---

1. Введение 2. Параметры состояния жидкости  3. Водоснабжение городов и промышленных предприятий  4. Системы технического водоснабжения  5. Системы водоотведения  6. Очистка сточных вод  7. Биологическая очистка сточных вод  8. Устройство канализации на промышленных предприятиях  9. Термическая сушка осадков сточных вод  10. Сжигание осадков  11. Утилизация осадков сточных вод  12. Способы захоронения осадков сточных вод

---

Нормативная литература:

---

Справочная литература:

---

1. Введение

Сети водоснабжения и водоотведения относятся к инженерным сетям и оборудованию зданий и сооружений.

Водоснабжение основано на использовании природных ресурсов, запасы которых ограничены и поэтому требуют к себе экономного хозяйственного отношения. В этой связи очень важна разработка научно обоснованных норм потребления воды и использования более совершенного оборудования, обеспечивающего высокий уровень благоустройства жилья и необходимых технологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве.

---

 В гидросфере Земли находится примерно 1,5 млрд. км3 воды, однако 98% - это соленая вода океанов, около 2% - вода ледников и полярных льдов и только 0,06% общего объема – пресная вода суши. Количество подземных вод составляет около 400 млн. км3, т. е. около 25% объема воды в океанах

---

Огромная и всевозрастающая промышленность требует колоссального количества воды. Например, на производство 1 т стали расходуется 120 м3 воды, 1 т резины – 1500 м3, 1 т искусственного волокна – 2000% м3 воды.

Еще больше воды расходуется в сельском хозяйстве. Средний расход воды на 1 га орошаемых посевных земель составляет примерно 2000м3 год.

Развитие централизованных систем  водоснабжения вызвало появление большого количества сточных загрязненных вод, для удаления которых потребовались сплавные системы канализации. Все это вызвало развитие централизованных систем канализации.

Качественная очистка сточных вод имеет важное санитарно-гигиеническое, экологическое значение, сохраняя окружающую среду и предотвращая возникновение эпидемиологических заболеваний населения.

 

2. Параметры состояния жидкости

К основным параметрам состояния жидкости относятся: плотность, давление, абсолютная температура, удельный объем и сжимаемость.

Плотность – это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность в системе СИ измеряется в кг/м3 и обозначается буквой ρ, для воды плотность равна 1000 кг/м3. Плотность разных материалов и жидкостей различна, и зачастую зависит от температуры и давления в системе. Плотность жидких веществ (вода, растворы и т.д.)  при изменении давления почти остается постоянной, а у газов изменяется в зависимости от числа молекул в объеме и массы молекулы, а также от средней квадратичной скорости поступательного  движения молекул см. (1).

Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела (далее РТ) с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней. В соответствии с молекулярно-кинетической теорией давление газа определяется соотношением

                                  р = 2/3·n· mc²/2,                                                         (1)

где n – число молекул в единице объема; m –масса молекулы; c² – средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул.

В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (1Па = 1Н/м2). Поскольку эта единица мала (1кг/см2 = 1 ат = 98066,5 Па), удобнее использовать 1 кПа = 1000Па и 1 Мпа = 106 Па, т.е. 1кг/см2 = 1 ат = 0,1 МПа.

Давление измеряется при помощи манометров, барометров м вакуумметров. Жидкостные и пружинные манометры измеряют избыточное давление, представляющее собой разность между полным или абсолютным давлением р измеряемой среды и атмосферным давлением ратм :

                                                          ризб = р – ратм.                                                         (2)

Приборы для измерения давления ниже атмосферного называются вакуумметры; их показания дают значение разряжения (или вакуум)

                                                         рв = ратм – р,                                                              (3)

т.е. избыток атмосферного давления над абсолютным.

Следует отметить, что параметром состояния является абсолютное давление. Именно оно входит в термодинамические уравнения.

Температура – есть мера интенсивности теплового движения молекул. Ее численное значение однозначно связано с величиной средней кинетической энергии молекул вещества:

                                                       mc^{2/2 = ·k·T,                                                           (4)}

где k – постоянная Больцмана, равная  1,380662·-23 Дж/К. Температура Т, определенная таким образом, называется абсолютной.

В системе СИ единицей измерения температур является кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (ºC). Соотношение между ними имеет вид:

                                                    Т, К = t, ºC + 273,15.                                                  (5)

Удельный объем  v – это объем единицы массы вещества, м3/кг. Если однородное тело массой  М занимает объем V, то по определению

                                                     ν = 1/ρ.                                                                       (6)

где ρ – плотность газа, кг/м3.

Для сравнения величин, характеризующих системы в одинаковых состояниях, вводится понятие «нормальные условия»: 

- физические: р = 760 мм рт.ст. = 101,325 кПа; Т = 273,15 К;

- технические: р = 735,6 мм рт.ст. = 98 кПа; t = 15ºC.

Сжимаемость жидкости проявляется при очень больших давлениях, имеющих величину порядка 20 000 атм. Известно, что если взять объем жидкости при нормальных условиях м приложить давление 20 000 атм, то первоначальный объем жидкости уменьшится в 2 раза.

Коэффициентом сжимаемости жидкости называется величина

                                                                                                        1    Δw

                                                                               βw = – –– ∙ ––– .                                                             (7)

                                                                                                       w    Δp

Для воды величина коэффициента сжимаемости равна

                                                                                        1                              1

                                                   βw = –––––– , атм –1 = ––––––– ,Па –1.                       (8)

                 20 000                     20∙109

 

---

Пример. Трубопровод , длиной L и диаметром d заполнен водой V = 1000 м3 при давлении 1 атм. Сколько надо добавить воды, чтобы давление в трубопроводе повысить на величину Δp = 20 атм. Считать, что трубопровод абсолютно герметичен.

Для решения этой задачи возьмем формулу (7), определяющую коэффициент сжимаемости βw, разрешим ее относительно Δw/w и подставим в нее исходные данные:

 

                       (Δw)/w = – (Δp)∙βw = – (20,атм)∙(20 000 –1,атм) = –1/1000.

 

Это значит, что для проведения опрессовывания трубопровода, заполненного водой в объеме V = 1000 м3 необходимо добавить воды  1/1000 долю от уже имеющегося в трубопроводе количества воды, т.е. ΔV =  1000 ∙ 1/1000 = 1 м3.

Знак (–) обозначает сжатие рабочего тела (воды), знак (+) – расширение.

 

3. Водоснабжение городов и промышленных предприятий

3.1. Классификация систем водоснабжения

По назначению различают следующие системы водоснабжения:

-  хозяйственную – для удовлетворения питьевых и хозяйственно-бытовых нужд;

- производственную  – для  снабжения  водой  одного  или  нескольких промышленных предприятий или отдельных цехов;

-  противопожарную, подающую воду для тушения пожара;

- объединенные, которые предназначаются для одновременного удовлетворения различных нужд.

По характеру использования природных источников различают водопроводы, получающие воду из поверхностных источников; водопроводы, использующие подземные воды; водопроводы смешанного питания при использовании различных видов источников.

По способам подачи воды различают водопроводы самотечные и с механической подачей воды.

Кроме того, производственные водопроводы различают по способу (кратности) использования воды: прямоточные системы (с однократным использованием); оборотные системы; системы с повторным (последовательным) использованием воды.

 

3.2. Основные схемы и состав сооружений водоснабжения

Состав сооружений и схемы водоснабжения бывают весьма разнообразны и зависят от многих факторов и условий: от вида источников и свойств воды в них, требований потребителей в отношении свойств воды, рельефа местности от рода и количества объектов, снабжаемых водой, и т. д.

 

Рис.1. Схема водоснабжения города:

1 – водозаборные сооружения; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – водоводы первого подъема; 4 – очистные сооружения по очистке воды; 5 – резервуары чистой воды; 6 – насосная станция второго подъема; 7 – водоводы второго подъема; 8 – потребители; 9 – водонапорная башня; 10 – водоводы

 

Взаимное расположение сооружений системы водоснабжения и их состав могут быть различными. Насосная водопроводная станция первого подъема может быть совмещена с водоприемными сооружениями, а насосная станция второго подъема располагаться в одном блоке с резервуаром чистой воды. При наличии вблизи населенного пункта значительного естественного возвышения вместо напорной башни проектируется нагорный резервуар.   

 

Рис.2. Сети и сооружения системы с подземным источником воды:

6,7,8,9,10 – обозначения на рис.7; 11 – водозаборные скважины; 12 – сборный резервуар

 

Представленная на рис. 2 схема водоснабжения от подземных источников воды намного упрощена по сравнению со схемой водоснабжения с поверхностного водоема, так как отсутствует дорогостоящий комплекс очистки воды, поскольку подземные воды обладают не только прекрасными вкусовыми качествами, но также не требуют глубокой очистки. Подача воды в город в ряде случаев может быть и двусторонней (позиция 11,12 на рис.2 справа).

Сравнительная характеристика систем водоснабжения города с поверхностным и подземным

систем

3.3. Нормы водопотребления и определение расчетных расходов воды

Хозяйственно-питьевое водопотребление неравномерно как по часам суток, так и по суткам. Часовые колебания водопотребления населенного места могут быть представлены примерным графиком (рис.3), на котором по оси абцисс отложены часы суток, а по оси ординат – величины потребления и подачи за каждый час в процентах от суточного водопотребления.

Очевидно, в сумме все часовые расходы должны составлять  100%, т.е. суточное водопотребление объекта. В  расчетах колебания водопотребления учитывается коэффициентами неравномерности Ксут, Кч. Через Qсут и Qч обозначаются соответствующие расходы воды в сутки и в час.

  

Рис.3. График суточного потребления воды в городе

 

Количество   воды,   потребляемое   населением  города за сутки,  отнесенное к одному  жителю,   выражаемое   в   литрах,   называется   нормой     хозяйственно-питьевого водопотребления (см. табл.).

 

Нормы расхода воды потребителями в населенных пунктах

 

Расчетный (средний за год) суточный расход воды (м3/сут) на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте следует определять по формуле

                                               Qсут.ср = qж·N/1000,                                                                   (9)

где  qж – норма водопотребления 1 жителя, л/сут; N – расчетное число жителей.

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления  Qсут.макс (м3/сут) определяются по формулам:

                                                Qсут.макс = Kсут.макс·Qсут.ср;                                              (10)

                                                 Qсут.мин = Kсут.мин·Qсут.ср.                                                (11)

Коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели, следует принимать равным  Ксут.макс = 1,1 – 1,3;  Ксут.мин = 0,7 – 0,9.

Расчетный часовой расход воды  q (м3/ч)  определяется по формулам:

                         qч.макс = Кч.макс·Qсут.макс/24;          qч.мин = Кч.мин·Qсут.мин/24.             (12а,б)

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления  Кч следует определить из выражений

                        Кч.макс = αмакс·β;                            Кч.мин = αмин·β,                             (13а,б)

где  α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый αмакс = 1,2 – 1,4; αмин = 0,4 – 0,6;  β – коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, βмакс = 1….4,5;   βмин = 0,01….1.

Максимальный секундный расход воды  qс.макс (л/с) определяют по формуле

                                                     qс.макс = Qч.макс/3,6.                                                    (14)

 

Нормы водопотребления на промышленных предприятиях

 

Очистные станции представляют собой комплекс сооружений, в которых вода подвергается очистке, приобретая качества и свойства, необходимые потребителю.

Выбор методов очистки и состав очистных сооружений в свою очередь зависит от ряда факторов:

- качества воды в источнике;

- назначение водопровода;

- производительности станции очистки;

- местных условий;

- экологической и технико-экономической целесообразности применения способов очистки.

 

Нормы водопотребления на строительных площадках

В хозяйственно-питьевых водопроводах, использующих речную воду, на очистные сооружения возложены задачи осветления, фильтрации и обеззараживания воды. Попутно решаются задачи устранения из воды неприятных запахов и привкусов, вопросы умягчения воды (если это необходимо), устранение ее цветности. Основные показатели качества питьевой воды приведены  в таблице.

 

Основные показатели качества питьевой воды (ГОСТ Р51232 – 98)  «Вода питьевая»

На очистных сооружениях (гидроузел), после насосов первого подъема, производится полная очистка и обеззараживание воды, т.е. доведение ее качества до требуемых норм  согласно ГОСТ  Р51232 – 98.

Методы очистки речной воды включают в себя:

- коагулирование;

- отстаивание (осветление);

- фильтрование;

- обеззараживание (хлорирование, озонирование, обработка ультрафиолетовыми  лучами и т.д.).

 

3.4. Требуемые напоры и зонирование

Гидростатический напор наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода у потребителей не должен превышать допустимые по техническим соображениям  60 м. Если напор во внешней сети превышает норму, допускается зонирование системы водопровода. Зонирование сети, зависящее от рельефа местности, называют вертикальным в отличие от горизонтального зонирования, вызываемого значительными гидравлическими потерями напора при большой протяженности сети или наличии крупных потребителей. Горизонтальное зонирование в большинстве случаев относится к водопроводам больших городов.

Зонирование может быть параллельным (рис.4, зоны 1 и 2), если питание сети происходит из одного источника от общей насосной станции обеих зон водопровода, и последовательным (рис.4, зоны 2 и 3), если в последующей зоне, питаемой от предыдущей, повышается напор станцией подкачки.  

 

Рис.4. Параллельное и последовательное зонирование

 

При параллельном зонировании увеличивается напор в одном из водоводов и требуется установка насосов, создающих большой и малый напоры. Этот вид зонирования применим при наличии большой разницы в величине требуемых потребителями напоров или в случае большой протяженности водопроводной сети, вытянутой вдоль горизонталей города. Последовательное зонирование обычно целесообразно в случае сильно выраженного рельефа местности и относительно небольшого водопотребления объектами верхней зоны. Удорожание и усложнение системы в этом случае происходит главным образом за счет постройки и эксплуатации дополнительных насосных станций.

 

3.5. Водоприемные сооружения для забора поверхностных вод

Водозаборные сооружения берегового типа устраивают при наличии следующих условий в месте забора:

- крутой берег;

- значительная (более 10 м) глубина водоема;

- устойчивые плотные грунты в основании берега;

- амплитуды колебания уровней воды в водоеме более 6 м. благоприятные ледовые условия.

Принципиальная схема работы берегового водозабора раздельного типа приведена на рис.5,а. Он представляет собой колодец 1, выполненный, как правило, из железобетона и располагаемый на склоне берега. Вода поступает в береговой водозабор через входные окна 2, оборудованные с наружной стороны съемными решетками для грубой механической очистки речной воды. Колодец разделен перегородкой 3 на две камеры – приемную 4 и всасывающую 5. В проеме перегородки между камерами устанавливают сетку 6. Из всасывающей камеры вода забирается всасывающими патрубками 7 центробежных насосов 8, расположенными в насосной станции первого подъема 9. Всасывающие трубы центробежных насосов для защиты от повреждений и для облегчения их осмотра и ремонта иногда располагают в специальной галерее 10. Над водоприемным колодцем устраивают служебный павильон 11, из которого осуществляется управление арматурой и механизмами очистки сеток, а также другие операции, связанные с эксплуатацией водозабора. Решетки приемных окон выполняются из стальных стержней с зазорами между ними 40 – 100 мм. Приемные окна располагаются в два яруса при значительном колебании уровней воды в реке.

 

Рис.5. Принципиальная схема водозабора берегового типа:

а) – раздельного; б) совмещенного; 1 – береговой колодец; 2 – приемные окна; 3 – перегородка; 4 – приемная камера; 5 – всасывающая камера; 6 – съемная сетка; 7 – всасывающий патрубок центробежного насоса; 8 – центробежный насос; 9 – насосная станция первого подъема; 10 – галерея для размещения всасывающих труб; 11 – служебный павильон; 12 – напорные водоводы

 

Средняя скорость движения воды через приемные окна – 0,2 – 0,6 м/с.

Для защиты водозаборов от глубинного льда рекомендуется осуществлять следующие основные условия:

- уменьшать скорость течения воды через приемные окна водоза­боров;

- обогревать решетки приемных окон;

- устраивать плавучие запани и коробы;

- устраивать водоприемные ковши.

Для водозаборов средней производительности при малой высоте всасывания насосов и наличии неплотных грунтов в основании берега устраивают береговые колодцы совмещенного типа (см. рис.5,б). При этом днище водоприемного колодца и насосной станции первого подъема выполняют общим.

Водозаборные сооружения руслового типа устраивают при следующих условиях в месте забора воды:

- пологий берег;

- малая (до Юм) глубина водоема;

- неустойчивые грунты в основании берега;

- амплитуда колебания уровней воды в водоеме менее 6м.;

- благоприятные ледовые условия;

- незначительные образования донных наносов.

  Рис.6. Принципиальная схема работы водозабора руслового типа:

1 – оголовок; 2 – самотечная линия; 3 – береговой колодец; 4 – приемная камера; 5 – всасывающая камера; 6 – перегородка; 7 – съемная сетка; 8 – всасывающий патрубок сетевого насоса; 9 – центробежный насос; 10 – насосная станция первого подъема; 11 – павильон; 12 – напорные водоводы

 

Принцип работы водозабора руслового типа отличается от водозабора берегового типа тем, что оголовок всасывания воды из русла реки вынесен далеко (желательно ближе к середине русла реки) от берега и по самотечной трубе вода поступает во всасывающий коллектор циркуляционных насосов станции первого подъема. Скорость движения воды в самотечной линии составляет 0,7 – 0,9 м/с  во избежание их засорения. Их выполняют из стальных, железобетонных и асбестоцементных труб не менее чем в две нитки.

 

Рис.7. Схема дюкера

 

Пересечение водопроводной линией рек балок выполняют:

- в виде дюкера (рис.7);

- по мостам в коробе, заполненном нетеплопроводным материалом.

Дюкер в виде двух трубопроводов, обычно стальных, заглубленных на 1 м в дно реки прокладывается  в узких местах русла пересекаемой реки или водохранилища (пруд, озеро, канал и т. д.).

В каждом случае вопрос о способе пересечения реки или другой водной судоходной преграды должен быть согласован с органами, ведающими судоходством.

 

3.6. Принципы расчета водопроводной сети

Потеря давления в сети.   Система водопровода состоит из отдельных элементов, работа которых должна быть рассмотрена во взаимной связи. Сущность расчета водопроводных сетей сводится к подбору правильных диаметров труб и определению потерь напора для преодоления сопротивлений в трубах при пропуске по ним расчетных расходов воды.

Определять потери напора необходимо для расчета водопроводных сооружений, работающих совместно с сетью.

Рассчитать систему водопровода -  значить назначить сооружения так, чтобы вода была подана потребителям в требуемом количестве с требуемым напором при соблюдении условий экономичности. Основным элементом системы водопровода является водопроводная сеть.

Величину потери напора, h, определяют по формулам гидравлики:

                                                h = λ∙L/Dв ∙(w2/2g),                                                        (15)

где λ – коэффициент потерь напора, зависящий от режима движения воды, шероховатости внутренней поверхности трубопровода, вязкости жидкости;  L – длина трубопровода, м;  Dв – внутренний диаметр трубы, м; w – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;  g – ускорение свободного падения, м/с2.

Гидравлическим уклоном, i, называется потеря напора, отнесенная к единице длины трубопровода:

                                                i = h/L = (λ/Dв)∙w2/2g.                                                   (16)

Движение жидкости в теплопроводах происходит, от сечения с большим давлением к сечению с меньшим давлением за счет разности давления. При перемещении жидкости расходуется потенциальная энергия, т.е. гидростатическое давление на преодоление сопротивления от трения о стенки труб и от завихрения и ударов при изменении скорости и направления движения в фасонных частях, приборах и арматуре.

Падение давления, обусловленное сопротивлениями трения о стенки труб, является линейной потерей; падение давления, вызванное местными сопротивлениями, - местной потерей.

Падение давления ∑Δ p, Па, вызванное трением и местными сопротивлениями, измеряется в долях динамического давления и выражается формулой, известной из курса гидравлики

                                                     ∑Δ p = [(λ /dв)· l + ∑ ζ ]·(w2/2) ·ρ = R l + z,                    (17)

где  λ – коэффициент гидравлического трения определяющий, в долях динамического давления, линейную потерю давления  на длине трубопровода, равной его внутреннему диаметру;  dв – внутренний диаметр трубопровода, м;  l – длина участка, м;  ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке;  w – скорость жидкости в трубопроводе, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м3;  R – падение давления вследствие трения о стенки трубы, Па/м, равное

                                                  R =  [(λ/dв)·(w2/2)·ρ];                                                   (18)

z – падение давления при преодолении местных сопротивлений, Па/м, равное

                                                 z = [∑ζ·(w2/2)·ρ].                                                           (19)

Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от числа  Rе и относительной шероховатости kэ:

                                                    λ = 0,11(kэ/d + 68/Rе)0,25,                                         (20)

где kэ = k/r – эквивалентная относительная шероховатость, равная отношению абсолютной шероховатости к радиусу трубопровода (см.рис.8) 

Рис.8. Разрез шероховатой стенки трубы

 

Из формулы (20) можно сделать вывод, что с уменьшением kэ коэффициент гидравлического трения  также уменьшается, и при увеличении числа Rе > Rепр снижается до минимальных значений (см. рис.9).

Рис.9. Зависимость коэффициента трения гладких труб от числа Рейнольдса (Rе)

 

Потери напора в сети на местные сопротивления ввиду их малого абсолютного значения при расчете наружных водопроводных сетей не учитываются.

 

Рис.10. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов

kэ = 0,0002 м; ρв = 975кг/м3; ρп = 2,45кг/м3; d = 0,07 – 1,392м

 

 

 Рис.11. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов

kэ = 0,0005; ρв = 975 кг/м3; ρп = 2,45 кг/м3; d = 0,070 – 1,392 м

 

 

 Рис.12. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов

 

kэ = 0,0005 м; ρв = 975 кг/м3; ρп = 2,45 кг/м3; d = 0,005 – 0,07

                              R = (λ/dв)·(w2/2)·ρ ;                    (21) ,         z = ∑ζ·(w2/2)·ρ ;                                (22)

На основании формул  (21)  и (22)  составлены таблицы и номограммы для гидравлического расчета теплопроводов. Для примера в сокращенном виде эти таблицы приведены ниже.

 

К расчету теплопроводов

Потери давления Z, Па, в местных сопротивлениях

 

Величину первого сомножителя в формуле (17)

                                                    ζ′ = (λ/dвн)·l + ∑ζ                                                        (23)

называют приведенным коэффициентом сопротивления участка сети.

Скорость жидкости в теплопроводе, м/с, составляет:

                                                                                               Qр

                                                    w = –––––––––––– ,                                                 (24)

                                                                                   3600·(π·D2в)/4

где  Qр – расчетный расход воды в трубопроводе (равный водопотреблению), м3/ч.

Массовый секундный расход жидкости G, кг/с, определяется следующим выражением, с учетом плотности жидкости  ρ = 1000 кг/м3

                                                 G = (Q р∙ρ)/3600                                                           (25)

                                                            

Максимально допустимые скорости движения воды в трубопроводах системы водяного снабжения

Диаметр трубопровода, dу, мм	До 15	15	20	25	32	40	50	Более 50
Максимально допустимые скорости, м/с	0,25	0,3	0,65	0,8	1	1,5	1,5	1,5

 

Зная располагаемое давление, Δр, (17), можно определить среднее удельное падение давление Rср на участке сети длиной l, м, или расчетного циркуляционного кольца, ∑l. Если учесть, что потеря давления в местных сопротивления ориентировочно составляет  50% располагаемого циркуляционного давления ∑Δр, тогда

 0,5∑Δр

                                                     Rср = ––––––––,                                                       (26)

∑l

Ориентируясь на полученное значение  Rср  и определив количество воды Qр, кг/ч, можно с помощью номограммы (см. рис. 10-12) или расчетной таблицы  определить оптимальные диаметры труб расчетного кольца.

Потери напора определяют по таблицам для гидравлического расчета стальных, чугунных и асбестоцементных водопроводных труб Ф.А.Щевелева.

Расчет диаметра трубопровода. Если трубопровод круглого сечения, то мы, очевидно, имеем равенство:

                               G = (F∙w)∙ρ             и                 F = πD2в /4.                               (27)

где F – внутренняя площадь сечения трубопровода, м2.

Тогда, внутренний диаметр трубопровода, м, определится из выражения (24):

                                                         Dв = .                                                                  (28)

При расчете водовода и распределительной сети задаются распределением потоков, поэтому в формулах (24 и 28) постоянными для каждого рассчитываемого участка является  Qр или G.

После определения внутреннего диаметра трубопровода необходимо по каталогу на трубопроводы определить стандартные размеры трубы в мм. Причем, округление диаметров необходимо производить в большую сторону.

Что же произойдет, если мы, сохраняя постоянные величины G,L и h, будем менять Dв? Очевидно: 1) увеличивая диаметр Dв, мы уменьшим скорость w и вместе с тем уменьшим сопротивление h, т. е. экономим электроэнергию, требующуюся для создания начального напора, за счет перерасхода материала труб вследствие применения труб большого диаметра; 2) уменьшая Dв, мы увеличиваем скорость w и вместе с тем увеличиваем h, что потребует большого начального напора. Таким образом, мы перерасходуем электроэнергию за счет экономии материала труб.

В разветвленной, или тупиковой, сети вода движется на каждом участке в одном направлении.

В связи с этим можно установить следующую методику расчета тупиковой сети:

1. Определяют расчетные расходы воды каждого участка и, задавшись скоростями (в пределах рекомендуемых), находят диаметр труб каждого участка.

2. Определяют потери напора по всем линиям. Суммированием потерь напора по направлению от начала сети до самой удаленной и самой высокой (диктующей) точки ее находят общую потерю напора.

3. В соответствии с суммарным расходом сети, полученной потерей напора до диктующей точки, геометрической высотой подъема и требуемым свободным напором подбирают насос.

В кольцевой водопроводной сети, в отличие от тупиковой, направления потоков воды по отдельным линиям не определены, так как в некоторые часы они могут менять первоначальные направления на пртивоположные. Это следует из того, что вода может поступать к каждой точке в зависимости от условий питания с двух сторон.

По каждому участку, кроме воды, потребляемой на его протяжении (путевой расход), протекает расход воды, потребляемой в других смежных и рассматриваемых участках сети, называемый транзитным расходом. Очевидно, транзитный расход  целиком протекает по участку; что касается путевого, то величина его изменяется от 100% в начале до нуля в его конечной точке. При определении расчетного расхода участка учитывается 50% его путевого расхода 

Рис.13. Схема передачи транзитного расхода

 

Транзитные расходы в кольцевой сети (рис.13) могут быть переданы различно. Например, транзитный расход для питания линии кольца 2 сети, состоящей из 4 колец, может быть передан одним из четырех указанных на схеме вариантов. Очевидно, по варианту Ι участок а – b  будет нагружен больше, чем по остальным трем вариантам; по варианту ΙΙΙ он будет меньше всего. В каждом из четырех рассмотренных случаев диаметры линии ec, аb, ас и а d будут различны.

Кольца, образующие распределительную сеть, ограничены линиями, несущими определенные расходы воды в определенных направлениях. Пересечения этих линий образуют узлы. К узлу притекают расходы q1 и q2 и вместе с тем от него утекают расходы  q3, q4  и  q5.

Для того чтобы движение воды в сети происходило именно так как, было намечено, очевидно, должно быть соблюдено равенство:

                                                  q1 + q2 = q3 + q4 + q5,                                                  (29)

или, если считать приходящие к узлу расходы воды положительными, а уходящие – отрицательными, то

                                                   ∑qузл = 0,                                                                   (30)

Выражающее первое условие: сумма расходов, приходящих к узлу, должна равняться сумме расходов, уходящих из него.

Алгебраическая сумма потерь напора по линии в пределах кольца должна быть равна нулю. Это является вторым условием, подтверждающим правильность намеченных направлений движения воды по линиям сети и расходам по ним.

При распределении расходов воды по отдельным линиям сети мы должны соблюдать баланс этих расходов в узлах, согласно первому условию   ∑qузл = 0.

Что касается второго условия – ∑hкол = 0, то ему формула (30) может удовлетворить лишь с некоторым приближением, оперируя с напором по отдельным линиям кольца путем перераспределения расходов, не нарушая первого условия. Такое исправление расходов по линии носит название «увязка» колец сети. Неточность расчета, т.е. превышение какой-либо из сумм потерь напора: положительных, направленных в сторону движения часовой стрелки, или отрицательных, имеющих обратное направление, называемая «невязкой» в кольце, не должна превышать 0,3 – 0.5 м. Увязку сети приходится производить по методу последовательного приближения. Для получения удовлетворительного результата обычно требуется  3 – 4  приближенных расчета. 

 

3.7. Трубы и их соединения

Для устройства внешней водопроводной сети применяются в настоящее время трубы следующих материалов:

- чугунные;

- стальные;

- асбестоцементные;

- железобетонные;

- пластмассовые;

- деревянные;

- стеклянные.

Чугунные раструбные трубы, асфальтированные, изготавливают диаметром от 50 до 1000 мм.  Достоинством чугунных труб и фасонных частей является их устойчивость против коррозии, что делает чугунный трубопровод долговечным. При соединении труб гладкий конец одной трубы вводится в раструб другой. Кольцевое пространство между ними заполняют просмоленной прядью, после чего его зачеканивают цементом. Применяемые в некоторых случаях заполнение раструба резиновыми кольцами заводского исполнения делает соединение труб водонепроницаемым, допускающим небольшие удлинения, менее подверженным загрязнению, чем  при заполнению прядью.

Стальные трубы применяют в случаях, когда давление превосходит 1 МПа, при возможности осадки и колебания почвы, при отдаленности места производства работ, так как транспорт более легких стальных труб обходится дешевле, чем более тяжелых чугунных.

Для устройства водопроводов применяют: электросварные трубы с продольным или спиральным швом; бесшовные горячекатаные. Эти трубы для внешних водопроводов применяют только при отсутствии чугунных труб и для временных водопроводов.

Особое значение имеет защита стальных труб от коррозии. В настоящее время в качестве защитного покрытия применяют битумы, а также гидроизол (асбестовое волокно пропитанное битумом).

Асбестоцементные трубы изготавливают диаметром от 50 – 1000 мм. Трубы цилиндрические, соединяемые посредством асбестоцементных муфт. Фасонные части применяют стандартные чугунные. Достоинства асбестоцементных труб следующие: они значительно легче чугунных, антикоррозийны, легко обрабатываются, не теплопроводны, не подвержены действию электрического тока, внутренняя поверхность их гладкая. Недостатком асбестоцементных труб является их низкая прочность на удары и изгиб, что усложняет их транспортировку и укладку.

Железобетонные трубы применяют главным образом для водоводов и напорной канализации. Их изготавливают в заводских условиях центробежным способом диаметром  300 – 1500 мм для давления до 0,6 МПа. Железобетонные трубы делают с предварительно напряженной арматурой.

Материалом для изготовления труб могут служить винипласт, полиэтилен и другие пластические материалы. Эти материалы обладают большой химической стойкостью; они стойки также в отношении электролитической коррозии. Они механически устойчивы при температурах не выше 40°C. При температуре  40 - 60°C трубы могу работать при пониженном давлении, а при температуре от 60 до 100°C необходима жесткая оболочка. К недостаткам к трубам, изготовленных из полимерных материалов можно отнести: большой коэффициент линейного расширения, который в  7 – 8  раз превышает коэффициент линейного расширения стальных труб, поэтому необходима установка компенсаторов.

В процессе эксплуатации систем водоснабжения особое внимание уделяется сохранности водоводов, содержание в рабочем состоянии арматуры, колодцев и работы сетевого оборудования (насосы, клапана, состояние водозаборных устройств и т. д.).

Не малое значение в процессе эксплуатации водопроводов имеет защита от коррозии. Трубопроводы подвергаются коррозии как с внутренней, так и с внешней стороны. Наиболее значительно корродируют стальные трубы. Коррозия с внутренней стороны способствует образованию отложений и уменьшению сечения трубопровода, что приводит к повышению гидравлического сопротивления трубы и уменьшению пропускной способности.

Для борьбы с внутренней коррозией применяют футеровку труб пластиками, эмалями, стеклом, резиной, цементным раствором. Наружная поверхность водоводов при монтажных работах (для трубопроводов подземной прокладки), также покрывается материалами для предотвращения наружной коррозии. При прокладке водопроводов в каналах, шахтах и тоннелях,  совместно с теплосетями, а также в помещениях с повышенной влажностью, изолируют от конденсации влаги.

Конденсат из воздуха на поверхности какого-либо тела образуется в тех случаях, когда температура поверхности  тела ниже температуры окружающего воздуха. Исходя из сказанного, водоводы располагаемые во влажных помещениях должны быть изолированы специальным изоляционным материалом (Изоляция из минеральной пробки, штукатурный асбестоцементный слой, стекловатные прошивные изделия и т.д.).

Для определения толщины изоляционного покрова водовода для стальных трубопроводов водоснабжения проложенных во влажных помещениях, с целью предотвращения коррозии от конденсации внешней влаги, существует номограмма (рис.14), по которой можно, с достаточной точностью, определить толщину выбранного изолирующего материала.

Порядок пользования номограммой следующий:

Отложив на оси ординат, левое нижнее поле, значение температуры окружающего воздуха tо, проводят горизонтальную прямую до пересечения с кривой относительной влажности, указанной в задаче  φ, из точки пересечения проводим вертикальную прямую в верхнее левое поле до пересечения  с линией разности температур между окружающим воздухом и водой в трубопроводе  (t о – tв). Из этой точки проводят горизонтальную линию во второе поле до пересечения с прямой значения коэффициента теплопроводности изоляции, откуда чертят вертикальную прямую  в четвертое поле до пересечения с кривой заданнаго наружного диаметра трубопровода, затем проводят горизонтальную прямую параллельную оси абцисс до пересечения с правой ординатой определяющей толщину изоляционного слоя принимаемого материала,  δиз.    

Рис.14. Номограмма для определения толщины изоляционного слоя с целью предотвращения конденсации влаги из воздух

 

Примечание: на номограмме пунктирные линии со стрелками показывают порядок определения толщины слоя изоляции, по исходным данным(не имеющим отношения  к примеру 3).

 

---

Пример. Определить толщину изоляции из минеральной пробки, укладываемой на битуме, для трубопровода диаметром  dн = 108 мм, расположенного в помещении с  температурой   окружающего  воздуха   tо = 30ºС  и  относительной  влажностью

φ = 60% . Температура воды в трубопроводе  tв = + 5ºС.Коэффициент теплопроводности для минеральной пробки  λиз = 0,07 ккал/м ∙град.

Перепад температур  tо – tв = 30 – 5 = 25ºС.

По номограмме рис.14 находим толщину утепляющего слоя  δиз = 22 мм.

 

3.8. Арматура водопроводной сети

На наружных водопроводных сетях для обеспечения их правильной и надежной эксплуатации применяются следующие типы запорной арматуры (рис.15,16).

Задвижка –  устройство служащее для выключения отдельных участков сети. Их устанавливают с тем расчетом, чтобы при закрытии их прекращалось водоснабжение одного объекта. Наиболее употребительны в настоящее время задвижки с выдвижным штоком с параллельными и клиновыми дисками. Корпус задвижки выполняется из стальных или чугунных материалов. Разница применения материала для изготовления задвижки обусловлена областью применения, задвижки выполненные из серого чугуна работают в системах водоснабжения с давлением  р ≤ 1,6 МПа и температурой  t ≤ 100º С. Для более высоких параметров энергоносителей применяются задвижки выполненные из специальных сталей (в зависимости от температуры, давления и среды).  

Рис.15. Типы арматуры на водопроводных сетях и водоводах

 

Рис.16. Водопроводная арматура: а – задвижка; б – обратный клапан; в – вантуз

 

Обратный клапан состоит из помещенного внутри корпуса поворотного клапана, который пропускает воду только в одном направлении. При обратном движении воды клапан опускается на «гнездо», к которому прижимается давлением воды. Согласно определению, можно сказать, что движение жидкости через клапан – одностороннее (на данном рисунке  слева на право). Обратные клапаны устанавливают на тех участках сети, на протяжении которых недопустимо обратное движение воды (насосы, циркуляционные системы и т.д.).

Воздушные вантузы устанавливают в повышенных точках сети для автоматического   выпуска  скопляющегося в них воздуха. На рис.17 показана схема установки и принцип действия  вантуза.

 

Рис.17. Устройство воздушного вантуза:1 – чугунный корпус; 2 – крышка; 3 – стальной полый шар с вертикальным штоком; 4 – сбросной патрубок; 5 – клапан для выпуска воздуха

 

В чугунном корпусе 1 с крышкой 2 помещается стальной полый шар 3 с вертикальным штоком. Выделяющийся из воды воздух через патрубок 4 проходит в корпус вантуза и скапливается в его верней части. При накоплении здесь воздуха и опускании вследствие этого уровня воды  шар тоже опускается, открывая соединяющийся с ним клапан 5, и воздух выходит наружу. После этого вода, заполняющая вантуз, поднимается и вместе с ней всплывает  шар перекрывая вертикальным штоком выходное отверстие.

Водоразборные колонки устраивают для разбора воды из водопроводной сети жителями, проживающими в домах, не оборудованных внутренним водопроводом. Колонки устанавливают на прочном основании с обязательной отмосткой для отвода воды (радиус действия одной колонки не более 100м). Давление в сети должно быть не менее 0,1МПа.

Спускные краны, представляющие собой патрубок с задвижками (малого и среднего диаметра в зависимости от диаметра водовода), примыкающие к нижней части трубы, устанавливают на пониженных участках сети для их опорожнения, отключения на ремонт или промывки трубопровода. Горизонтальные трубопроводы укладываются всегда с уклоном 0,002 ÷ 0,005 в сторону дренажных узлов или камер переключений.

 

3.9. Эксплуатация систем водоснабжения 

В каждой из систем водоснабжения (городская,  промышленная), учитывая, что водоснабжение относится к  І – категории  снабжения, имеется диспетчерская служба, в обязанности которой входит оперативное руководство бесперебойного водоснабжения потребителей водой.

Хозяйственно-питьевое водопотребление неравномерно как по часам суток, так и по суткам. Часовые колебания водопотребления населенного места могут быть представлены примерным ступенчатым и интегральным графиками подачи и потребления воды рис.18. 

Рис.18. Графики определения регулирующего объема бака водонапорной башни (резервуар чистой воды)

 

Графики построены, исходя из предположения, что насосы в течение всего периода их работы подают в сеть постоянное количество воды, а сеть потребляет ее неравномерно по часам суток. По ступенчатому графику потребления и подачи регулирующий объем бака равен площади заштрихованных фигур, а по интегральному графику он равен сумме абсолютных величин максимальной положительной и максимальной отрицательной разности ординат кривых подачи и потребления воды, например, (13,0 + 6,14 = 19,14%) среднесуточного расхода воды городом.

Каждое предприятие занимающееся водоснабжением города и промышленных предприятий, имеющее в качестве эксплуатации гидроузлы, водопроводные сети и устройства должно в своей деятельности руководствоваться законами и инструкциями определяющими: содержание водоисточников; обеспечения водой потребителей согласно норм и требований к качеству питьевой воде; содержать системы и установки водоснабжения в исправном состоянии; заключать с потребителями договора на потребление воды.

Предприятие, на чьем балансе находятся источники воды (кроме рек, озер и морей), обязаны выполнять основополагающие требования к содержанию в сохранности источников, устройств по очистке воды, транспортных средств, насосных станций и распределительных сетей с устройствами на них (водоразборных колонок, пожарные гидранты, напорные башни и т.д.).

Специализированное предприятие занимающееся водоснабжением города и промышленных предприятий должно иметь в своей структуре диспетчерскую службу (далее ДИС). В предприятии должны быть разработаны следующие технические документы: схемы сетей водоснабжения указанные на плане города; графики текущих и капитальных ремонтов; графики обхода водопроводов; журналов проведения обходов или ремонтов; журнала дефектов оборудования.

При составлении графиков ремонта оборудования, в результате которого потребители ограничиваются или у них полностью приостанавливается водоснабжение, должны быть включены мероприятия (подвоз воды) обеспечивающие локальное водоснабжение на время ограничения или отключения тех категорий потребителей которым по условиям жизнедеятельности необходимо бесперебойное водоснабжение (больницы, пансионаты, детские сады и ясли, предприятия выпускающие продукты первой необходимости и т.д.).

Время проведения и сроки ремонта должны быть согласованы со следующими организациями:

- МЧС города;

- ДИС города;

- ДИС предприятий водопользователей;

- руководство организаций водопользователей.

Графики ремонта оборудования должны быть увязаны с ремонтом оборудования того предприятия, у потребителей которого нарушается технология производства.

Все плановые и аварийные отключения водоводов или насосных станций как повысительных так и основных на гидроузлах, которые приведут к ограничению или приостановлению водопотребления должны подтверждаться телефонограммами, подписанными руководством водоснабжающей организации, по службе ДИС и  оповещаться по местному радио и телевидению.

Потребители  первой категории должны в обязательном порядке иметь резервные источники водоснабжения (баки холодной воды, артезианские скважины).

 

3.10.  Насосы применяемые в системах водоснабжения 

Для подачи воды от источника до места потребления в основном используются центробежные насосы  вертикального (типа В) и горизонтального (типа Д) исполнения.

Насосы вертикального исполнения в основном устанавливаются в форкамерах насосных первого подъема как резервное или основное оборудование.

Насосы горизонтального исполнения  устанавливаются как в форкамерах гидроузла, так и в насосных станциях  следующих подъемов. Для подъема воды из артезианских скважин используются погружные насосы типа ЭЦВ и ЭПЛ.   

  Рис.18. Насосы типа Д (двойного действия):а – продольный разрез по оси вала; б – вид сбоку;1 – кронштейн; 2 – шарикоподшипник; 3 – сальник; 4 – трубки; 5 – защитное и уплотняющее кольцо; 6 – корпус; 7 – отвод; 8 и 9 – диски и втулка рабочего колеса; 10 – защитное и уплотняющее кольцо; 11 – защитная втулка; 12 – крышка сальника; 13 – вал; 14 – муфта; 15 – кольцо гидроуплотнения; 16 – отверстие для стока воды; 17 – входной патрубок; 18 – выходной патрубок

 

Примеры расшифровки марки насосов:

- Д-200/95: Д – двухстороннего входа, подача 200 м3/ч, напор 95 м;

- ЭЦВ 8-25/300: насос скважинный, для скважины 8 – дюймов, подача 25 м3/ч, напор 300м вод.ст;

- 600В-1,6/100-У2: 600 – диаметр напорного патрубка, мм, В – вертикальный, 1,6 – подача в м3/с, 100 – напор в м, У2 – климатическое исполнение, в данном случае стационарные установки на суше и на воде для тропического климата.

- ЦНС: многоступенчатые насосы с горизонтальным валом для подачи воды в высотные здания. Это секционные насосы, многоступенчатые с числом рабочих колес от 2 – 10. Подача этих насосов от 8 до 850 м3/ч, напор – 40 – 1440 м, допустимый кавитационный запас – 3 – 6 м, КПД – 67 – 77%. Напор этих насосов можно изменить, уменьшая или увеличивая число секций.

 

3.11. Элементы очистной станции водопровода для хозяйственно-питьевых нужд

Процесс очистки воды включает в себя следующие этапы.

Осветвление – это процесс, с помощью которого из воды удаляются содержащиеся в ней взвешенные вещества. Осветление может осуществляться отстаиванием в отстойниках. Для улучшения этого процесса применяют коагуляцию , т.е. вводят в воду химические реагенты, которые способствуют укрупнению и более быстрому осаждению взвешенных частиц. Как видно из рис.20, при вводе разноименных частиц коагулянта происходит притяжение коллоидов воды и укрупнение частиц (хлопьев), что приводит к их выпадению в осадок в камерах хлопьеобразования. 

Рис.19. Комплекс очистных сооружений по очистке воды для хозяйственно-питьевых целей по двухступенчатой технологической схеме: 1 – смеситель; 2 – реагентное хозяйство; 3 – камера хлопьеобразования; 4 – отстойник; 5 – фильтры; 6 – резервуар чистой воды; 7 – хлораторная

 

После отстойников и осветлителей вода подвергается более глубокому осветлению – фильтрованию, в процессе которого она проходит через слой фильтрующего материала фильтров.

Обеззараживание воды осуществляется с целью уничтожения бактерий, главным образом болезнетворных. Наиболее распространенными способами обеззараживания воды являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облучение.

Рассмотрим более подробно сущность основных процессов водоочистки.

Коагулирование примесей называют процесс укрупнения мельчайщих коллоидных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием молекулярного притяжения.

 

                                           До введения коагулянта       После введения коагулянта                                  

                            в осадок

Рис.20. Одноименные коллоидные частицы до ввода коагулянта отталкиваются,  после ввода – притягиваются и выпадают в осадок

 

Коллоидные частицы, содержащиеся в воде, имеют чаще всего отрицательный заряд и находятся во взаимном отталкивании, поэтому не оседают. Реагент (коагулянт), добавленный в воду (процесс протекает в смесителе), образует положительно заряженные ионы. Это способствует взаимному притяжению противоположно заряженных коллоидов и приводит, как показано на схеме рис.20, к образованию укрупненных частиц или, как их принято называть, «хлопьев».

В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий AL2(SO4)3, сернокислое железо  FeSO4, хлорное железо  FeCl2.

Опишем процесс коагуляции в виде химических реакций:

AL2(SO4)3 → 2AL3+ + 3SO42-

После введения в воду коагулянта катионы алюминия взаимодействуют с ней:

AL3+ + 3H2O = AL(OH)3↓ + 3H+↑

Катионы водорода связываются присутствующими в воде бикарбонатами:

H+ + HCO3- → CO2↑ + H2O

Если содержащихся в воде бикарбонатных ионов недостаточно, в воду добавляют соду:

2H+ + CO3-2 → H2O + CO2

На схеме приведены разновидности конструкций сооружений, обеспечивающие протекание процесса коагуляции на станциях очистки:

 

После коагуляции вода направляется в отстойники, а затем на фильтры.

    

                                    

        Рис.21. Устройство для приготовления                   Рис.22. Схема перегородчатого смесителя
        реагентов: 1 – растворный бак; 2 – рас                         1 - подача воды в смеситель; 2 - трубопро
        ходные баки; 3 – дозировочный бачек                          вод для подачи коагулянта; 3 - перелив;4  

                                                                                                   - перегородка с отверстиями; 5 -  водосток;  
                                                                                                   6 - отвод воды в камеру хлопьеобразования

 

Рассмотрим работу реагентного хозяйства, схема рис.21.

При этом способе комья коагулянта загружают в растворный бак 1 с водой, откуда после растворения коагулянт поступает в расходные баки 2, в которых приготавливается раствор определенной концентрации. Этот раствор направляется в дозировочный бачек 3, а из него подается в обрабатываемую воду. Обычно устанавливают два растворных бака, работающих попеременно.

В растворный бак для лучшего растворения коагулянта подают сжатый воздух или пар. Иногда применяют механические мешалки.

Для равномерного перемешивания коагулянта со всей массой воды служат, как указывалось ранее, смесители. Конструкция перегородчатого смесителя представлена на рис.22.

Процесс отстаивания основан на том, что при малых скоростях движения воды взвешенные в ней частицы под действием силы тяжести осаждаются со скоростью u. Поскольку жидкость в период осаждения взвеси тоже двигается со скоростью w, то, чтобы частицы взвеси успели выпасть в осадок за время пребывания очищаемой воды в отстойнике, должно соблюдаться неравенство u > w. При этом считается, что жидкость по отстойнику движется равномерно. Ориентировочно скорость осаждения взвеси для мутных вод, содержащих более 250 мг/л взвешенных веществ, составляет  u = 0,5 – 0,6 мм/с.

  Рис.23. Принцип работы вертикального водопроводного отстойника со встроенной в центральную трубу камерой хлопьеобразования водоворотного типа: 1 – вертикальный отстойник; 2 – центральная труба с вмонтированной камерой хлопьеобразования водоворотного типа; 3 – нижняя коническая часть отстойника; 4 – трубопровод подачи воды в центральную трубу; 5 – гаситель скорости; 6 – сборные желоба осветленной воды; 7 – труба для отвода осветленной воды на фильтрацию; 8 – труба для удаления осадка; Н – высота зоны отстаивания; 0,9 Н – высота камеры хлопьеобразования; D – диаметр отстойника (10 м)

 

Количество взвешенных веществ в воде после прохождения  ею осветления в отстойнике составляет 10 – 12 мг/л

Фильтрование воды через зернистые материалы позволяет улучшить ее качество и довести их до требуемых стандартов, позволяющих использовать ее для питьевых нужд. Слой фильтрующего мелкозернистого  материала задерживает содержащиеся в воде частицы мелкой взвеси. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит и другие материалы. Фильтры могут быть классифицированы по ряду основных признаков. Выбор той или иной схемы фильтров определяется технологическими и технико-экономическими показателями. Медленные фильтры могут применяться для фильтрования не коагулированной воды, содержащей относительно мелкую взвесь. Скорость фильтрования при этом составляет 0,2 м/ч. Фильтры  работающие по принципу скорого фильтрования, широко применяются в практике очистки воды. Скорость фильтрации составляет 6 – 12 м/ч в зависимости от типа фильтров и крупности зерен загрузки.

Рассмотрим принцип работы скорого однопоточного открытого фильтра (рис.24).    

 

Рис.24. Принципиальная схема скорого однопоточного открытого фильтра:а – при фильтровании воды; б – при промывке фильтра;1 – фильтрующий слой песка; 2 – поддерживающий слой гравия; 3 – карман; 4 – желоба, через которые подается на фильтрацию вода; 5 – дренажные устройства для отвода профильтрованной воды; 6 – задвижки

 

Вода поступает в фильтр через карман 3 и желоба 4, проходит через слой фильтрующей загрузки (кварцевый песок) 1 и поддерживающий слой гравия 2. Профильтрованная  вода  отводится  через  дренажные  устройства 5 , расположенные в нижней части фильтра. Расчетная скорость фильтрования, высота фильтрующей загрузки зависят от крупности зерен последней:

Крупность зерен песка, мм	Скорость v, м/ч	Высота слоя песка h, мм
0,5 – 1,25	6	700
0,7 – 1,6	8	1200 – 1300
0,8 - 2	10	1800 - 2000

Поддерживающий гравийный слой предотвращает вымывание фильтрующего материала. Этот слой устраивают высотой 650 мм из частиц крупностью 2 – 40 мм.

Очистку скорых фильтров производят, исходя из опыта их эксплуатации, 1 – 2 раза в сутки (в паводки чаще).

Промывку фильтрующего материала проводят обратным током чистой воды. Скорость промывки фильтров в несколько раз больше скорости фильтрования. Вода взмучивает песок и интенсивно его промывает. Промывная вода отводится через желоба 4.

В результате отстаивания и фильтрования из воды удаляется до 95% бактерий. Для уничтожения оставшихся в воде болезнетворных бактерий воду обеззараживают.

Использование озона для целей обеззараживания воды получает в настоящее время широкое распространение. Озонирование осуществляется пропуском через воду озонированного воздуха, т.е. воздуха, в котором кислород частично переведен в трехатомную форму(О2). Озон обладает высокой бактерицидностью и обеспечивает надежное обеззараживание воды. Озон получают в электрических озонаторах из кислорода воздуха. Использование озона в процессе обеззараживания воды приводит к удорожанию технологии, поэтому этот метод используется при необходимости для обесцвечивания, удаления специфических запахов и привкусов воды.

Метод обеззараживания воды бактерицидным облучением осуществляется с использованием ультрафиолетовых лучей, обладающих бактерицидными свойствами. В качестве источника излучения применяют ртутно-кварцевые лампы высокого и низкого давления. Этот метод, как правило, применяют для небольших количеств воды поверхностных и подземных.

Наиболее распространенным методом обеззараживания воды перед подачей в хозяйственно-питьевые водопроводы является хлорирование. Для этого используют жидкий хлор и хлорная известь.

Воду хлорируют жидким или газообразным хлором, под действием которого большинство бактерий погибают, в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток.

Показателем достаточности принятой дозы хлора является наличие в воде остаточного хлора, концентрация которого для питьевой воды составляет 0,3 – 0,5 мг/л (ГОСТ Р51232 – 98 «Вода питьевая»).  

 

4. Системы технического водоснабжения

Водоснабжение основано на использовании природного сырья – воды. Объем поверхностного стока для северного, западного и центрального районов России 3430 км3/год,  а подземного – 910 км3/год. Суммарный объем эксплуатационных запасов подземных вод  3500 м3/с  (кроме  Восточной Сибири и Дальнего Востока). Общее количество воды для целей централизованного водоснабжения в России составляет в настоящее время  7 км3/год, т.е. около 220 м3/с; 84% этого количества приходится на поверхностные источники, а 16% - на подземные.

Правовое регулирование водопользования для питьевых и бытовых нужд основывается на двух принципах: общедоступность питьевой воды для всех граждан и приоритет использования воды для питья и бытовых нужд. При этом состав и свойства воды должны отвечать определенным требованиям.

Существующие «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Правила санитарной охраны прибрежных вод морей» регламентируют деятельность человека, в целом, в области эксплуатации надземных и подземных водоемов. От правильного выполнения этих правил  зависит не только качество но, и количество водных ресурсов.

Установлено, что человечество в год потребляет  7 млрд. т  воды. При этом ее основными потребителями являются промышленный и сельскохозяйственный комплекс.

Водохозяйственные балансы и прогнозы, составленные во всех промышленно развитых странах, показали, что спрос на воду намного превышает предложение. Запасы пресной воды на Земле уменьшаются катастрофически и по прогнозам  ЮНЕСКО к 2100г. человечество будет испытывать настоящий водяной голод.

Основными категориями потребителей являются:

- водопользование на хозяйственно-питьевые нужды населения;

- водопользование  для производственных  целей на предприятиях промышленности, транспорта, сельского хозяйства;

- водопользование для целей пожаротушения.

На промышленных предприятиях вода во многих случаях используется для охлаждения агрегатов и отдельных аппаратов производственных установок. При этом повышается температура воды, прочие же свойства воды не изменяются и ее можно использовать после охлаждения повторно. В процессе охлаждения часть воды испаряется, а часть в виде мелких капель уносится ветром. Общие потери воды в оборотной системе, составляющие 3 – 7% от полного расхода, восполняются путем подачи свежей воды из источника. Оборот воды применяется в тех  случаях  когда он экономически оправдан.    

Схемы оборотного водоснабжения изображены на рис.25 и 26 (а и б).                                                    

                                           

Рис. 25. Схема водопровода с  повторным использованием воды: 1 – сеть труб; 2 – агрегаты: 3 – сеть нагретой воды; 4 – охладитель; 5 – береговая насосная; 6 – водоприемники; 7 – насосная      

                                                                              

Рис.26. Схема оборотных систем водоснабжения: 1 – охладитель воды; 2 – насос; 3 – трубопроводы охлажденной (б) и горячей (а) воды; 4 – агрегаты; 5 – горячая вода; 6 –  бак для сбора нагретой воды

    

5. Системы вдоотведения

5.1. Сточные воды и их краткая характеристика

Сточные воды – это пресные воды, изменившие после использования в бытовой и производственной деятельности человека свои физико-химические свойства и требующие отведения.

По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные.

Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных  (бани, прачечные и др.) зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий. Это сточные воды, которые поступают в водоотводящую сеть от санитарных приборов (умывальников, раковин или моек; ванн, унитазов и  трапов – напольных приборов с решетками).

Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. К ним относятся отработавшие технологические растворы, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов, вакуум-насосов и охлаждающих систем; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования и производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и их транспортировки.

Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега, как на жилой территории населенных пунктов, так и территории промышленных предприятий, АЗС и др. Часто эти воды называются дождевыми или ливневыми, вследствие того, что в большинстве случаев максимальные (расчетные) расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей).

Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемым в  л/с или м3/с, м3/ч, м3/смену, м3/сут и т.д.; виды (компоненты) загрязнений и содержание их в сточных водах, характеризуемое концентрацией  загрязнений, измеряемой в мг/л  или  г/м3.

В бытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения. Те и другие находятся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Наиболее опасны загрязнения органического происхождения.

В  городах   расход   бытовых    вод   с  1га  площади   кварталов  обычно  равен

0,3 – 2 л/с (удельный расход)  или 10000 – 6000 м3/год. В водоотводящую сеть они поступают сравнительно неравномерно и по часам суток и по часам в году. В дневное время расход больше, чем, в ночное, расходы по часам суток могут изменяться в  2 – 5 раз.

В сточных водах предприятий содержаться в основном загрязнения минерального происхождения, а  пищевой  и легкой промышленности-загрязнения органического происхождения. Количество и неравномерность образования сточных вод, отводимых от предприятий различных отраслей промышленности,  весьма различны.

В дождевых водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения. Расход дождевых вод с  1 га  площади территории города достигает  150 л/с (1 раз в год) и 300 л/с (1 раз в 10 лет). Это в 50 – 300 раз больше расхода бытовых вод. В тоже время общий расход дождевых вод за год составляет  1500 – 2000 м3 с 1 га, т.е. в 5 – 30 раз меньше расхода бытовых вод. Образование (выпадение) дождевых вод происходит весьма неравномерно. Их расход изменяется от нуля (в сухую погоду) до максимального значения  300 л/с (в период выпадения интенсивных ливней).

 

5.2. Основные элементы водоотводящих систем

Водоотведение населенных пунктов разрабатывается на генплане городов в масштабе  1:5000 – 1:20 000 с горизонталями через  1-2м с указанием кварталов и проездов, водоотведение промышленных  предприятий - на генплане в масштабе  1:1000 – 1:5000 с горизонталями через  0,5-1м.

Водоотведение состоит из следующих основных элементов:

- внутренних отводящих сетей в зданиях, оснащенных санитарно-техническим оборудованием;

- внутриквартальных водоотводящих сетей;

- наружной водоотводящей сети;

- аварийно - регулирующих резервуаров;

- специальных сооружений;

- насосных станций и напорных трубопроводов;

- станций очистки сточных вод;

- выпусков аварийных нечищеных потоков сточных вод.

На рис. показана общая схема водоотведения города.

Рис.27. Общая схема водоотведения города: РНС–районная насосная станция; ГНС–главная насосная станция; ОС–очистные сооружения; ПП–промышленное предприятие; 1 – граница города; 2 – наружная (внешняя) водоотводящая сеть трубопроводов; 3 – ливнеспуски; 4 – дюкер; 5 – напорные трубопроводы; 6 – выпуск очищенных сточных вод; 7 – линии водоразделов

                  

Рис.28. Схема внутренней водоотводящей системы жилого дома: 1 – санитарные приборы; 2 – сифоны; 3 – отводные линии; 4 – стояк; 5 – выпуск                                                            

                                                                                                                                         

                                                                    

Рис.29. Схема внутренних водостоков: а-промышленного здания; б-жилого дома с плоской крышей; в – то же, со скатной крышей; 1 – устройство для прочистки; 2 – стояк; 3 – отводные трубы; 4 – водосточные воронки; 5 – гидрозатворы; 6–открытый выпуск; 7 – водосточные трубы; 8 –желоб; 9 – дождеприемник; 10– закрытый выпуск; 11 – смотровые колодцы

 

Рис.30.Схема внутриквартальной отводящей сети: 1–трубопровод внутрикварталь ной сети;   2 – смотровые колодцы;   3 – уличная сеть;  4 – соединительная ветка; КК – контрольный колодец

 

Трассирование уличных сетей и коллекторов канализационной сети производят по плану, с учетом отметок вертикальной планировки объекта. При этом выявляют бассейны канализования, т.е. территории, ограниченные водоразделами. Канализационный трубопровод, обслуживающий бассейн, должен

быть проложен по тальвегу,  к которому  опускаются склоны бассейна (рис.1).

Наружная канализация состоит из разветвленной сети подземных труб и каналов, отводящие сточные воды самотеком к насосным станциям или на очистные сооружения.

Внутриквартальная сеть транспортирует сточные воды от зданий данного квартала в уличную канализацию. Она оканчивается контрольным колодцем (КК), расположенным за пределами квартала перед красной линией застройки.

Уличная сеть городов сильно разветвлена и охватывает обширные территории, поэтому для создания условий приема сточных вод из уличных сетей территорию города разбивают на бассейны канализования (часть канализуемой территории, ограниченная водоразделами). Таким образом, уличная канализация (в пределах каждого бассейна) объединяется одним или несколькими коллекторами бассейнов канализования, которые отводят ее за пределы бассейна в главные коллекторы. Загородные коллекторы (отводные) не имеют присоединений. Они отводят сточные воды за пределы объекта канализования к насосным станциям, очистным сооружениям или к месту их выпуска в водоем.

Поскольку наружная канализационная сеть работает в самотечном режиме, а при больших заглублениях коллекторов этого режима добиться не удается, в пониженных участкахсети устраивают насосные станции для подъема сточных вод на более высокие отметки. Участок сети от насосной станции до самотечного коллектора или очистных сооружений называется напорным коллектором. Трубопровод, предназначенный для отведения в водоем очищенных сточных вод, называется выпуском. Каналами называются коллекторы большого диаметра. Они проектируются только в крупных городах 

 

5.3. Схемы водоотведения городов

Рассмотрим подробно возможные варианты взаимного расположения (в плане) основных элементов наружной канализации, т. е. схемы канализации. От правильного их решения зависит стоимость канализации города в целом.

 

Рис.31. Схемы канализования а-перпендикулярная; б-пересеченная; в-параллельная; г-зонная; д-радиальная; 1 – коллекторы бассейнов канализования; 2 – главный коллектор; 3 – насосная станция; 4 – очистные сооружения; 5 – выпуск очищенных вод в водоем; 6 – напорная ветка; 7 – отводной коллектор; 8 – главный коллектор верхней зоны; 9 – главный коллектор нижней зоны города; 10 – 14  главные коллекторы районов города; 15 – районная насосная станция

 

На выбор схемы канализации оказывают влияние ряд факторов, из которых определяющим является рельеф местности. При плавном его понижении следует использовать пересеченную схему; при отсутствии обратных уклонов – перпендикулярную; при  резком уклоне местности к водоему – параллельную. При сложном рельефе – радиальную, а при неравномерном его падении – зонную.

Рассмотрим подробно их устройство.

Перпендикулярная схема (рис.31,а), применяемая только для отвода в реку чистых атмосферных осадков, предусматривает, что коллекторы бассейнов канализования  1  трассируют по наикратчайшему расстоянию к водоему перпендикулярно ему.    

Пересеченная схема (рис.31,б) применяется в городах. При этой схеме коллекторы бассейнов канализования 1, идущие к водоему, перехватываются главным коллектором 2, транспортирующим сточные воды на насосную станцию 3, откуда они по напорной ветке 6 поступают на очистные сооружения 5. При этом главный коллектор 2 прокладывается параллельно водоему. Эту схему применяют при реконструкции перпендикулярной схемы.

При параллельной схеме коллекторы бассейнов канализования 1 прокладываются параллельно или с небольшим уклоном к направлению движения воды в реке (рис.31,в) и перехватываются главным коллектором 2, отводящим стоки на очистные сооружения 4.

Зонная  схема предусматривает наличие двух главных коллекторов – 8 и 9 – в верхней и нижней зоне города (рис.31,г). При этом из главного коллектора 9 нижней зоны стоки перекачиваются насосной станцией 3 в отводной коллектор 7.

При радиальной схеме коллекторы бассейнов канализования 1 имеют радиальное направление от центра города к его периферии, Каждый район имеет свой главный коллектор 10 – 14, очистные сооружения и, если необходимо, свою насосную станцию 15 (рис.31,д), Эта схема удобна тем, что при расширении застройки  города не требуется перестройка действующих коллекторов.

 

5.4. Способы трассировки уличных сетей

Важное значение имеет правильное трассирование уличных канализационных сетей.

На рис.32 приведено графическое изображение применяемых на практике способов трассировки: объемлющей, по пониженной стороне квартала и чересквартальной, а также даны обоснования их применения.

На глубину заложения уличной сети влияют следующие параметры:

- обеспечение приема сточных вод от: внутриквартальных сетей зданий специального назначения промышленных предприятий;

- защита труб от механических повреждений;

- предохранение труб от замерзания.

  

Рис.32. Способы трассировки канализационных сетей

 

Наименьшую глубину заложения канализационных труб  h (до низа лотка трубы) определяют по СНиП 3.05.04 - 84*, исходя из глубины промерзания грунта (Нпром) с учетом того, что температура транспортируемых стоков - 10÷15°C. Но от поверхности земли до верхней образующей трубы должно соблюдаться расстояние не менее  0,7 м, что сохранит трубу от механических повреждений. Тогда можно записать:

                                               h = Нпром – (0,3 – 0,5) ≥ 0,7 + Dтрубы.                            (31)

Данное применение выражения (1) проиллюстрировано на рис.7.

Начальную глубину заложения  уличной сети находят по формуле:

                                               Ннач = h + i(L+1) – (Z1 – Z2) + Δd,                                 (32)

где h – наименьшая глубина заложения труб от сети поверхности земли до лотка трубы в наиболее удаленном колодце внутриквартальной сети см.(1); i – уклон внутриквартальной сети; L+1 – длина внутриквартальной сети от наиболее удаленного колодца до места присоединения ее к уличной сети; Z1– Z2 – отметки поверхности земли у наиболее удаленного колодца внутриквартальной сети и у места ее присоединения к уличной сети; Δ d – разница диаметров трубопроводов уличной и внутриквартальной сети у места их соединения.

Наибольшая глубина заложения канализационных труб зависит от способа их прокладки. При открытом способе работ глубина заложения коллекторов составляет, как правило, 10 – 15м в сухих грунтах и только 5 – 7м в мокрых. Однако обычно коллекторы прокладывают на значительной глубине (более 20м). что делает применение открытого способа работ невозможным либо очень дорогим. Кроме того, в условиях плотной городской застройки использование закрытого способа прокладки не создает лишних неудобств  для пешеходов и транспорта.               

Рис. 33. Схема определения минимальной глубины заложения канализационных труб Н – глубина промерзания грунта, м.                   

 

Рис.34. График зависимости стоимости строительства (*С,руб.) коллектора от глубины его заложения

 

Примечание к рис.34: *С,руб. – стоимость одного погонного метра канализационной трубы в зависимости от глубины заложения h,м, на 2001 год, для определения стоимости этих работ в текущем году необходимо стоимость работ на 2001 год умножить на коэффициент инфляции текущего года. К примеру, коэффициент инфляции в 2005 году по отношению к 2001 году составил  2,466, тогда, стоимость 1-го погонного метра канализационной трубы заложенной на глубину 20м в 2005году будет стоить: 400×2,466=986,4руб.

Из всех существующих методов закрытой проходки  наиболее часто применяется щитовой. При этом способе производства работ, как видно из графика (рис.34), стоимость (С) производства работ по прокладке канализационного коллектора практически не зависит от его глубины заложения (h) – линия 2, тогда как стоимость при открытой прокладке (С) растет пропорционально глубине заложения (h) коллектора – линия 1.

Укладку всех видов сетей необходимо вести параллельно оси уличного проезда или красной линии застройки. При пересечении канализационных труб с водопроводными, как правило, первые прокладываются ниже водопроводных с расстоянием в свету между трубами по вертикали не менее 0,4м. В противном случае водопровод заключается в кожух длиной не менее 5, а в фильтрующих грунтах – 10 метров в обе стороны (по горизонтали) от места их пересечения.

 

5.5. Основы гидравлического расчета канализационных сетей

Канализационную сеть рассчитывают на пропуск максимального секундного расхода сточных вод, л/с :

                                                    qmax.c. = N·qж·Кобщ/86400,                                           (33)

где  N – численность населения города;  qж – норма отведения бытовых вод принимается равной водопотребления (холодного и горячего водоснабжения) см. табл.1; Кобщ – общий коэффициент неравномерности водоотведения бытовых сточных вод (табл.9) определяется в зависимости от величины среднего секундного расхода, л/с:

                                                     qср.с. = qж·N/86400,                                                   (34)

 

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах 

 

При расчете канализационных сетей удобно вычислять расходы, используя понятие модуля стока, л /(с·га) по формуле:

                                                  qо = p·qж/86400;                                                          (35)

где р – плотность населения на 1га табл.4; при определении максимального значения секундного расхода в жилой зоне  с площадью кварталов F,га:

                                                  qmax.c. = qо·F·Kобщ.                                                       (36)

 

Общие коэффициенты неравномерности притока бытовых вод от города

 

Максимальный секундный расход для производственных сточных вод:

                                                  qmax.c. = Псм·qпр·Kч/T·3600,                                          (37)

где qпр – норма водоотведения на единицу продукции, м3; Псм – количество продукции в смену с максимальной выработкой продолжительностью Т, ч; Кч – коэффициент часовой неравномерности водоотведения производственных сточных вод, зависящий от технологических условий табл.10.

 

Нормы водопотребления на промышленных предприятиях

 

 

Общие коэффициенты неравномерности водоотведения бытовых сточных вод

Классификация городов по группам	Численность населения, тыс. чел.	Средняя плотность жилого  фонда, м3/га	Средняя плотность населения, чел/га
Малые	До 50	240	200
Средние	50 – 100	3200	270
Большие	100 – 250	3400	285
Крупные	Более 250	4000	330

 

Расчетный расход сточных вод на участке канализационной сети определяется по формуле:

                                                 qр = qтр + qпоп + qс,                                                       (38)

где  qтр – транзитный расход воды, поступающий в расчетный участок сети из боковой сети;  qпоп  – попутный расход, поступающий в расчетный участок сети от зданий прилегающего квартала. Этот расход условно считают присоединенным в начале участка сети, к которому примыкает квартал;  qс – сосредоточенный расход от промышленного предприятия.

Рис.35. Схема к расчету расхода сточных вод

 

Просуммировав указанные расходы, получим расчетный расход – qр на участке (1 – 2)  канализационной сети.

Бытовую канализацию рассчитывают на частичное наполнение труб – Н/D (рис.36).

 

Рис.36. Схема определения наполнения канализационных труб

 

Расчетные наполнения в трубопроводах бытовой канализации рекомендуется принимать в зависимости от диаметра труб:

 

Минимальные диаметры трубопроводов сетей уличной канализации применяются в зависимости от степени канализации:

 

 

Расчетной скоростью называют скорость течения при расчетном расходе и наполнении. Минимальной скоростью (самоочищающей) называют наименьшую допустимую скорость течения, при которой обеспечивается самоочищение труб (рис.37):

 

 

Наибольшую расчетную скорость движения сточных вод следует принимать 8 м/с – для металлических труб и 4 м/с – для неметаллических труб.

 

Рис.37 Схема непрерывного передвижения отложений в водоотводящей сети

 

Канализационные трубы прокладываются с уклоном.

Наименьшим уклоном трубы называется уклон, обеспечивающий при расчетном наполнении трубы скорость самоочищения.

Гидравлический расчет напорных трубопроводов заключается в определении диаметра и потерь напора.

При полном заполнении сечения трубы q = ω·v = vπd2/4, отсюда диаметр трубы равен

 

                                                    d = .                                                              (39)

где v – скорость движения воды в трубопроводах, которую следует принимать такой, чтобы обеспечивался оптимальный режим работы системы насосы – трубопроводы. Эта скорость равна  1,5 – 2,5 м/с.

 

 Рекомендуемые наполнения и минимальные скорости и уклоны

 

Потери напора определяются по следующей формуле:

                                                   h = λ·l·v2 / d·2g,                                                          (39)

где  λ – коэффициент трения для расчета трубопровода, зависит от режима течения жидкости, состояния внутренних поверхностей трубопровода (относительной шероховатости), для ламинарного движения жидкости в самотечных трубопроводах при  Re < 2300, коэффициент λ, с достаточной точностью можно определить из следующего выражения

                                                  λ = 64/Re.                                                                    (40)

При расчетах действующих трубопроводов, или при затруднениях в  определении истинной шероховатости внутренней поверхности рассчитываемого трубопровода, предлагается формула Блазиуса для гидравлически гладких труб:

                                                  λ = 0,3164/Re 0,25   (Re > 2300).                                 (41)

Для гидравлически шероховатых труб при турбулентном режиме течения

                                                  λ = 0,11(Δ/d + 68/Re)0,25,                                            (42)

где Δ- эквивалентная абсолютная шероховатость, измеряемая в тех же единицах, как и диаметр d, чтобы отношение Δ/d было безразмерным.

 

5.6. Трубопроводы и каналы для транспортирования сточных вод

В практике строительства водоотводящих сетей наиболее широко используются трубы круглого сечения, которые в большей степени удовлетворяют гидравлическим, технологическим, строительным и другим требованиям. На рис.38 - 42 показаны различные формы поперечных сечений водоотводящих труб, коллекторов и каналов,  подразделяющихся на круглые, сжатые и вытянутые.

Круглый трубопровод имеет гидравлически наиболее выгодную форму, обладает большей пропускной способностью и удовлетворяет требованиям индустриализации строительства. Круглая форма сечения предпочтительна для осуществления прочисток от выпавшего осадка.

 

Рис. 38. Круглый трубопровод

 

                                                  

 

Рис.39. Сжатые  формы поперечного сечения водоотводящих труб: 1 – полукруглое; 2 – лотковое; 3 – пятиугольное

 

Сжатые формы сечений обеспечивают меньшее их заглубление и применяются при незначительных колебаниях расходов сточных вод.

 

                                             

Рис.40. Коллекторы имеющие вытянутые формы сечения 1 – шатровое; 2 – яйцевидное; 3 – яйцевидное перевернутое

 

Коллекторы, показанные на рис.40 целесообразно применять при больших колебаниях расходов, так как практически при любом наполнении обеспечивается оптимальное соотношение глубины и ширины водного потока. 

Рис.41. Коллекторы банкетного сечения

 

Для отвода сточных вод со значительными колебаниями расходов применяются 

ля отвода сточных вод со значительными коение глубины и ширины водного потока.аниях расходов, так как практически при любом напколлекторы, имеющие банкетное сечение (рис.41).

  

Рис.42. Незамкнутые сечения коллекторов

 

За пределами городов и населенных пунктов возможно применение незамкнутых сечений (без перекрытий) трапецеидальных и прямоугольных форм каналов. Они применяются для транспортирования сточных вод в пределах очистных станций – от сооружения к сооружению.

Соотношения их геометрических размеров часто диктуются планировочными и технологическими требованиями. При этом следует иметь в виду, что строительство трубопроводов гидравлически наивыгоднейших сечений  более экономично.

Трапецеидальные сечения являются гидравлически наивыгоднейшими при соотношении:         

                                                     ______

b/h = 2·(√ 1 + m²  – m),   где   m = ctg α, а прямоугольное – при  b/h = 2.

 

5.7. Сооружения на канализационных сетях

    

 

Рис.43. Лотки смотровых колодцев: а – линейные; б – поворотные; в – узловые; 1 – стенки колодцев; 2 – лотки; 3 – трубы

 

На канализационных сетях сооружают колодцы и камеры. Камеры сооружают на всех канализационных сетях в местах соединения нескольких линий больших диаметров в один коллектор.

Устройство лотков в колодцах различного назначения приведено на рис.43. Как видно из рисунка, поворотный колодец отличается от линейного формой лотка, который имеет криволинейное очертание в виде плавной кривой с минимальным радиусом искривления, равным двум – трем диаметрам труб. Угол поворота не должен быть менее 90º.

Устройство типового круглого колодца из стандартных железобетонных колец для уличной сети представлено на рис.44.

При устройстве колодцев в слабых грунтах в районах вечной мерзлоты и в сейсмических районах под колодцы предусматривается специальное основание. Стенки внутри колодцев рекомендуется герметизировать. Соединение труб разных диаметров хозяйственно-бытовой канализации чаще всего осуществляется способом «щелыга в щелыгу», т.е. по верхним образующим труб. 

Рис.44. Устройство типового круглого колодца из стандартных железобетонных колец для уличной сети диаметром  150 – 600 мм: 1 – круглый люк с крышкой; 2 – регулировочные бетонные кольца; 3 – опорное кольцо; 4 – кольцо диаметром  700 мм и высотой  300 – 600 мм; 5 – плита; 6 – кольцо; 7 – регулировочные кольца; 8 – основание; 9 – щебеночная подготовка; 10 – скобы для спуска в колодец

 

Дождевые воды , стекающие с поверхности земли, поступают в закрытую водосточную сеть через дождеприемники (рис.45).

                          

                                         а)            б)

Рис.45. Схема устройства железобетонного (а) и с пластмассовой камерой (б) дождеприемника: а - 1 – приемная решетка; 2 – соединительная ветка; 3 – лоток с набивкой; 4 – песчаная подушка; 5 – основание (размеры даны в сантиметрах; б- 1 – решетка чугунная; 2 – чугунное опорное кольцо; 3 – бетонная коническая горловина; 4 – пластмассовая камера; 5 – уплотнительное резиновое кольцо

 

При интенсивных дождях часть сточных вод через ливнеспуски сбрасывается в водоем без очистки. Схема работы ливнеспуска приведена на рис.46.

 

Рис.46. Схема ливнеспуска: 1 – оголовок ливнеотвода; 2 – ливнеотвод; 3 – береговой коллектор; 4 – камера ливнеспуска; 5 – водослив

 

5.8. Насосные канализационные станции

Канализационные насосные станции (КНС) строят, когда рельеф местности не позволяет отводить сточные воды и атмосферные осадки самотеком к месту очистки. Эти станции необходимо строить, если глубина канализационных коллекторов превосходит  4 – 8м. Наиболее целесообразно располагать канализационные насосные станции на свободных территориях вблизи промышленных предприятий, складских помещений и зеленых массивов.

КНС разделяются на четыре группы: для перекачивания бытовых сточных вод, производственных сточных вод, атмосферных вод и осадков.

Станции первой группы могут быть районными, перекачивающими сточную жидкость из отдельных коллекторов в главный коллектор, и главными, перекачивающими сточную жидкость на очистные сооружения. На станциях второй группы предусматривается защита оборудования от агрессивной сточной жидкости и периодическая промывка оборудования.