10111

1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.Л. Васильев, Е.В. Воробьева

ОСНОВЫ ВОДОПОДГОТОВКИ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по

организации самостоятельной работы) для обучающихся по дисциплине «Физическая химия. Основы водоподготовки»

направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, направленность (профиль) Промышленная теплоэнергетика

Нижний Новгород

2022

3

УДК 628.16

Васильев А.Л. / Основы водоподготовки. учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, Е.В. Воробьева; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 70 с. – Текст: электронный.

В учебно-методическом пособии представлена тематика лекций и практических занятий, вопросы для самостоятельного изучения. Предлагаются методические советы для успешного освоения дисциплины, содержатся рекомендации по изучению конкретных разделов и тем, контрольные вопросы для повторения материала и рекомендуемая литература, как для аудиторной, так и для самостоятельной работы студентов.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Физическая химия. Основы водоподготовки» направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, направленность (профиль) Промышленная теплоэнергетика.

© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко

М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………….6

1.Сооружения для выделения из воды взвешенных веществ отстаиванием……7

1.1.Назначение и сущность метода отстаивания…..……………………………7

1.2.Горизонтальные отстойники…………………...……………………………..8

1.2.1.Область применения, устройство и особенности привязки………….........8

1.2.2.Проектирование горизонтальных отстойников………………………….10

1.2.3.Пример расчета……………………………….…………………………….14

1.3.Вертикальные отстойники с водоворотными камерами хлопьеобразова-

ния…………………………………………………………………………….......22

2.1.Назначение, основы процесса, классификация камер…………………........32

2.2.Встроенные камеры хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка…...33

2.2.1.Расчетные параметры, проектирование………………………………........33

2.2.2.Пример расчета………………………………………………………….......36

2.3.Вихревые камеры хлопьеобразования………………………………………39

2.3.1.Устройство, основы проектирования………………………………….......39

2.3.2.Пример расчета……………………………………………………………..40

4.1.Область применения, особенности привязки.....………………………...…57

4.2.Конструкции осветлителей, их устройство и работа.…………………...…58

4.3.Расчет и проектирование осветлителей………………………………..........61

4.4.Пример расчета осветлителей……………………………………….............65 5. Интенсификация работы осветлителей…………..……………………….......73

5.1.Контактные камеры хлопьеобразования………………………………….73

5.1.1.Сущность метода и область применения….…………………………....73

4

5.1.2. Применение контактных камер хлопьеобразования для интенсификации работы коридорных осветлителей со слоем взвешенного осадка………………74

5.2.Осветлители, оборудованные тонкослойными элементами ………………77

5.2.1.Назначение, область применения………..………………………………...77

5.2.2.Конструктивные особенности осветлителей с тонкослойными элемента-

ми………………………………………………………………………………......78

5.2.3.Расчет осветлителей с тонкослойными элементами ..…………………..81

5.3.Осветлители-рециркуляторы………………………….……………………..85

6. Расчет контактных осветлителей

6.1.Выбор типа контактного осветлителя и режима промывки……………..87

6.2.Определение площади контактных осветлителей…………………….88

6.3.Устройство и конструирование контактных осветлителе…………….....90

6.4.Компоновка контактных осветлителей на водопроводной станции……95

6.5.Подбор состава загрузки и определение высоты контактного осветлителя……………………………………………………………………...97

6.6.Дренажи для контактных осветлителей…………………………………..98

6.6.1.Трубчатый дренаж для контактных осветлителей без

поддерживающих слоев……………………………………...…………………99

6.6.2. Трубчатый дренаж для контактных осветлителей с поддерживающими слоями…………………………………………………….103

6.7.Система для сбора и отвода воды при промывке контактных осветлителей…………………………………………………………………….106

6.7.1.Расчёт желобов……………………………………………………………107

6.7.2.Расчёт пескоулавливающих желобов………………………………...…108

6.8.Расчёт потерь напора в контактных осветлителях при промывке………110 7. Расчет контактных префильтров…………………………………………….112

8.Определение диаметров трубопроводов на станции контактного

осветления воды…………………………………………………………………114

9.Расчет скорых безнапорных фильтров……………………………………...116 9.1. Выбор типа скорого безнапорного фильтра и режима промывки……....116 9.2. Определение площади фильтров………………………………………….117 9.3. Устройство и конструирование фильтров………………………………..118

9.4.Компоновка фильтров на водопроводной станции……………………..122 9.5. Подбор состава загрузки и определение высоты фильтров……………..123

9.6.Дренажи большого сопротивления…………………………………….....126

9.7.Трубчатый дренаж с круглой перфорацией……………………………..127

9.8.Трубчатый дренаж с щелевой перфорацией……………………………..131

9.9.Раздельные трубчатые дренажи…………………………………………..133 9.10. Дренаж из пористых полимербетонных плит…………………………..136

5

9.11.Колпачковый дренаж…………………………………………………..138

9.12.Система для сбора и отвода воды при промывке фильтров………...140

9.13.Расчёт желобов……………………………………………………………140

9.14.Расчёт пескоулавливающих желобов…………………………………142

9.15.Расчёт потерь напора в фильтрах при промывке……………………….144

9.16.Определение диаметров трубопроводов на фильтровальной станции..146 10 Расчет резервуаров чистой воды…………………………………………...148

10.1.Назначение и область применения резервуаров………………………148

10.2.Конструкции резервуаров питьевой воды, их устройство………….....148

10.3.Расчет и проектирование резервуаров чистой воды………………….150

10.3.1.Определение требуемого объема резервуаров для питьевой воды, их подбор………………………………………………….....150

10.3.2.Оборудование резервуаров………..……………………………….....152

10.3.3. Указания по привязке, ее особенности……………………………….154

10.4. Специальные мероприятия для резервуаров систем питьевого водоснабжения……………………………………………………..156

10.5.Испытание резервуаров на непроницаемость…………………………157

10.6.Эксплуатация резервуаров чистой воды……………………………….157

10.7.Технико-экономическая оценка объемно-планировочных

иконструктивных решений емкостных сооружений…………………….…..159

10.8.Пример расчета резервуаров чистой воды………………………………160

Список литературы................................................………………………………172

6

Введение

В условиях современного строительства и реконструкции систем водоснабжения особую актуальность приобретают вопросы их гидравлического расчета и использования последних достижений науки и практики в этой области. Авторы попытались представить в данном пособии наиболее современные методы расчета и дать сведения о практическом применении их в проектировании и эксплуатации систем водоподготовки.

Учебно-методическое пособие составлено, в основном, на разработках и рекомендациях научно-исследовательских и проектных организаций, приведенных в краткой форме в СП 31.13330.2012 Свод правил. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.0284*.

Изложен современный методический материал и приведены примеры расчетов, достаточно полно охватывающие соответствующий раздел технологии водоснабжения и гидравлики.

Из-за ограниченности объема выполнены схемы и гидравлический расчет лишь некоторых основных видов сооружений. Настоящее учебно-методическое пособие не исключает необходимости использования нормативной и справочной литературы, а также типовых проектов.

7

1. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ ВОДЫ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ОТСТАИВАНИЕМ

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СУЩНОСТЬ МЕТОДА ОТСТАИВАНИЯ В общем случае отстойники предназначены для выделения из воды ос-

новной массы взвеси гравитационным осаждением частиц, имеющих плотность, большую, чем плотность воды. Отстойники станций реагентного осветления и обесцвечивания воды предназначены для выделения из нее основной массы отработанного сорбента - хлопьев гидроокиси алюминия или железа вместе с частицами загрязнений.

Все современные конструкции отстойников, применяемые для осветления воды, являются проточными, т.е. осаждение взвеси в них происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу. В этих условиях для того, чтобы осаждение взвеси было возможно, скорости движения воды в отстойниках должны быть весьма малы. При этом поток почти полностью теряет свою, так называемую, "транспортирующую способность", обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в потоке, движущемся с весьма малой скоростью с известным приближением, подчиняется хорошо изученным законам осаждения в неподвижном объеме жидкости. На водопроводных очистных сооружениях для осаждения взвеси используют горизонтальные, вертикальные, в отдельных случаях - радиальные отстойники.

Для осветления высокомутных вод следует предусматрив ать двухступенчатое отстаивание с обработкой воды реагентами перед отстойниками первой и второй ступеней. В качестве отстойников первой ступени рекомендуется применять радиальные отстойники со скребками на вращающихся фермах или горизонтальные отстойники с цепными скребковыми механизмами. Камеры хлопьеобразования в горизонтальных отстойниках при осветлении высокомутных вод, как правило, принимают механического типа.

8

1.2. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОТСТОЙНИКИ 1.2.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, УСТРОЙСТВО И ОСОБЕННОСТИ

ПРИВЯЗКИ При реагентном методе обработки воды схему с горизонтальными от-

стойниками и фильтрами следует предусматривать для станций пр оизводительностью более 30 000 м3/сут. при мутности исходной воды до I 500 мг/л и цветности до 120 градусов. Кроме этого возможно использование отстойников данного типа и осветлителей со взвешенным осадком для частичного осветления воды.

Горизонтальный отстойник (рис. 1) представляет собой железобетонный прямоугольный в плане резервуар с плоским перекрытием и наклонным дном, что облегчает его очистку. Он может быть одноили двухэтажным. Отстойник оборудуется водораспределительным и водосборным устройствами, трубопроводами для подвода осветляемой воды (при необходимости) и отвода осветленной воды, а также системой удаления осадка.

Для горизонтальных отстойников в климатических районах с продолжительными периодами устойчивых минусовых температур предусматривают утепление наружных стен в виде обваловки грунтом. В качестве утеплителей для перекрытий могут применяться искусственные материалы или грунт толщиной слоя не менее 0,5 м. В перекрытии отстойников предусматривают люки для спуска в отстойники, отверстия для отбора проб на расстоянии не более 10 м друг от друга и вентиляционные трубы.

Расчет горизонтальных отстойников следует производить в соответствии с п.п. 9.53-9.61 [I], взяв за основу типовой проект станции (далее ТП), близкой по производительности, с аналогичными сооружениями.

При необходимости изменения производительности сооружений первой ступени при привязке ТП. Это может быть осуществлено следующими способами: за счет изменения длины отстойников и камер хлопьеобразования; путем увеличения или сокращения количества технологических ячеек.

9

Рис. 1. Горизонтальный отстойник:

1 – камера хлопьеобразования; 2 – водослив; 3 – полупогружная перегородка; 4 – водосборные желоба; 5 – шибер; 6 – сборный канал; 7 – проем; 8 – отвод осветленной воды; 9 – опорожнение отстойника; 10 – система удаления осадка.

Первый способ наиболее предпочтителен при применении данного ТП для поверхностных источников с относительно малым содержанием взвешенных