Водозаборное сооружение и очистка природной воды
Министерство образования и науки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский Государственный
Архитектурно-строительный институт
Кафедра «Водоснабжения и водоотведения»
Расчетно-пояснительная записка
к курсовой работе
«Водозаборное сооружение и очистка природной воды»
Выполнил: ст. гр. СГ-08
Проверил:
Новокузнецк
2011
Введение
Водозаборные сооружения (водозаборы) предназначены для забора расчетного расхода воды из открытых водоисточников и защиты системы водоснабжения от попадания в нее с водой сора, наносов, льда, водорослей, рыб. Водозаборные сооружения – это головные сооружения в системе водоснабжения и поэтому особое внимание необходимо уделить бесперебойному качественному водоснабжению населения независимо от времени года. При этом особое значение приобретают правильный выбор места расположения водозаборных сооружений в плане и по глубине, тип и конструкция.
В дальнейшем вода после водозабора поступает на очистную станцию, где по качеству воды природного источника устанавливают характер операций по ее обработке. На очистные сооружения возлагается задача устранения какого-либо определенного недостатка природной воды или целого комплекса недостатков, а иногда — задача искусственного придания воде новых свойств, требуемых потребителем.
Очистные сооружения являются одним из составных элементов системы водоснабжения и тесно связаны с ее остальными элементами, поэтому большое значение имеет решение вопроса о компоновке очистных сооружений и выборе схемы технологического процесса очистки воды, а также установления типа, числа и размеров отдельных сооружений.
Таким образом, целью данной курсовой работы является проектирование водозаборного сооружения из поверхностного источника и расчет основных технологических сооружений станции очистки воды на основании задания, выданного руководителем.
Содержание
I Водозаборное сооружение
1 Выбор типа
и схемы водозабора………………………………
2 Гидравлические расчеты элементов водозабора
2.1 Расчет водоприемных отверстий
2.1.1 Определение площади входных окон………………………. ………….6
2.1.2 Выбор и
расчет сеток………………………………………………
2.2 Расчет самотечных
линий……………………………………...........
2.3 Определение
расчетных уровней воды в
2.4 Проектирование насосной станции I подъема ……………………….13
3 Конструирование водозабора и выбор метода строительства
3.1 Определение
высотных отметок
3.2 Выбор метода
строительства …………………………………………
3.3 Определение
габаритных размеров
4 Защита водозабора
от шуги и донного льда …………………
5 Зоны санитарной охраны………………………………………………………. 17
II Очистка природной воды
1 Выбор и обоснование
технологической схемы
2 Реагентное
хозяйство………………………………………………………
3 Дозирование
реагентов в обрабатываемую
4 Смесители
………………………………………………………………………….
5 Контактные
осветлители (префильтры)………………
6 Скорые фильтры ………………………………………………………………….28
III Компоновка
очистной станции …………………………………
Список литературы…………………………………
I Водозаборное сооружение
1 Выбор типа и схемы водозабора
Производительность водозабора в соответствии с исходными данными оцениваю как малую, так как
Согласно [1, п.п. 5.79] категория надежности водозабора соответствует категории надежности системы централизованного водоснабжения. На основании полученных данных и в соответствии [1, п.п. 4.4] устанавливаю I категорию надежности водозабора, так как число жителей в населенном пункте составляет 150 тыс. чел.
Характеристику условий забора воды согласно [1, табл. 12] выбираю по наиболее тяжелому виду затруднений. Для начала определяю мутность воды – это взвешенные вещества в воде в период половодья. По заданию ρ=0,270 кг/м3=270 мг/л. Также, по исходным данным, еще одним условием забора воды из поверхностного источника является шуга без заполнения русла. Данных об устойчивости берегов и дна, о наличии судоходства и лесосплава на реке нет. Таким образом, исходя из всего вышеперечисленного, принимаю средние условия забора воды.
Определяю величину относительного
водоотбора – это отношение
Так как величина относительного водоотбора меньше 0,25, то забор воды осуществляю без дополнительных русло-регулирующих мероприятий.
На основании построенного
продольного профиля дна
В зависимости от принятой I категории надежности и средних условиях забора воды на основании [1,табл. 13] выбираю для берегового водоприемника схему водозабора «а», для руслового – схему «б». То есть, береговой водоприемник располагаю в одном створе при его секционировании; русловой водоприемник также располагаю в одном створе, но использую два оголовка, снабженные средствами борьбы с шугой и другими затруднениями забора воды.
Схему водозабора по условию совмещения берегового колодца с насосной станцией выбираю «2», то есть насосная станция примыкает к береговому колодцу. Данную схему использую по причине сложения береговой зоны из скальных грунтов.
Определяю отметку площадки для строительства берегового водоприемника
где – отметка высшего уровня воды, м. По заданию .
- высота волны, м. По заданию
.
Водоприемные оголовки осуществляю постоянно затопленными и располагаю ниже минимального расчетного уровня воды (ЛНУВ) и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Оголовки устраиваю с боковым приемом воды, для того чтобы в них не завлекались шуга, сор, донные наносы, рыба.
Принимаю решение устройства раструбного деревянного ряжевого оголовка с боковым приемом воды, так как условия забора воды средние и производительность водозабора малая, то есть меньше 1м3/с (Q=0,694 м3/с).
Данный оголовок простой, недорогостоящий, но является трудоемким в изготовлении, неиндустриальным, труднодоступным для осмотра и замены сороудерживающих решеток, также требуют устройства рыбозаградителей.
Размеры водоприемных окон оголовков принимаю в соответствии с расчетной площадью сечения. Основание водоприемника заглубляю на 1,0 метр под наименьшую отметку дна реки для защиты от подмыва.
2 Гидравлические расчеты элементов водозабора
2.1 Расчет водоприемных отверстий
К водоприемным отверстиям относятся входные окна с решетками берегового колодца или оголовка.
2.1.1 Определение площади входных окон
где 1,25 – коэффициент,
учитывающий засорение
расчетный расход одной секции, м3/с
где производительность водозаборного сооружения, м3/с. По заданию
число секций водоприемника. Принимаю
коэффициент,
учитывающий стеснение
где толщина стержней, мм. Принимаю
расстояние между стрежнями в свету, мм. Принимаю
скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с. Принимаю по [1, п.п.5.94].
Согласно [1, п.п.5.94] с учетом требований рыбозащиты:
Т.о. скорость течения в водотоках свыше 0,4 м/с, следовательно допустимая скорость втекания .
Выбор размеров и количество решеток соответственно вычисленной площади произвожу согласно [6, приложение А] с учетом глубины в месте забора. Габариты решеток, расположенных в береговом водоприемнике: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры водоприемного окна 1500х2000 мм.
По площади типовой решетки определяю фактическую скорость входа в решетку.
Чистка решеток от загрязнений
в береговом колодце
Габаритные размеры решеток, расположенных в оголовке принимаю такие же, как и в береговом колодце: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры входных окон 1500х2000 мм.
2.1.2 Выбор и расчет сеток
Выбор типа сеток произвожу в соответствии с [1, п.п. 5.105]. Принимаю плоские сетки, так как производительность водозабора .
Площадь сеток определяется по формуле (2), где
где толщина проволоки, мм. Принимаю
размер ячейки, мм. Принимаю
скорость в
отверстиях сетки, м/с.
Типовые размеры плоских сеток подбираю на основании [6,приложение Б]. Принимаю габаритные размеры сеток: L=930 мм, Н=1130 мм. Размеры перекрываемого отверстия 800х1000 мм.
По площади типовой сетки определяю фактическую скорость входа в сетку по формуле (5).
Промывка и удаление загрязнений с плоских сеток осуществляется вручную в служебном павильоне над водоприемным колодцем.
2.2 Расчет самотечных линий
Самотечные линии соединяют
водоприемники (оголовки) с береговым
колодцем. Число самотечных линий
соответствует числу
Согласно [1, п.п.5.100] прокладываю самотечные линии, так как проектирую водозабор I категории надежности [п. 1 КР]. Число самотечных линий принимаю равное 4, так как предусматриваю устройство 2 оголовков, каждый из которых имеет 2 секции.
Определяю длину самотечной
линии, равную расстоянию между оголовком
и береговым колодцем. Для этого
выбираю место установки
Таким образом, расстояние от дна реки до уровня ЛНУВ в месте расположения оголовка:
где наружная высота решетки, м. По расчетам из п. 2.1.1 КР
Выбранное место для оголовка также подходит при установлении низшего зимнего уровня, в частности ледостава, так как расстояние от нижней кромки льда до верха оголовка равно 0,5 м, что согласуется с требованиями [1, п.п.5.96].
Также на профиле намечаю расположение берегового колодца. Расстояние между оголовком и береговым колодцем определяю в соответствии с масштабом построенного профиля и принимаю равным 56,0 м.
Определяю диаметр самотечных линий в соответствии с [1, табл.14] и [5, табл. II]. В качестве материала труб использую антикоррозионную сталь в соответствии с [1, п.п.5.101]. Назначаю D=600 мм. Для данного диаметра при расходе на одну секцию (по расчету из п. 2.1.1 КР), скорость , что согласуется с требованиями [1,п.п. 5.99], так как для I категории надежности при d=500-800 мм V=1-1,4 м/с.
Проверяю скорость в самотечном трубопроводе на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами:
где максимальное количество взвешенных веществ в воде в период половодья. По заданию
средневзвешенная
диаметр самотечной линии. По расчету
скорость в самотечной линии. По расчету .
Условие выполнено, значит диаметр выбран правильно.
Выбираю тип промывки самотечных линий. Определяю расчетный расход для промывки линий по требуемой скорости для размыва отложений в трубах
, м/с (9)
где средневзвешенный диаметр частиц промываемых наносов, м. По заданию
диаметр самотечных линий, м. По расчету
Так как , то промывка самотечной линии не требуется.
Определяю тип промывки для решеток. Использую импульсную промывку, так как она более эффективна по сравнению с обратной промывкой. Принцип действия импульсной промывки состоит в том, что колебания воды, находящейся в самотечной трубе и в установленной на ней перед задвижкой колонне, вызываются с помощью срыва вакуума, который ранее был создан вакуум-насосом. Волновой импульс действует с равной силой на всю площадь водоприемного отверстия и освобождает его от шуги и сора независимо от степени загрязнения.
Подключаю к самотечной линии напорную колонну высотой 9,5 м и диаметром таким же, как самотечная линия 600 мм
2.3 Определение расчетных уровней воды в береговом колодце
Отметки расчетных уровней в береговом колодце определяю при двух режимах:
1) максимальные уровни
в приемном и всасывающем
2) минимальные – при аварийном.
Расчетный уровень в приемном отделении определяю с учетом потерь напора в водоприемных устройствах, исходя из уровней воды в реке
где отметка высшего уровня воды в реке. По заданию
отметка низшего летнего (меженного) уровня. По заданию
потери напора в водоприемных устройствах при нормальном режиме, м.
то же при аварийном режиме, м.
В период паводка вода забирается водоприемными окнами берегового водозабора, следовательно потери напора h равны потерям напора в решетке
В меженный период вода забирается раструбным оголовком, следовательно потери напора равны
где потери напора в решетке,
потери напора в элементах (кроме решеток) затопленных водоприемников, так как никакие иные элементы (вихревые камеры, водоприемные фильтры, …) не использую, то в расчетах не учитываю.
общие потери напора по длине и местные в самотечных водоводах на участках от входа воды в водовод до выхода в колодец, м.
Для определения потерь напора использую следующую формулу:
Таблица 1 – Определение потерь напора при аварийном режиме
№ |
Элемент |
Коэффициент ξ Гидр. уклон i |
D,мм L, м |
Аварийный режим | ||
q |
V |
h | ||||
1 |
Решетка |
- |
- |
0,694 |
0,32 |
0,10 |
2 |
Раструб |
0,25 |
- |
0,694 |
0,32 |
0,001 |
3 |
Самотечная линия |
3,10 |
600 |
0,694 |
2,33 |
1,47 |
10,92 |
||||||
Итого |
1,57 | |||||
При аварийном режиме одна секция водоприемника не работает, расчетный расход для каждой работающей секции
где К – коэффициент, определяющий снижение подачи воды при аварии, зависящий от категории надежности системы водоснабжения. Согласно [1, п.п. 5.93] К=1,0.
производительность водозаборного сооружения, м3/с. По заданию
число секций водоприемника. Принимаю
Определяю скорость входа в решетку при аварийном режиме работы по формуле (5)
Потери напора в самотечной линии
где сумма коэффициентов местных сопротивлений. Принимаю в зависимости от рода сопротивления согласно профилю по [6, табл. 1].
расчетная
скорость движения воды в
− гидравлический уклон. По [5, табл. II] для d=600 мм по расходу Q=694 л/с i=10,92.
длина линии, м. (п. 2.2 КР).
где местное сопротивление плавного очерченного входа в трубу. Принимаю согласно [6, табл. 1], .
местное сопротивление в тройнике, .
местное сопротивление
на выходе из трубы в
местное сопротивление в задвижке, .
Таким образом,
Во всасывающем отделении отметки уровней воды будут меньше, чем в приемном на величину потерь напора в сетке. Для плоских сеток величину потерь принимаю равной 0,15 (hав=0,25).
2.4 Проектирование насосной станции I подъема
Определяю напор насосов Н при подаче воды на очистные сооружения по формуле:
где статический напор, равный разности отметок самого низкого аварийного уровня воды во всасывающей камере и в смесителе очистных сооружений.
где отметка смесителя очистных сооружений, м. Для предварительных расчетов высоту расположения смесителя можно принять 5 м над поверхностью земли.
где строительная отметка смесителя, расположенного на расстоянии 50 м от насосной станции,
аварийный уровень воды во всасывающем отделении, м. По расчету из п. 2.3 КР .
, потери напора соответственно во всасывающих и напорных трубопроводах. Принимаю равным 2,0 м.
запас напора на излив воды из трубопровода, м.
По расходу и напору подбираем насосы. Количество насосов согласно [1, п.п. 7.3, прим. 1] выбираю равное 4, то есть 2 резервных и 2 рабочих агрегата.
Определяю количество и диаметр всасывающих и напорных линий. Согласно [1, п.п. 7.5] количество всасывающих линий принимаю равное двум. Согласно [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр всасывающих линий назначаю равным 600 мм, Q=347 л/с,Vвс=1,165 м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9].
Согласно [1, п.п. 7.6] количество напорных линий принимаю равным двум и в соответствии с [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр напорных линий d=450 мм, Vн=2,035 м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9].
Привожу схему компоновки насосов с обвязкой трубопроводов и расставленной арматурой (см. рисунок 1).
3 Конструирование водозабора и выбор метода строительства
3.1 Определение высотных отметок водозаборного сооружения
Определяю место расположения фасадной части с водоприемными окнами. Согласно [1, п.п. 5.96] принимаю, что низ окна расположен на 0,5 м выше дна реки и верх окна затоплен на 0,5 м от высшего уровня воды (ВУВ).
Определяю отметку дна
водоприемной камеры. Сетку погружаю
под минимальный расчетный
Заглубляю воронку всасывающей трубы под минимальный уровень на 1,83 м > От пола колодца воронку располагаю на расстоянии 0,6 м >
Расстояние от низа самотечной трубы до дна колодца принимаю равным 0,6 м. Верх трубы утапливаю на 1,78 м под аварийный уровень.
Толщину стен и дна колодца принимаю равной 0,9 м; перегородки – 0,3 м.
3.2 Выбор метода строительства
Строительство берегового колодца водозаборного сооружения осуществляю методом открытого котлована, так как данный метод применяется при строительстве на скальных грунтах.
3.3 Определение габаритных размеров водозаборного сооружения в плане
Определяю ширину водоприемной камеры по фронту приема воды. В каждой камере предусматриваю по одному окну. Расстояние от стены (перегородки) до входного окна принимаю равным 990 мм.
Определяю длину приемного отделения. Ширина приемной камеры определяется габаритными размерами тройника d=600х600 мм, L=1100 мм; размерами задвижки на конце самотечной линии d=600 мм, L=800 мм и размерами, необходимыми для эксплуатации и проведения ремонтных работ, которые составляют 1600 мм. Таким образом, ширина приемного отделения равна 3500 мм=3,5 м.
От стены приемной камеры до самотечной линии – 650 мм; между самотечными линиями в пределах одной секции – 1100 мм.
Для перепуска воды из одной секции берегового колодца в другую применяю перепускной патрубок, оборудованный дисковым затвором d=700 мм. В приемном отделении проектирую приямок в целях более полного удаления осадка водоструйным насосом. Размеры приямка 700х700 мм. Пол проектирую с уклоном 0,10 в сторону приямка. Секции оборудую лестницами для спуска рабочих.
Определяю размеры всасывающей камеры. Они зависят от размеров сетки и компоновки всасывающих линий. От края воронки до стены предусматриваю расстояние 700 мм; между двумя раструбами в одной секции – 1080 мм.
Таким образом, габаритные размеры берегового колодца 9,5х 9,5 м.
4 Защита водозабора от шуги и донного льда
Для борьбы с обмерзанием и закупоркой решеток внутриводным льдом применяю решетки с электрообогревом. Но электрообогрев не может остановить уже начавшийся процесс обмерзания, в связи с чем, система обогрева должна включаться заблаговременно, до ожидаемого переохлаждения воды.
Для повышения надежности указанный способ целесообразно применять в сочетании с другими, предотвращающими проникание шуги к водоприемным окнам. Это в основном следующие: снижение скорости входа воды в водоприемные окна или сброс нагретой воды вблизи водоприемных окон.
При угрожающем (в отношении устойчивой работы насосов) снижении уровня воды в береговом колодце выключается из работы один из насосных агрегатов, тем самым снижается производительность водозабора и, следовательно, уменьшается скорость входа воды в водоприемные отверстия. Затем под воздействием руслового потока шуговой припай отрывается от оголовка, улучшая доступ воды в водоприемник. В связи с этим уровень воды в береговом колодце повышается, а насос снова включается в работу. При последующих снижениях уровня процесс повторяется.
Нагретая вода к водозабору подается от ТЭЦ по трубопроводу и сбрасывается в непосредственной близости от водоприемных окон.
Также эффективно использование
во время образования
5 Зоны санитарной охраны
Для обеспечения санитарной
надежности водопровода хозяйственно-
Зона источника водоснабжения, включая водозаборное сооружение, состоит из трех поясов: первого - строгого режима, второго и третьего - режим ограничения.
Границы первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения, согласно [1, п.п. 10.8], в том числе водоподводящего канала, устанавливаю на расстояниях от водозабора: вверх по течению - 200 м; вниз по течению - 100 м; по прилегающему к водозабору берегу - 100 м от уреза воды при летне-осенней межени.
Границы второго пояса зоны водотока согласно [1, п.п. 10.9] принимаю равными: вверх по течению - 1000 м; вниз по течению - 250 м; боковые границы - на расстоянии от уреза воды при летне-осенней межени - при равнинном рельефе - 500 м.
Границы третьего пояса зоны водотока согласно [1, п.п. 10.10], принимаю такими же, как и для границы второго пояса.
II Очистка природной воды
1 Выбор и обоснование
технологической схемы
Выбор схемы очистки производиться в зависимости от производительности очистных сооружений, качества исходной воды и требований потребителя. По заданию производительность станции очистки воды Qсут=60000 м3/сут. Также по заданию имею данные о качестве исходной воды. Так мутность воды – взвешенные вещества в период половодья – равна 270 мг/л (вода мутная). Данных о цветности воды нет.
Исходя из заданных условий, могу сделать вывод, что для очистки воды подходит три схемы. Первая – схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках, соединенных с камерами хлопьеобразования и на фильтрах. В камерах хлопьеобразования происходит образования крупных хлопьев, которые отделяются от обрабатываемой воды и выпадают в осадок на дно отстойников. Данную схему применять не буду по следующей причине: в процессе эксплуатации сооружения будут недогружены, так как по заданию мутность воды 270 мг/л, но данная мутность наблюдается только в период половодья, в остальной же период времени будет значительно меньше, а данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.
Вторая схема - предварительная очистка воды происходит в осветлителях со слоем взвешенного осадка. Дальнейшая очистка происходит на скорых фильтрах. Данную схему не использую по той же причине, что и предыдущую, так как данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.
Таким образом, согласно [1, табл. 15] выбираю схему двухступенчатого фильтрования, так как данная схема очистки воды рекомендуема при мутности исходной воды до 300 мг/л и любой производительности станции. Предварительная грубая очистка достигается в контактном крупнозернистом префильтре с повышенной грязеемкостью, а доочистка – в осветлительном фильтре. В качестве контактного префильтра использую контактный осветлитель типа КО-3.
В данной курсовой работе применяю реагентную технологическую схему очистки воды, так как введение в воду коагулянта интенсифицирует процесс очистки.
2 Реагентное хозяйство
Реагентное хозяйство представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающий хранение запасов реагентов, приготовление растворов, внутреннее транспортирование и их дозирование.
В данной курсовой работе в качестве реагента для очистки воды использую сернокислый алюминий. Способ хранения реагента предусматриваю мокрый, так как при сухом способе хранения коагулянта существует ряд недостатков: потеря коагулянта в результате слеживания, выполнение трудоемких погрузочно-разгрузочных работ при доставке коагулянта и загрузке растворных баков. Схема мокрого хранения реагента лишена данных недостатков, так как коагулянт непосредственно загружается в растворные баки, затем в баки-хранилища, где коагулянт хранится в течение 30 суток и по мере необходимости подается в расходные баки.
2.1 Определение дозы реагента
Дозу коагулянта при обработке мутных вод определяю в соответствии с [1, табл. 16]. Так как мутность воды (по заданию) равна 270 мг/л и использую в качестве очистки воды фильтры, работающие по принципу коагуляции в зоне фильтрующей загрузки, то согласно [1, табл. 16, прим. 2] дозу коагулянта принимаю равной
где 38,5 мг/л – доза коагулянта для обработки вод при мутности 270 мг/л.
0,9 (90%) – при использовании
фильтров дозу коагулянта
При мокром хранении коагулянта
предусматриваю, что коагулянт поступает
на станцию в сухом виде. Коагулянт
растворяется в растворных баках, а
затем поступает в баки-
Определяю суточный расход реагента в товарной продукции по формуле:
где производительность очистных сооружений, м3/сут. По заданию
расчетная доза коагулянта, г/м3. По расчету
содержание активного безводного продукта в товарном реагенте, %. Для сернокислого алюминия .

- Водозаборные сооружения
- Водозаборные сооружения
- Водозаборные сооружения
- Водозаборные сооружения из поверхностного источника
- Водозаборные сооружения из поверхностного источника
- Водозаборные сооружения из поверхностных источников
- Водозабор поверхностных источников
- Водный транспорт
- Водный транспорт России
- Водный туризм
- Водный туризм
- Водный туризм в современном обществе
- Водный туризм по реке Неве и Ладожскому озеру
- Водогрейные котлы