14. Типы и конструкции водозаборных сооружений из поверхностных источников.

По технологии забора воды из водотоков и водоёмов различают береговой и русловой водозаборы. Они различаются между собой расположением места забора воды относительно берега.

Водозаборы могут быть совмещёнными с насосными станциями 1-ого подъёма или раздельными.

Схема раздельного водозабора руслового типа, не зависящая от вида водоёма, включает водоприёмник (оголовок), самотечные или сифонные трубы, сеточный береговой колодец, камеры переключений и предохранительные приборы.

Водозабор поверхностных вод различают:

• по виду водоисточника — из водотоков с равнинных, предгорных и горных рек и каналов, из водоемов (морей, озер, водохранилищ);

• по назначению — для хоз. - питьевого, промышленного, ирригационного, теплоэнергетического водоснабжения; категории обеспеченности подачи воды;

• по компоновке осн. элементов — совмещенные (водоприемник и насосная станция компонуются в одном сооружении) и раздельные;

• по месту расположения водоприемника — береговые, русловые, выносные;

• по типу или схеме водозабора — 1) береговая насосная станция с самотечными или сифонными водоводами и водоприемниками, 2) с открытым или огражденным каналом, подводящим воду к насосной станции;

• по способу приема воды в водоприемник — с верхним, боковым, нижним приемами воды;

• по условию приема воды в водоприемник — поверхностный, глубинный и донный;

• по положению водоприемника по отношению к уровню воды в водотоке или водоеме — незатопляемый, временно затопляемый и затопленный;

• по материалу, из которого изготовляют водоприемники, — железобетон., бетонные, металлические, деревянные;

• по конструктивным особенностям водоприемника — с вихревой камерой, щелевые, ряжевые, раструбные, трубчатые, зонтичные;

• по воздействию на природные условия водоисточника — активные и пассивные;

• по характеру подвижности водозабора — стационарные, плавучие и фуникулерные;

• по режиму эксплуатации — постоянные и временные.

№15: Приведите типы и конструкции водозаборных сооружений из подземных источников.

Сооружения для приема подземных вод могут быть подразделены на четыре вида: водозаборные скважины; шахтные колодцы; горизонтальные водозаборы; каптажные камеры.

Водозаборные скважины (трубчатые колодцы) служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Это наиболее распространенный вид водозаборных сооружений для систем водоснабжения городов, сельских населенных пунктов и промышленных предприятий. Их устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. По мере заглубления скважины диаметр обсадных труб уменьшают. В результате скважина приобретает телескопическую форму Над верхом скважины устраивают кирпичную, бетонную или железобетонную камеру. В нижней части скважины устанавливают фильтр. Водозаборные скважины размещают перпендикулярно направлению потока подземных вод. Их количество зависит от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта.

Шахтные колодцы служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м. Они представляют собой вертикальный проем в грунте, доходящий до водоносного слоя. Такие колодцы делают из бетона, железобетона, кирпича, бутового камня и дерева. На дне шахтных колодцев для приема воды устраивают обратные фильтры, т.е. насыпают песок, гравий, щебень, увеличивая крупность зерен снизу вверх. Чтобы усилить поступление воды, в стенках колодцев делают отверстия. С этой же целью донный фильтр увеличивают по площади или за счет его радиального расположения (лучевой водозабор). Шахтные колодцы располагают перпендикулярно направлению потока грунтовых вод.

Горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м) при малой мощности водоносного горизонта. Их выполняют в уровне залегания водоносного слоя из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиям. Для горизонтальных водозаборов целесообразно использовать трубы овоидального сечения, у которых больше площадь водоприемной поверхности. Для предотвращения засорения их обсыпают фильтрующей песчано-гравийной смесью. Чтобы исключить поступление в водозаборы загрязненных поверхностных вод, в уровне земли над ними устраивают глиняную подушку.

Простейшие горизонтальные водозаборы выполняют из коротких труб с зазорами в местах соединений, из кирпичной или бутовой кладки без раствора. Для их осмотра и очистки через каждые 50… 150 м по их длине устраивают смотровые колодцы.

Каптажные камеры используют для получения ключевой воды. Для сбора вод восходящих ключей устраивают каптажные камеры в виде шахтных колодцев, располагая их над местами выходов воды, а для приема вод нисходящих ключей выполняют каптажные камеры с забором воды через боковые стенки в виде горизонтальных водозаборов.

№16: Объясните, в каких случаях применяют специальные водозаборные сооружения и укажите особенности их устройства.

Специальные водозаборы применяют в особых случаях. При образовании в реке глубинного льда или при высокой мутности воды целесообразно забирать воду не непосредственно из реки, а из искусственного залива, так называемого ковша, который может быть вырыт в русле реки или вдаваться в ее берег. Размеры ковшей определяют из условия всплывания глубинного льда или выпадения взвесей. Проточная скорость в них принимается 0,2… 0,5 м/с. Конструкция сооружений для забора воды из ковшей аналогична конструкции обычных речных водозаборных сооружений.

Ковши могут быть с низовым входом (устье по течению) и с верховым входом (устье против течения). Ковши первого вида необходимо применять при борье с глубинным льдом, а второго – для осветления воды.

Инфильтрационные водозаборные сооружения представляют собой скважины, шахтные колодцы или горизонтальные водозаборы, располагаемые вдоль реки с песчаными или песчано-гравелистыми берегами. Их целесообразно применять при необходимости получения хорошо осветленной воды и на реках с интенсивным образованием глубинного льда.

Для временных водопроводов устраивают передвижные или плавучие водозаборы. Передвижной водозабор представляет собой насосную станцию легкого типа, которая может передвигаться соответственно изменению уровня воды в реке по наклонному рельсовому пути, проложенному на берегу. При плавучих водозаборах насосные агрегаты размещаются на плавучих средствах: баржах, понтонах и т. п. Достоинствами таких сооружений являются независимость приема воды от колебания уровня воды в реке и возможность быстрого их устройства. Существенные недостатки — необходимость применения гибких соединений трубопроводов, тяжелые условиях эксплуатации зимой и в период паводков.

Для забора воды из водохранилищ можно использовать водозаборные сооружения двух типов: совмещенные с плотинами, водоспусками или водосбросами и отдельно стоящие.

№17: Объясните, с какой целью предусматривают зоны санитарной охраны источников водоснабжения. Приведите правила установления границ зон санитарной охраны и водоохранных зон источников водоснабжения.

Зоны санитарной охраны (ЗСО) — территория, включающая источник водоснабжения и/или водопровод, иной объект.

Основной целью создания и обеспечения режима в ЗСО является санитарная охрана от загрязнения источников водоснабжения и водопроводных сооружений, а также территорий, на которых они расположены.

Зоны санитарной охраны организуются в составе трех поясов: первый пояс (строгого режима) включает территорию расположения водозаборов, площадок всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала. Его назначение - защита места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Первый пояс ЗСО скважин представляет собой окружность радиусом 30-50 м, центр которой находится в точке расположения источника водоснабжения. Если таких источников несколько (несколько скважин), то следует выделять несколько окружностей с центром в каждой из скважин. Размер пояса строго режима охраны может быть сокращен государственным органом санитарно-эпидемиологического надзора.

Второй пояс (пояса ограничений или зона микробного загрязнения) определяется гидродинамическим расчётным путёми включает территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения. Второй пояс учитывает время продвижения микробного загрязнения воды до водозабора, принимаемое в зависимости от климатических районов и защищенности подземных вод от 100 до 400 сут— времени, в течение которого загрязнение произошедшее на поверхности за пределами второго пояса достигнет водоносного горизонта.

Третий пояс (зона химического загрязнения) определяется гидродинамическими расчётами, исходя из условия, что если за её пределами в водоносный горизонт поступают стабильные химические загрязнения, то они окажутся вне области питания водозабора или достигнут её не ранее истечения расчётного срока эксплуатации. Минимальный расчётный срок эксплуатации скважины — 25 лет. Обычно для расчётов используют 10000 суток, что приблизительно на 10 % больше, чем 25 лет, то есть 9125 суток. Санитарная охрана водоводов обеспечивается санитарно-защитной полосой.

В каждом из трех поясов, а также в пределах санитарно-защитной полосы, соответственно их назначению, устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, направленных на предупреждение ухудшения качества воды.

№18: Приведите водоподъемные устройства и объясните принцип работы в них.

Подъем воды из скважины или шахтного колодца осуществляется насосами, которые подразделяются на ручные и механические. Ручные насосы, как правило, бывают двух типов: штанговые и поршневые.

Если высота подъема воды более 7 метров, применяют штанговые насосы. При меньшей высоте подъема воды целесообразнее применять поршневые насосы.

Штанговый насос состоит из колонны водоподъемных труб, насосного цилиндра, закрепленного на конце водоподъемных труб, комплекта штанг, на котором шарнирно закреплен поршень, и наземного ручного приводного механизма, состоящего из штока и балансира.

Перекачивание воды из скважины или колодца происходит следующим образом. В середине поршень имеет проточку, в которой устанавливают клапан. На наружной поверхности поршня крепится кожаная или резиновая уплотнительная муфта. При движении поршня вниз закрывается и открывается клапан. Вода поступает в пространство над поршнем. Когда поршень движется вверх, он поднимает всю находящуюся над ним воду, а в пространство под поршнем из-за разрежения воздуха будет поступать вода из скважины. В это время поршневой клапан закрыт, а всасывающий клапан открыт.

Поршневой насос устанавливают на верхнем конце водоподъемных труб на расстоянии 70-100 см от уровня земли. Он состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. В поршне вмонтирован поршневой клапан, а в днище цилиндра установлен дисковый клапан. При движении поршня вниз дисковый клапан закрывается, и вода из-под поршня поступает через открытый поршневой клапан в освобождающееся пространство над поршнем. При движении поршня вверх поршневой клапан закрывается, и водяной столб над поршнем поднимается в водоприемный резервуар. Под поршнем в это время создается разрежение. За счет этого разрежения клапан открывается, и вода поднимается в пространство под поршень.

Для перекачки воды из колодцев и скважин также применяются электромеханические насосы, которые в зависимости от принципа действия подразделяются на центробежные, шестеренчатые и электромагнитные (вибрационные).

Электрический центробежный насос состоит из двух основных частей: электродвигателя и лопастного центробежного насоса. Рабочее колесо вместе с лопастями заключено в корпус, выполненный в виде улитки. К приемному и нагнетательному отверстиям корпуса присоединяются всасывающий и напорный трубопроводы. Рабочее колесо с лопастями соединяется с валом электродвигателя. Вода, заполняющая насос, при вращении рабочего колеса под действием центробежной силы выбрасывается из корпуса в напорный трубопровод. Во время вращения рабочего колеса во всасывающем патрубке насоса создается разрежение, за счет которого вода непрерывно поступает во всасывающий трубопровод.

№19: Приведите свойства природных вод и укажите требования, предъявляемые к качеству питьевой воды.

Традиционно для оценки качества воды в водном объекте или в источнике водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья, используются физические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К физическим показателям качества воды относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды. Обычно к числу химических показателей относят водородный показатель воды рН, жесткость и щелочность, минерализацию (сухой остаток), а также содержание главных ионов. К санитарно-бактериологическим показателям относят общую бактериальную загрязненность воды и загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов. В зависимости от загрязненности водного объекта и назначения воды предъявляются и дополнительные требования к ее качеству.

Различают питьевую и техническую воду в водоснабжении. Качество питьевой и технической воды при водоснабжении должно соответствовать ГОСТу – “Вода питьевая. Технические требования и контроль за качеством”.

Качество воды определяют по бактериологическим, органолептическим показателям и показателям токсических химических веществ.

По бактериологическим показателям вода, подаваемая в системы водоснабжения и поступающая к потребителям через наружные водоразборы и краны внутренних водопроводных сетей, должна соответствовать следующим требованиям: общее количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды – более 100, коли-индекс – не более 3.

Органолептические свойства воды характеризуются определенными показателями. Их устанавливают исходя из требований к загрязняющим веществам, встречающимся в природных водах, к добавляемым при обработке воды в виде реагентов, а также к появляющимся в результате бытового, промышленного и сельскохозяйственного загрязнения источников водоснабжения. При оценке качества воды проверяют следующие показатели: запах, привкус, цветность, мутность. Вода должна соответствовать следующим требованиям:

• запах при температуре воды от 20 до 60 °С – не более 2 баллов;

• привкус при 20 °С – не более 2 баллов;

• цветность по платиново-кобальтовой или имитирующей шкале – не более 20°;

• мутность по стандартной шкале – не более 1,5 мг/л.

Химические вещества, влияющие на органолептические свойства воды, независимо от происхождения не должны превышать установленных ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая”. Содержание сухого остатка допускается не более 1000 мг/л, общая жесткость – 7 мг экв/л, концентрация хлоридов – 350мг/л, железо – 0,3; нитраты – не более 45 мг/л.

Водородный показатель (рН) должен быть в пределах 6,0-9,5.

№20: Укажите методы подготовки природных вод для питьевых целей. Объясните, на чем они основаны.

Все многообразие методов обработки воды можно подразделить на следующие основные группы: улучшение органолептических свойств воды (осветление и обесцвечивание, дезодорация и др.); обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.); кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторивание, извлечение ионов тяжелых металлов и др.). Метод обработки воды выбирают на основе предварительного изучения состава и свойств воды источника, намеченного к использованию, и их сопоставления с требованиями потребителя.

Подземные воды, как источники водоснабжения, предпочтительнее поверхностных. Они, как правило, безопасны в эпидемическом отношении, обладают хорошими органолептическими свойствами и постоянным химическим составом. Если артезианские воды полностью отвечают гигиеническим требованиям СанПиНа 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения», то они не нуждаются в обработке.

В связи с ограниченностью запасов подземных вод и ростом водопотребления для централизованного водоснабжения стали использовать поверхностные водоисточники.

Вода открытых водоемов подвержена загрязнению. В связи с этим схема водопровода с забором воды из реки или водохранилища включает:

• водозаборные сооружения

• очистные сооружения

• водоразборная сеть.

На первом этапе очистки воды из открытого водоисточника проводится ее осветление и обесцвечивание. Под осветлением и обесцвечиванием понимается устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов и достигается отстаиванием, фильтрацией. Эти процессы протекают медленно и эффективность обесцвечивания невелика. Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, ускорить процесс фильтрации привело к проведению предварительного коагулирования воды химическими веществами (коагулянтами), образующими гидроокиси с быстро оседающими хлопьями и ускоряющими осаждение взвешенных частиц.

После коагуляции и отстаивания вода подвергается фильтрации на скорых или медленных фильтрах.

При любой схеме заключительным этапом обработки воды на очистном сооружении водопровода должно быть обеззараживание. Его задача – уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемической безопасности воды. Обеззараживание может быть проведено химическими и физическими методами.

Кипячение является простым и надежным методом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 800С уже через 20 – 40 секунд, поэтому в момент закипания вода фактически обеззаражена.

Ультразвук применяется для обеззараживания бытовых сточных вод. Он эффективен в отношении всех микроорганизмов, включая споровые формы, а так же его применение не приводит к пенообразованию при обеззараживании бытовых стоков.

В настоящее время основным методом, используемым для обеззараживания воды на водопроводных станциях в силу технико – экономических причин, является метод хлорирования.