення за формулою (5.5). Підбираємо плоскі сітки відповідних розмірів Н_c і L_c, мм, за табл. 5.3. Втрати напору в сітці приймаємо 0,1 м.

Визначаємо діаметр самопливних трубопроводів. Головною умовою є забезпечення достатньої швидкості руху води в них, щоб не випадали наноси. Під час паводка при підвищеній каламутності воду пропускають з підвищеною швидкістю по одному самопливному водоводу діаметром:

,м (5.8)

де V – швидкість руху води в самопливних лініях, V = 0,7 – 1,5 м/с,

для розрахунку приймаємо більше значення.

За знайденим D, мм, за таблицями для гідравлічного розрахунку [5] для сталевих труб по витраті 2∙Q_в, л/с, визначаємо V₁, м/с, 1000і₁ і втрати напору:

h₁ = 1000і₁ · L/1000, м.

Довжину самопливних трубопроводів L, приймаємо в межах 80 – 100 м.

У межень вся витрата буде пропускатись двома трубопроводами діаметра D по витраті Q_в, л/с, при V₂, м/с, 1000і₂ із втратами напору:

h₂ = 1000і₂ · L/1000, м.

Визначаємо втрати напору при русі води по одному самопливному трубопроводу:

,м (5.9)

де 0,1 – втрати напору в решітці, м;

h₁ – втрати напору в самопливному трубопроводі, м;

h_м – втрати напору на місцевих опорах, які визначаються за

формулою:

, м (5.10)

де ∑h_м – сума коефіцієнтів місцевих опорів, прийм. ∑h_м = 2,35;

Визначаємо втрати напору при русі води по двом самопливним трубопроводам:

,м (5.11)

де h₂ – втрати напору в самопливному трубопроводі, м;

h_м – втрати напору на місцевих опорах, яка визначається за

формулою (5.10) при швидкості V₂, м.

Визначаємо рівні води у приймальній та усмоктувальній камерах. Відмітка рівня води у водоприймальній камері під час паводку становитиме:

Z₁ = РВВ – Σh₁, м

і в межень:

Z₂ = РНВ – Σh₂, м

Відмітка найнижчого рівня води у водоприймальній камері при відключенні одного самопливного водоводу на ремонт або промивання при горизонті низьких вод:

Z₃ = РНВ – Σh₁, м

Відмітка рівня води у всмоктувальній камері в повінь:

Z₄ = Z₁ - 0,1, м

В межень при роботі двох самопливних водоводів: Z₅ = Z₂ – 0,1, м

і при роботі одного водоводу: Z₆ = Z₃ – 0,1, м.

Відмітку верху сіток приймаємо на 0,15 м нижче найнижчого рівня води у водоприймальній камері: Z₇ = Z₃ – 0,15, м.

Низ сіток буде знаходитись на відмітці Z₈ = Z₇ – Н_с, м.

Відмітка дна берегового колодязя у всмоктувальній камері:

Z₉ = Z₈ – 0,5, м

де 0,5 – висота порогу перед сітками.

Відмітка дна приямка для збирання осаду при його глибині 0,3 м:

Z₁₀ = Z₉ – 0,3, м

Відмітка верху самопливних водоводів при вході їх в береговий колодязь: Z₁₁ = Z₃ – 0,5, м.

Відмітку підлоги службового павільйону приймаємо на 0,15 м вище відмітки поверхні землі біля колодязя Z₁₂ = (РВВ + 0,6) + 0,15, м. Тоді глибина берегового колодязя буде Н = Z₁₂ – Z₁₀, м.

Мінімальна глибина води у всмоктувальній камері: Н_min = Z₆ – Z₉, м.

Розрахунок усмоктуючих (d_в.у, V_в.у, 1000і_в.у. і h_в.у.) і напірних трубопроводів (d_в.н, V_в.н, 1000і_в.н. і h_в.н.) ведемо аналогічно розрахунку для берегового водозабору, користуючись формулою 5.7, таблицями для гідравлічного розрахунку [5] для сталевих труб та наведеним вище рекомендаціям. При цьому довжину усмоктуючих трубопроводів приймаємо: для водозабору суміщеного типу L_в.у. = 10 – 15 м, для водозабору роздільного типу L_в.у. = 20 – 25 м. Довжину напірних трубопроводів приймаємо для водозаборів обох типів L_в.н. = 10 – 15 м.

Самопливні трубопроводи промиваються зворотним рухом води зі швидкістю V_пр = 1,5 – 2 м/с при витраті Q_пр = 1,5 · 2 · Q_в, л/с. Діаметр промивного трубопроводу d_пр, мм, підбираємо за таблицями для гідравлічного розрахунку [5] для сталевих труб.

5.2.4 Вибір методу і технологічної схеми очистки

води

Згідно п.10.2.1 [1] води джерел водопостачання поділяються на:

ü малокаламутні – К < 50 мг/дм³;

ü середньокаламутні – К = 50 – 250 мг/дм³;

ü каламутні – К = 250 – 1500 мг/дм³;

ü висококаламутні – К >1500 мг/дм³;

ü малокольорові – Ц ≤ 35 град.;

ü середньокольорові – Ц = 35 – 120 град.;

ü висококольорові – Ц > 120 град.

Технологічною схемою водоочисної станції називають відповідний набір водоочисних споруд та розміщення їх у певній послідовності для отримання води заданих кількості і якості, що відповідають вимогам споживачів. У практиці водопостачання застосовують такі технологічні операції для поліпшення якості води:

• прояснення – видалення завислих речовин і речовин, що зумовлюють її кольоровість;

• знезараження – знищення бактерій, які знаходяться у воді;

• опріснення – часткове видалення розчинених солей до нормативів питної води;

• пом’якшення – видалення солей кальцію і магнію, що обумовлюють жорсткість води;

• знезалізнення – звільнення води від розчинених сполук заліза;

• знефторення – видалення сполук фтору;

• фторування – додавання у воду фтору;

• дегазація – видалення з води розчинених газів (Н₂S; CO₂; О₂);

• дезактивація – видалення з води радіоактивних речовин;

• дезодорація – усунення з води різних запахів і присмаків.

Кожен технологічний процес можна здійснювати різними методами. У свою чергу, кожен метод виконання того чи іншого технологічного процесу поліпшення якості води може базуватися на застосуванні різних виробничих операцій. Вибір способу або комбінації операцій залежить від характеристики джерела водопостачання і місцевих умов.

Здійснити вибір методу обробки води та визначити склад основних споруд водоочисної залежно від каламутності і кольоровості вихідної води і продуктивності станції, можна, користуючись рекомендаціями, наведеними у табл. 5.4.

Таблиця 5.4 – Основні критерії для вибору технологічних процесів

водопідготовки

Основні споруди	Умови застосування	Продуктив-ність станціїї, м3/добу
каламутність води, мг/дм3	кольоровість води, град
вихідної	очищеної	вихідної	очищеної
Безреагентна водопідготовка
Радіальні відстійники для часткового прояснення	понад 1500	30 – 50% вихідної	понад 120	30 – 50% вихідної	будь-яка
Повільні фільтри з регенрацією піску	до 1500	1,5	до 50	> 20	будь-яка
Реагентна водопідготовка
Напірні фільтри	до 30	до 1,5	до 50	до 20	до 30000
Горизонтальні відстій-ники – швидкі фільтри	до 1500	до 1,5	до 120	до 20	понад 30000
Швидкі двохступінчасті фільтри	до 300	до 1,5	до 120	до 20	будь-яка
Прояснювачі із завис-лим осадом – швидкі фільтри	50 – 1500	до 1,5	до 120	до 20	> 5000 < 30000
Контактні прояснювачі	до 120	до 1,5	до 70	до 20	будь-яка

Склад і технологічну схему роботи самопливних систем зазвичай зображають у вигляді висотної схеми у профілі основних споруд водоочисної станції (рис. 5.1).

1 – на насосну станцію 1-го

підйому;

А 2 – первинне введення хлору;

3 – введення коагулянту;

4 – змішувач;

5 – мікрофільтр;

Б 6 - контактний прояснювач;

7 – швидкий фільтр;

8 – вторинне введення хлору;

9 – резервуари чистої води;

В 10 – на насосну станцію 2-го

підйому;

11 –камера утворення пластівців;

12 – горизонтальний відстійник;

13 – прояснювач із завислим осадом;

а – з горизонтальними відстійниками і фільтрами; б – з прояснювачами і фільтрами; в - з контактними прояснювачами;

Рис. 5.1 – Схеми технологічних споруд водоочисних станцій

5.2.5 Розрахунок устаткування та споруд

реагентного господарства

Для видалення домішок у воду додають різні реагенти, тип яких приймають залежно від якості води. За реагентного методу обробки води для прискорення процесу її прояснення у воду додають коагулянти. Як коагулянти використовують солі металів сильних кислот: сірчанокислий алюміній (глинозем) Аl₂(SO₄)₃⋅18H₂O, оксихлорид алюмінію Al₂(OH)₅Cl·H₂O, сірчанокисле залізо Fe₂(SO₄)₃, хлорне залізо FeСl₃⋅6H₂O, які гідролізуються при певних умов з утворенням малорозчинних сполук. Колоїдні забарвлені домішки, що містяться у воді, зумовлюючи її високу каламутність і кольоровість, адсорбуються на поверхні цих сполук.

Необхідною умовою повноти протікання гідролізу є наявність у воді певного лужного резерву, оскільки при її недостачі гідроліз затримується, а в проясненій воді з’являються невикористані вільні іони алюмінію або заліза. У таких випадках воду необхідно штучно підлужувати.

Для інтенсифікації процесу коагуляції застосовують різні флокулянти, до яких належать неорганічні або органічні високомолекулярні сполуки, що сприяють утворенню макромолекул адсорбованого або хімічно зв’язаного полімеру. Серед неорганічних флокулянтів найпоширенішою є активна силікатна (кремнієва) кислота (АКК). Серед синтетичних високомолекулярних флокулянтів найчастіше застосовують поліакриламід (ПАА), що виготовляється у вигляді гелю.

Усі реагенти готують і дозують у вигляді розчинів (коагулянт, флокулянт) і суспензій (вапно).

Дозу коагулянту для кольорових вод визначаємо за формулою:

,мг/дм³ (5.12)

де Ц – кольоровість вихідної води, град.;

Для обробки каламутних вод дозу коагулянту визначаємо за табл.17 [1] або за табл. 5.5. В якості розрахункової дози коагулянту приймаємо більше значення – для одночасного зниження і каламутності і кольоровості води.

Таблиця 5.5 – Дози коагулянтів при обробці каламутних вод

Каламутність, мг/дм3	Доза коагулянту, Дк, мг/дм3
До 100 101 – 200 201 – 400 401 – 600 601 – 800 801 – 1000	25 – 35 30 – 40 35 – 45 45 – 50 50 – 60 60 – 70

Визначаємо дозу підлужуючого реагента за формулою:

,мг/дм³ (5.13)

де Л₀ – лужність природної води, мг-екв/дм³;

1 – надлишкова лужність води, що необхідна для нормального

протікання процесу коагуляції;

Д_к – розрахункова доза коагулянту, мг/дм³;

е_к – еквівалентна маса коагулянту, яка дорівнює для Аl₂(SO₄)₃ –

57, для Fe₂(SO₄)₃ – 67, для FeСl₃ – 54;

К – еквівалентна маса лугу, яка дорівнює для вапна (СаО) – 28;

для соди – 53.

Якщо величина Д_вап від’ємна, то це означає, що підлужування не потрібне і оброблювана вода має достатній природній запас лужності.

Добові витрати коагулянту визначаємо за формулою:

,т (5.14)

де Q_ВВ – продуктивність водоочисного комплексу, м³/добу.

Тоді місячна потреба в товарному коагулянті за умови його зберігання у баках-сховищах протягом Т = 30 діб, становитиме:

т/міс

де С – вміст безводної активної частини в товарному продукті

коагулянту (прийм. 30 – 40%).

При невеликій продуктивності станції вдаються до «сухого» зберігання коагулянту, при великій – до «мокрого», при середній – до «мокрого» зі зберіганням реагенту в розчинних баках. В курсовому проекті доцільно прийняти другу або третю схему зберігання. При «мокрому» зберіганні (друга схема) сухий коагулянт завантажують у розчинні баки, де готується його концентрований розчин. Потім цей розчин перекачують у баки-сховища, де його зберігають і по мірі необхідності подають у витратні баки. В третій схемі сухий коагулянт також завантажують у розчинні баки і зберігають в них. В міру необхідності в одному з баків готують розчин необхідної концентрації і подають до витратних баків. Розчинні і витратні баки розміщуються на нижньому поверсі блоку основних споруд. Розчин реагентів за допомогою насосів-дозаторів подається у трубопровід, що підводить воду на очисні споруди.

Ємність розчинного бака визначаємо за формулою:

,м³ (5.15)

де b_p – концентрація розчину коагулянту до кінця розчинення,

b_p = 12 – 24%;

q – розрахункова витрата води, м³/год;

γ – густина розчину коагулянту, приймаємо γ = 1,1 т/м³;

Т – час, що витрачається на повний цикл приготування розчину

коагулянту, Т = 10 – 12 год.

Приймаємо кількість розчинних баків не менше трьох, при цьому визначаємо об’єм одного баку: W_1р = W_p/3, м³.

Підбираємо розміри баків конструктивно a b h, м.

Ємність витратного баку визначаємо за формулою:

, м³ (5.16)

де b – концентрація робочого розчину коагулянту, b = 4 – 12%;

Приймаємо кількість баків не менше двох, при цьому визначаємо об’єм одного баку: W_1в = W_в/2, м³. Підбираємо розміри баків a b h, м.

Загальний об’єм баків-сховищ складе:

W_c = 1,6 · (G_міс – П_к), м³ (5.17)

де П_к – об’єм одноразової поставки коагулянту, П_к = 60 т.

При необхідності додаткового підлужування води ємність витратних баків для вапняного молока визначаємо за формулою:

, м³ (5.18)

де b_в – концентрація розчину вапняного молока, b_p = 5%;

Д_вап – доза підлужуючого реагенту (вапна), мг/дм³;

γ – об’ємнавага вапняного молока, приймаємо γ = 1 т/м³;

n – час, що необхідний для повного циклу приготування розчину

вапняного молока, n = 6 – 12 год.

Приймаємо кількість баків не менше двох, при цьому визначаємо об’єм одного баку: W_1вап = W_вап/2, м³. Підбираємо розміри баків a b h, м.

При використанні флокулянтів їх доза залежить від місця введення реагенту (згідно п.10.4.3 [1]) і може бути прийнята за таблицею 5.6. Флокулянт вводиться через 2 – 3 хв. після коагулянту.

Таблиця 5.6 – Дози флокулянтів

Для подачі дозованої витрати реагенту застосовуємо плунжерні насоси-дозатори. Подачу насоса-дозатора визначаємо за формулою:

, л/год (5.19)

де К_р – концентрація робочого розчину коагулянту у витратному баці,

г/дм³ (наприклад, при b = 10% К_р = 100 г/дм³);

N – кількість насосів-дозаторів (по кількості витратних баків).

За визначеною подачею q_н, л/год, по таблиці 5.7 підбираємо марку насосів-дозаторів та виписуємо їх основні технічні параметри.

Таблиця 5.7 – Технічні характеристики насосів-дозаторів плунжерних

Марка насоса	Подача, л/год	Тиск на виході насоса, кгс/см2	Габаритні розміри (LxBxН), мм	Маса, кг
НД 0,1/63	0,1		456х265х330
НД 0,63/63	0,63		460х265х330	20,7
НД 0,4/63	0,4		460х215х400,5	22,7
НД 1,0/63			460х215х400,5	21,7
НД 1,6/63	1,6		520х215х441,5	30,7
НД 10/100			452х215х400,5	22,9
НД 16/63			457х215х400,5
НД 25/40			467х215х400,5	23,6
НД 40/25			472х215х400,5	23,9
НД 63/16			472х215х400,5	25,2
НД 25/160			570х280х557,5	64,61
НД 40/100			554х280х557,5	53,3
НД 63/63			561х280х557,5

5.2.6 Розрахунок змішувача

Змішувачі призначені для швидкого і рівномірного змішування реагентів з основною масою оброблюваної води, яке повинно бути закінчене протягом 1,5 – 2 хв. Повинна бути передбачена можливість послідовного введення реагентів з дотриманням необхідних інтервалів часу між їх подачею, а також забезпечений турбулентний рух потоку води.

Приймаємо не менше 2-х робочих змішувачів (без резервування).

За принципом дії змішувачі поділяють на два основних типи: гідравлічні і механічні. У гідравлічних змішувачах перемішування реагентів з водою відбувається турбулентним потоком рідини, що створюється звуженнями або дірчастими перегородками, а в механічних – при обертанні електродвигуном лопастей чи пропелерів. Вибір типу змішувача повинен бути зумовлений конструктивними міркуваннями і компоновкою технологічних споруд водоочисної станції з урахуванням її продуктивності і методу обробки води. На практиці найчастіше застосовують такі типи змішувачів: вихровий (вертикальний), перегородковий, дірчастий.