Водоснабжение

Водоснабжение – это деятельность, направленная на обеспечение потребителей питьевой водой, включающая в себя выбор, охрану источников и сооружений водоснабжения, проектирование, строительство, эксплуатацию систем водоснабжения, забор, подготовку, хранение, подачу к местам потребления и реализацию питьевой воды.

Задание

Рассчитать конструкцию лучевого водосбора, эксплуатирующего напорные воды с производительностью, равной заявленной потребности, при следующих исходных данных:

l=50м, m=20, S=5, k=90 м/сут. Абс. отм. уровня земли = 420 м. Нст=417 м, напор 5 м.

Вода обладает повышенным содержанием кремниевой кислоты (до 12 мг/л).

Техническое задание

Определить  суточную  потребность  в  воде  объекта  водоснабжения,  имеющего  две  зоны  жилой  застройки  и  соответствующие  им  характер  санитарно-технического  оборудования  зданий:

1. Зона,  площадью 150   га,  застроена  зданиями,  оборудованными  внутренним  водопроводом и канализацией  с ваннами  и централизованным  горячим  водоснабжением.

Плотность  населения  200 чел/га.

2. Зона, площадью  80 га,  застроена  зданиями,  оборудованными  внутренним  водопроводом  и  канализацией,  без ванн.

Плотность населения  90 чел/га.

Поливная  площадь  в  городе:  улиц  15 га,  газонов  8 га, парков 20 га.

В  городе  находятся 2 промышленных  предприятия: и Кондитерская фабрика.

Количество  выпускаемой  продукции  по  предприятиям: Кожевенный завод – 15 т/сут, Кондитерская фабрика – 9 т/сут.

Типы  цехов: Кожевенный завод - холодный; Кондитерская фабрика – горячий;

Группы  производственных  процессов  по  санитарной  характеристике: Кожевенный завод – Пв; Кондитерская фабрика – 1б.

Количество  всех  работающих:   Кожевенный завод - 180 чел.; Кондитерская фабрика – 600 чел.

Число рабочих, принимающих душ, (% от  общего  количества):

Кожевенный завод –80%; Кондитерская фабрика – 60%.

На  каждом  предприятии  работают  в  3 смены; количество  выпускаемой  продукции  и  число  рабочих  равномерное.

1.2  Источник водоснабжения 

В качестве источника водоснабжения будут использоваться  подземные воды.

1.3  Система и схема водоснабжения

Принятая система водоснабжения с использованием подземных вод как водоисточника. По способу подъема подземных вод   нагнететельная система (с помощью перекачивающих насосных  станций). Воды   хозяйственно-бытового и технического назначения .   Централизованная система водоснабжения,  с прямоточным  использованием, т.е. предусматривается одноразовое использование воды.

Схема водоснабжения с использованием подземных вод (рис 1).

Всего  суточная потребность в воде для поселка составит:

На перспективу развития города увеличиваем  Qmax  на  30%  на перспективу  развития,  и  получаем заявленную потребность:

Qз.п. =  14816,958 м3/сут.

2 Выбор типа  и  определение  производительности  водозабора

Забор подземных вод будет осуществляться с помощью  лучевого водосбора

Производительность равна заявленной потребности.

Qз.п. =  14816,958 м3/сут.=172л/сут.,

следовательно для удовлетворения ЗП понадобится 1 шахта.

Глубина заложения горизонтальных скважин для напорного пласта 0,5 m = 10 м

Рассчитываем дебит лучевого водозабора, расположенного в напорном водоносном пласте (формула Д. Читрини):

Q=2πkmS/ln(R/re)

R=10S√k=10*5 м*9.5 м/ сут. =475 м

re=ln√0.25=50 м *2√0.25=50*0.5=25 м

Q=2*3.14*90 м/сут.*20 м *5 м / ln(475м/25м)=56520/3=18840 м3/сут.

Заявленная потребность будет удовлетворена с помощью одной шахты с двумя водоприемными лучами.

2.4           Обоснование и характеристика методов улучшения качества питьевой воды

                 В техническом задании сказано, что вода обладает повышенным содержанием кремниевой кислоты.

Кремний отнесен ко второму классу опасности (высокоопасные соединения) по санитарно-токсикологическому лимитирующему признаку вредности, его содержание в питьевой воде регламентировано СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода", согласно которому оно не должно превышать 10 мг/куб. дм. Известно, что высокие концентрации соединений кремния в питьевой воде приводят к заболеванию мочекаменной болезнью и нефропатии.

Достаточно часто для удаления соединений кремния из воды используют такой доступный и дешевый продукт, как гашеная известь. Этот реагент, представляющий собой сильное основание – Са(ОН)2, взаимодействует с кремниевой кислотой, в результате чего происходит образование нерастворимого силиката кальция. Практика показывает, что введение в воду гашеной извести позволяет снизить содержание примесей кремния в пересчете на анион SiO32- до 0,3–0,5 мг/л.

Другим распространенным способом, позволяющим снизить содержание примесей кремния, является обработка воды магнезитом, обожженным при 1000 0С. В процессе такого прокаливания магнезит превращается в оксид магния (каустическая магнезия):

MgСО3    t = 1000    оC  à   MgO + СО2.

Обработка воды оксидом магния приводит к его превращению в гидроокись (MgO + Н2O ---à Mg(OH)2),которая затем взаимодействует с H2SiO3, переводя ее в осадок. Введение каустической магнезии в обрабатываемую воду с температурой до 40 0С в количестве 10–15 мг на 1 мг H2SiO3, позволяет снизить содержание примесей кремния до 1–1,5 мг/л. При повышенной температуре процесс удаления примесей кремния протекает более интенсивно. Так, при температуре 98 °С остаточное содержание этого вида примесей уже составляет всего лишь 0,25 мг/л. 

Аналогичные химические процессы  протекают и при обработке воды обожженным доломитом – CaMg(CO3)2. После прокаливания этот минерал превращается в смесь оксидов кальция и магния, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в соответствующие гидроокиси, реагирующие с кислотным остатком кремниевой кислоты. При использовании данного реагента в холодной воде удается добиться остаточного содержания примесей соединений кремния около 2 мг/л, а при обработке воды с температурой чуть ниже 100 °C концентрация этих примесей составляет примерно  0,2 мг/л.

В ряде случаев удаление соединений кремния проводится на стадии осветления и обесцвечивания. Такие процедуры на очистных сооружениях осуществляются при коагуляции взвешенных и коллоидных соединений. Довольно часто для этих целей используют соединения алюминия или соли железа (3). Образующаяся хлопьевидная масса гидрооксида алюминия или гидроокиси железа захватывает частицы примесей, находящиеся в коллоидном состоянии или растворенном виде. Так, при очистке воды от соединений кремния с помощью коагуляции эффективный расход солей железа (3) составляет около 2 мг на миллиграмм удаляемой кремниевой кислоты. При использовании соединений алюминия наиболее распространенными реагентами являются алюминат натрия и сульфат алюминия. Причем наиболее эффективный осадитель – алюминат натрия, который вводится в очищаемую воду в концентрации 10–15 мг/л.

Помимо вышеперечисленных коагулянтов применяются и другие, например, «Гидро-Икс». В основном он содержит крахмал и полиальгинат натрия. Крахмал в этой композиции играет роль коагулянта, вызывая осаждение широкого круга примесей. Другой компонент этого препарата – полиальгинат натрия, представляющий собой натриевую соль альгиновых кислот. 

Собственно альгиновые кислоты плохо растворяются в воде, но их натриевые соли легко растворяются и образуют вязкие растворы, которые являются флокулянтами. Действие коагулянта сводится к частичному укрупнению частиц, а флокулянт ускоряет процессы образования хлопьев и осаждения.

Удаление соединений кремния может осуществляться и посредством ионного обмена. Необходимо отметить, что при этом способе происходит наиболее полное удаление данного вида примесей. Так, ионный обмен позволяет достичь остаточного содержания примесей в пределах 0,02–0,05 мг/л.

Как показали практические наблюдения, наиболее эффективный способ удаления примесей связан с применением ионитов смешанного действия, которые представляют собой смесь катионита в Н-форме и ОН-анионита. 

Многие марки ионообменных смол не могут применяться при температуре очищаемой воды свыше 30 °С. Это требование связано с техническими возможностями многих ионообменных материалов. Впрочем, данная задача может быть решена посредством охлаждения воды, из которой необходимо удалить соединения кремния. Конечно, такое ограничение не может быть преградой для использования ионного обмена при удалении примесей кремния. Однако по причине сложности процесса данное техническое решение  применяют редко. 

Удаление из воды соединения кремния может осуществляться также с помощью мембранного метода, имеющего, однако, существенный недостаток. Как показали исследования по обессоливанию воды с высокой минерализацией, на поверхности мембраны происходит полимеризация соединений кремния, переход их в коллоидное состояние. Это приводит к забиванию пор мембраны и, в конечном счете, снижает скорость фильтрации.

2.5             Организация и содержание зоны санитарной охраны

Для санитарная охрана поземных вод как источника питьевого водоснабжения

нужно  организовать   санитарную зону, в которую будут входить 3 пояса.

Первый пояс – пояс строгого режима - охватывает территорию, на которой располагаются водоподъемные сооружения  и связанные с ними насосные станции, установки для обработки воды и накопительные резервуары. Границы первого пояса зоны санитарной охраны устанавливаются с учетом характера рельефа местности и направления грунтового потока. Они устанавливаются непосредственно на местности: сооружаются заборы; ставится охрана и т.д.  Размер территории первого пояса отсчитывается от крайних скважин,  для не достаточно защищенных (без напорных) не менее 50 м.  Территория первого пояса должна быть спланирована для возможности отвода поверхностного стока за пределы границ зоны. В первом поясе зоны санитарной охраны не допускается проживание людей, нахождение посторонних лиц, содержание скота, а также употребление органических удобрений для посадок и посевов.

Второй пояс –  зона ограничений. Включает в себя: источник водоснабжения и водосборный бассейн.   Расстояние рассчитывается исходя из условия, что микробное загрязнение не достигнет водозабора  в течении 400 сут., т.е расстояние достаточное для самоочищения. Границы второго пояса устанавливаются в зависимости от местных гидрогеологических условий и характера использования подземного потока. На территории второго пояса должны проводится следующие предупредительные мероприятия: выявление и тампонаж старых и неработающих скважин, приведение в порядок дефектных скважин, благоустройство населенных пунктов, расположенных на территории зоны, с целью защиты используемого водоносного пласта от поступлений всевозможных загрязнений с поверхности

              Третий пояс – зона  наблюдений.  Рассчитывается исходя из условий того, что химическое загрязнение по времени не должно достичь водозабора в течение всего срока эксплуатации.

Заключение

В рамках проекта была определенна  средняя суточная потребность  в  воде  для  поселка Тарбагатай,  имеющего  две  зоны  жилой  застройки и два  предприятия, и составляет Qз.п. =  14816,958м3/сут.

В качестве  источника  водоснабжения  будут   использованы  подземные воды. Забор  будет осуществляться с помощью  лучевого водосбора с двумя наклонными лучами.

Даны рекомендации по  улучшению качества питьевой воды и организации зон санитарной охраны.