В. В. Земляной, Б. В. Леонов, Л. В. Кучерова, А. А. Надежкина, П. И. Шевченко

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ebooks@prospekt.org

Информация о книге

УДК 628.1

ББК 38.761

         В62

Земляной В. В., Леонов Б. В., Кучерова Л. В., Надежкина А. А., Шевченко П. И.

Учебно-методический комплекс дисциплины «Водоснабжение» (УМКД) состоит из трех разделов: водопроводные сети, водозаборные сооружения, водоподготовка. В первой части УМКД приведены рабочая учебная программа, лабораторный практикум по водопроводным сетям и методические указания по выполнению курсового проекта «Расчет и проектирование водозаборных сооружений».

УМКД предназначен для студентов очной и заочной форм обучения специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

УДК 628.1

ББК 38.761

© Дальневосточный государственный технический университет, 2008

© ДВФУ, 2015

© ООО «Проспект», обложка, 2015

© ООО "Проспект", электронная версия книги, 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методический комплекс дисциплины «Водоснабжение» (УМКД) предназначен для студентов очной и заочной форм обучения специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».

Материал курса «Водоснабжение» – неотъемлемая часть комплекса знаний, необходимых для подготовки инженеров по специальности «Водоснабжение и водоотведение». Изучение материала курса предусматривает обучение будущих специалистов выбору источников водоснабжения, рациональному их использованию и охране, методам подготовки кондиционирования воды для хозяйственно – питьевых и других целей жизнедеятельности населения, обоснованию систем подачи и распределения воды, разработки их схем, а также взаимодействию внешних и внутренних сетей водоснабжения. Материал подготовлен в соответствии с ГОС ВПО направления подготовки дипломированных специалистов 653500 «Строительство по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение», утвержденных Минвузом РФ в 200 г.

Учебно-методический комплекс дисциплины «Водоснабжение» (УМКД) состоит из трех разделов: водопроводные сети, водозаборные сооружения, водоподготовка, содержит рабочую учебную программу, методические указания к практическим занятиям, методические указания по выполнению самостоятельной работы студентов, лабораторный практикум по водопроводным сетям, методические указания по выполнению курсового проекта «Расчет и проектирование водопроводных сетей», методические указания по выполнению курсового проекта «Расчёт и проектирование водозаборных сооружений», лабораторный практикум по водоподготовке, методические указания по выполнению курсового проекта «Расчёт и проектирование станций водоподготовки», конспект лекций и тесты для текущей и итоговой аттестации, учебные пособия: «Моделирование фильтрации подземных вод», «Водозаборные сооружения подземных вод», «Методы улучшения качества подземных вод». В первой части УМКД приведены рабочая учебная программа, лабораторный практикум по водопроводным сетям и методические указания по выполнению курсового проекта «Расчёт и проектирование водозаборных сооружений».

Методические указания содержат основные теоретические сведения по соответствующим темам выполнения лабораторных работ, порядок выполнения работ и обработки результатов. Для проверки знаний полученных в результате выполнения лабораторных работ, составлены контрольные вопросы.

В методических указаниях изложены требования к содержанию и объему курсового проекта. Отмечены основные вопросы по оценке условий забора воды из поверхностных источников, обоснованию типа водозаборных сооружений и их конструкции, выбору основного технологического оборудования. Рассмотрены особенности схематизации условий формирования эксплуатационных запасов подземных вод речных долин и выбора расчетной гидрогеологической схемы. Даны рекомендации по обоснованию типа водоприемных сооружений и схемы их расположения. Изложены особенности конструктивных элементов водозаборных сооружений. Приведен перечень необходимой технической литературы.

Рабочая учебная программа

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является обучение будущих специалистов выбору источников водоснабжения, рациональному их использованию и охране, методам подготовки кондиционирования воды для хозяйственно-питьевых и других целей жизнедеятельности населения, обоснованию систем подачи и распределения воды, разработки их схем, а также взаимодействию внешних и внутренних сетей водоснабжения. Дисциплина предусматривает обучение правилам проектирования систем водоснабжения, реконструкции и модификации водопроводного комплекса при интенсификации и совершенствовании его работы.

Задачи изучения дисциплины – подготовка специалистов к проектно-конструкторской, производственно-технологической, эксплуатационной и научной деятельности.

Начальные требования к освоению дисциплины (перечень предшествующих дисциплин, их разделов)

Изучение этой дисциплины требует от студента хорошей подготовки по ряду общетехнических дисциплин: системы водоснабжения, системы подачи и распределения воды, водозаборные сооружения (сооружения для забора воды из поверхностных источников, сооружения для забора подземных источников).

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Студент в процессе освоения курса должен знать источники централизованного водоснабжения, устройство и расчет водозаборных сооружений, системы и схемы водоснабжения населенных пунктов, нормы и режимы водопотребления, основы трассировки и проектирования водоводов и водораспределительных сетей и сооружений на них, выбор оптимальных режимов работы систем подачи и распределения воды; основные технологические схемы и сооружения по улучшению качества воды, соответствующего современным нормативам, их проектирование и расчет; основы водоснабжения объектов сельского хозяйства; основы изысканий и проектирования водоснабжения.

Студент должен уметь: производить расчет систем подачи и распределения воды и анализировать полученные результаты, а также водоприемных и водоочистных комплексов; применять методику технико-экономического обоснования применяемых решений. Им должны быть освоены методы проведения соответствующих расчетов с применением ЭВМ.

Студент должен иметь навыки применения решений, обеспечивающих экономическую и техническую эффективность проектируемых, реконструированных и эксплуатируемых систем водоснабжения, которые базируются на использовании методов современных технологий.

Объём дисциплины и виды учебной работы

Очная форма обучения

Вид учебной работы | Всего ч | Распределение по семестрам
5 сем. | 7 сем. | 8 сем.
Общая трудоёмкость дисциплины | 238 |  |  |
Лекции | 96 | 36 | 28 | 32
Лабораторные занятия | 48 | 18 | 14 | 16
Практические занятия | 46 |  | 14 | 32
Всего самостоятельная работа | 48 | 18 | 14 | 16
В том числе: курсовое проектирование |  |  |  |
Вид итогового контроля (экзамен, зачёт) | Экз. | Экз. | Экз. | Экз.

Заочная форма обучения

Вид учебной работы | Всего ч | Распределение по годам
3 | 4 | 5
Общая трудоёмкость дисциплины | 238 |  |  |
Лекции | 36 | 12 | 12 | 12
Лабораторные занятия | 22 | 8 | 8 | 6
Практические занятия |  |  |  |
Всего самостоятельная работа | 180 | 60 | 60 | 60
В том числе: курсовое проектирование |  |  |  |
Вид итогового контроля (экзамен, зачёт) | Экз. | Экз. | Экз. | Экз.

Содержание дисциплины

Распределение учебного материала по видам занятий

№ пп | Наименование раздела дисциплины | Распределение по видам (ч)
Лек | ЛЗ | ПЗ | СРС
1.1 | Введение | 2 |  |  |
1.2 | Природные источники водоснабжения | 2 |  |  |
1.3 | Водопотребление | 2 |  |  |
1.4 | Режимы потребления воды | 2 |  |  |
1.5 | Общая схема системы водоснабжения объекта | 2 | 2 |  |
1.6 | Режим работы водоснабжения | 2 | 2 |  |
1.7 | Общие вопросы проектирования водоводов и водопроводных сетей | 4 | 2 |  |
1.8 | Теоретические основы и методы гидравлического расчета водопроводных сетей | 4 | 2 |  |
1.9 | Применение вычислительной техники для расчета и проектирования систем подачи и распределения воды (СПРВ) | 4 | 4 |  |
1.10 | Принципы технико-экономического расчета водопроводных сетей | 4 | 2 |  |
1.11 | Особенности проектирования и расчета зонных систем водоснабжения | 4 |  |  |
1.12 | Устройство водопроводных сетей | 2 | 4 |  |
1.13 | Регулирующие и запасные резервуары | 2 |  |  |
2.1 | Сооружения для забора подземных вод | 14 | 14 | 7 |
2.2 | Сооружения для забора воды из поверхностных источников | 14 |  | 7 |
3.1 | Состав природных вод, основные методы и технологические схемы их кондиционирования | 2 |  |  |
3.2 | Коагулирование примесей воды | 2 | 2 | 2 |
3.3 | Смешение реагентов с водой | 2 | 2 | 2 |
3.4 | Камеры хлопьеобразования | 2 | 2 | 2 |
3.5 | Предварительная обработка воды | 2 | 2 | 2 |
3.6 | Удаление примесей из воды фильтрованием | 4 | 2 | 2 |
3.7 | Обеззараживание воды | 2 | 2 | 2 |
3.8 | Дезодорация воды | 2 | 2 | 2 |
3.9 | Фторирование и обесфторирование воды | 4 |  |  |
3.10 | Обезжелезивание и деманганация воды | 4 |  |  |
3.11 | Умягчение воды | 4 | 2 | 2 |
3.12 | Общие вопросы проектирования водопроводных комплексов | 2 |  |  |

Содержание лекционного курса

Введение

Роль воды в развитии общества. Водопотребление и водопользование. Водоснабжение как технологический комплекс процессов в инженерных сооружениях и санитарно-гигиенических мероприятиях по добыче, улучшению качества и обеззараживанию, транспорту и распределению воды между потребителями. Основные категории потребителей воды. Требования потребителей воды к ее качеству. Основные направления и проблемы рационального использования природных вод. Водоснабжение и водопотребление. Исторический обзор развития водоснабжения. Развитие водоснабжения в РФ в соответствии с изменяющимися условиями жизни. Обеспечение потребителей водой путем создания районных и групповых систем водоснабжения. Роль сельскохозяйственного водоснабжения. Достижения отечественной науки, техники и практики в области водоснабжения. Пути дальнейшего развития и совершенствования систем водоснабжения в свете положений Конституции и Правительства РФ по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов. Основные проблемы водообеспечения, водоснабжения, водопотребления и водопользования.

Природные источники водоснабжения

Виды природных источников водоснабжения. Требования, предъявляемые к источникам водоснабжения. Характеристика природных водных ресурсов и источников водоснабжения по запасам, дебету, качеству и санитарно-гигиеническому состоянию. Влияние деятельности человека на состояние природных источников водоснабжения.

Охрана природных источников водоснабжения от загрязнения и истощения. Комплексное использование природных источников. Общие сведения о водном законодательстве РФ. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и сооружений систем водоснабжения.

Водопотребление

Потребление воды на хозяйственно-питьевые, производственные, противопожарные и другие нужды. Нормы расходования воды. Методы определения количества потребляемой воды на различные нужды. Требования к качеству воды для различных видов потребителей.

Режимы потребления воды

Режим потребления воды на хозяйственно-питьевые цели населения. Неравномерность расходования воды во времени и факторы ее определяющие. Понятие о коэффициентах суточной и часовой неравномерности и определение их значений. Взаимосвязь значений коэффициентов неравномерности и режима водопотребления. Табличное и графическое отражение режима водопотребления. Режим расходования воды на производственные и бытовые нужды промышленных предприятий, поливку улиц и зеленых насаждений. Различные виды задания режима водопотребления промпредприятий и населенных пунктов. Определение расчетных средних и максимальных суточных, часовых и секундных расходов.

Общая схема системы водоснабжения объекта

Основные элементы системы водоснабжения, их роль, функциональная взаимосвязь. Взаимное расположение. Влияние на схему системы водоснабжения вида и расположения источника, рельефа местности, взаимного расположения потребителей, требований к количеству и качеству потребляемой воды, а также требований надежности водоснабжения. Обоснование степени централизации и критерии выбора систем водоснабжения.

Режим работы водоснабжения

Режим работы отдельных сооружений систем водоснабжения. Их технологическая (функциональная) взаимная связь. Графическое изображение взаимосвязи режимов водоподачи и водопотребления. Роль насосных и очистных станций, водонапорной башни и резервуаров чистой воды в работе системы водоснабжения. Их значение в обеспечении экономичности и надежности работы системы. Определение регулирующих (аккумулирующих), противопожарных и аварийных объемов запасов воды в баке водонапорной башни и резервуарах чистой воды. Определение требуемого свободного напора водопроводной сети и высоты водонапорной башни. Основные расчетные режимы работы систем водоснабжения. Особенности режимов работы системы водоснабжения с несколькими водопитателями и напорно-регулирующими емкостями. Особенности работы и расчета безбашенных систем водоснабжения. Обоснование режимов работы насосных станций и емкостей.

Общие вопросы проектирования водоводов и водопроводных сетей

Типы водоводов и водопроводных сетей. Требования, предъявляемые к ним. Принципы трассировки водопроводных линий. Учет требований надежности функционирования систем подачи и распределения воды. Методы обеспечения требуемой надежности. Модели отбора воды из сетей. Особенности подачи воды магистральными и распределительными линиями кольцевой водопроводной сети. Расчетные режимы отбора воды из сети. Расчетные схемы отбора воды из сети. Принципы определения диаметров труб водопроводных линий и потерь напора в них Выражение величины экономических затрат для водопроводных линий (водоводов) при подаче воды насосами и при гравитационной подаче по напорному водоводу. Определение экономически выгодных диаметров труб. Потери напора в трубопроводах. Формулы и таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб из различных материалов. Учет возможного изменения гидравлического сопротивления труб в процессе эксплуатации.

Теоретические основы и методы гидравлического расчета водопроводных сетей

Свойства водопроводных сетей. Задачи гидравлического расчета кольцевых водопроводных сетей. Предварительное потокораспределение в кольцевых сетях с учетом требования надежности. Теоретические основы гидравлических расчетов водопроводных сетей. Теория и практические методы внутренней увязки кольцевых сетей (В.Г. Лобачева, М.М. Андрияшева и др.). Численные методы поверочных расчетов сетей с учетом их совместной работы с водопотребителями, аккумуляторами воды и при наличии нефиксированных отборов.

Анализ и использование результатов расчета сети для определения рабочих давлений, пьезометрических отметок и свободных напоров в ее отдельных точках. Выбор режима работы водопотребигелей. Подбор марки насосов. Особенности расчета разветвленных сетей. Особенности расчета гравитационных водоводов. Расчет водовода. Определение числа переключений на водоводах по допустимому снижению подачи воды при аварии. Защита водоводов от гидравлического удара.

Применение вычислительной техники для расчета и проектирования систем подачи и распределения воды (СПРВ)

Задачи оптимизации СПРВ, решаемые с применением ЭВМ. Возможности повышения экономичности и надежности систем подачи и распределения воды благодаря применению ЭВМ. Этапы решения задач расчета системы подачи и распределения воды.

Принципы технико-экономического расчета водопроводных сетей

Основы теории технико-экономического расчета водопроводных сетей. Вопросы о возможности нахождения значений наивыгоднейших диаметров труб кольцевой сети при незаданном или заданном потокораспределении. Практические методы нахождения наивыгоднейших диаметров труб при заданном потокораспределении.

Особенности проектирования и расчета зонных систем водоснабжения

Область применения зонных систем водоснабжения. Технико-экономические обоснования зонирования. Основные типы зонных систем водоснабжения. Сооружения, необходимые при устройстве зонных систем. Станции подкачки. Станции регулирования (напорно-регулируюшие узлы). Экономическая и техническая оценка устройства зонных систем водоснабжения.

Устройство водопроводных сетей

Основные виды труб, стандарты, сортаменты и их характеристика. Металлические трубы: стальные, чугунные. Мероприятия по защите металлических трубопроводов от коррозии. Неметаллические трубы: асбестоцементные, железобетонные, пластмассовые. Трубы из других материалов. Способы соединения труб. Проектирование водоводов и сети. Деталировка. Технико-экономическое обоснование выбора материала и класса прочности труб. Размещение трубопроводов и арматуры в поперечном и продольном профиле улиц и проездов. Арматура и сооружения на сети. Различные виды арматуры, применяемой при устройстве водоводов и водопроводной сети. Колодцы на сети и их конструкции. Туннели (коллекторы) проходные и непроходные. Упоры и их типы. Способы перехода водопроводных линий через препятствия. Особенности устройства водопроводных сетей и водоводов в особых условиях: зоны распространения многолетнемерзлых грунтов, просадочных грунтов, зоны повышенной сейсмичности и др.

Регулирующие и запасные резервуары

Классификация регулирующих (аккумулирующих) и запасных емкостей, область применения. Водонапорные башни, водонапорные колонны, резервуары, гидропневматические установки. Их оборудование трубопроводами, арматурой, камерами переключения. Экономическая и техническая целесообразность устройства резервуаров.

Сооружения для забора подземных вод

Основные виды водозаборов подземных вод. Условия их применения. Водозаборные скважины, их конструкции, типы. Конструкции фильтров водозаборных скважин. Схемы сборных водоводов. Совместная работа водозаборных скважин, насосных станций, водоводов. Применение ЭВМ для проведения комплексных расчетов водозаборов подземных вод. Шахтные колодцы, их конструкции, устройство и расчет. Типы и конструкции фильтров. Схемы водозаборов при использовании шахтных колодцев. Горизонтальные и лучевые водозаборы, их основные типы, конструкции, устройства и расчет. Особенности работы инфильтрационных водозаборных сооружений с искусственным пополнением подземных вод. Классификация способов искусственного пополнения подземных вод, схемы устройства, основы расчета. Сооружения для каптажа подземных вод. Мероприятия по восстановлению производительности водозаборов подземных вод.

Сооружения для забора воды из поверхностных источников

Классификация водозаборов из поверхностных источников водоснабжения. Условия забора воды из рек. Речные водозаборные сооружения берегового и руслового типа; условия их применения. Выбор места их расположения. Конструкции речных водозаборных сооружений. Технологическое и грузоподъемное оборудование водозаборных сооружений. Мероприятия по защите водозаборных сооружений от сора, взвешенных веществ, шуги, донного льда и нефти. Рыбозащита. Берегоукрепление. Расчеты устойчивости. Гидравлические расчеты речных водозаборных сооружений. Водозаборные сооружения на каналах, горных и высокомутных реках, водохранилищах, озерах, морях. Их конструкции, устройства и расчет. Особенности забора воды из поверхностных источников в районах с многолетнемерзлыми грунтами. Реконструкция водозаборных сооружений. Необходимость учета при проектировании водозаборных сооружений возможности увеличения их производительности в перспективе и реконструкции водозаборных сооружений

Состав природных вод, основные методы и технологические схемы их кондиционирования

Характеристика состава природных вод. Влияние различных веществ, содержащихся в воде на её качество. Требования, предъявляемые к качеству воды. Классификация вод по объектам их использования. Основные технологические процессы и методы обработки воды. Технологические схемы улучшения качества воды, их классификация. Основные критерии для выбора технологической схемы и состава сооружений.

Коагулирование примесей воды

Физико-химические основы коагулирования примесей воды. Основные факторы, определяющие процесс коагуляции в свободном объеме воды. Регулирование условий коагуляции. Электрохимическое коагулирование. Контактная коагуляция примесей воды, основные закономерности процесса. Реагенты, используемые в технологии улучшения качества воды. Определение расчетных доз реагентов, условия (т.е. последовательность и экспозиция) введения их в обрабатываемую воду. Реагентное хозяйство: хранение реагентов в сухом и жидком виде. Сооружения, аппаратура и оборудование для приготовления и дозирования суспензий и растворов реагентов.

Смешение реагентов с водой

Теоретические основы процесса. Классификация смесителей и смесительных устройств. Конструкции смесителей (гидравлического, механического типов), их расчет. Выбор типа смесителя. Оценка эффекта смешения реагента с водой по критерию Кемпа и градиенту скорости.

Камеры хлопьеобразования

Назначение, область применения и классификация камер хлопьеобразования. Камеры гидравлического и механического типов, аэрофлокуляторы, их устройство и расчет. Выбор типа камеры хлопьеобразования. Использование критерия Кемпа и градиента скорости для оценки эффекта работы камеры.

Предварительная обработка воды

Предварительная обработка воды фильтрованием через сетки, ткани и пористые элементы. Основы процесса макро- и микрофильтрования. Конструкции сетчатых барабанных фильтров, акустических фильтров, область их применения и расчет. Удаление взвешенных веществ осаждением, теоретические основы процесса. Типы отстойников и область их применения. Горизонтальные отстойники их устройство и расчет. Коэффициент объемного использования сооружения. Удаление осадка из отстойников. Интенсификация работы отстойника. Отстойники с малой глубиной осаждения, их устройство, область применения и расчет. Удаление осадка из отстойника в процессе его работы. Радиальные отстойники их устройство, область применения и расчет. Обработка воды в слое взвешенного осадка, теоретические основы процесса. Типы осветлителей, их технологическая оценка, область применения и методика расчета. Интенсификация работы осветлителей. Удаление грубо дисперсных примесей в поле центробежных сил теоретические основы процесса. Классификация гидроциклонов, их конструкция и расчет. Обработка воды флотацией, теоретические основы процесса, виды флотации. Конструкции флотаторов, область применения, технологическая оценка работы и методика расчета.

Удаление примесей из воды фильтрованием

Понятие о фильтровании воды. Теоретические основы процесса фильтрования воды через зернистые материалы. Классификация фильтров. Скорые открытые и напорные фильтры, их устройство и расчет. Конструктивные элементы скорых фильтров, фильтрующие материалы. Промывка фильтров; способы подачи промывной воды. Оборудование скорых фильтров. Пути повышения грязеемкости скорых фильтров; фильтры с крупнозернистой двухслойной загрузкой и системы АКХ сверхскоростные напорные фильтры. Контактные осветлители и контактные фильтры принцип работы, их устройство и расчет, область применения. Полимербетонные фильтры. Медленные фильтры, особенности устройства и работы, их расчет, облает применения. Намывные фильтры, принцип их работы, расчет, область применения. Намывные порошки и среды, конструкции фильтровальных элементов, режим работы и промывки.

Обеззараживание воды

Методы обеззараживания воды, их классификация, область применения. Обеззараживание воды сильными окислителями, механизм действия. Обеззараживания воды хлором и его производными, использование диоксида хлора. Определение доз реагента и времени контакта. Места и способы введения хлора в обрабатываемую воду. Организация хлорного хозяйства. Схема обезвреживания воды жидким хлором, хлорной известью, гипохлоридами натрия или кальция (получаемыми методом электролиза), диоксидом хлора. Обеззараживание воды озоном; химизм процесса, технологическая схема. Приготовление озоновоздушной смеси и способы ее смешивания с обрабатываемой водой. Рекуперация озона. Обеззараживание воды перманганатом калия и йодом, технология, область применения. Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами, сущность процесса, схемы и конструкции аппаратов, область применения. Использование аппаратов с ксеоновыми лампами и кавитаторами. Обеззараживание воды ионами серебра, ультразвуком, электротоком высокой частоты, в магнитном поле.

Дезодорация воды

Общие сведения о причинах возникновения нежелательных привкусов и запахов. Методы борьбы с привкусами и запахами, их классификация; область применения. Аэрационный метод дезодорации воды, сущность процесса. Конструкции аэрационных устройств и аппаратов, особенности их работы, методика расчета. Использование сильных окислителей при удалении привкусов и запахов, химизм процесса, технологические схемы. Дозы окислителей и выбор места их введения в обрабатываемую воду. Сорбционный метод дезодорации воды с использованием суспензии активного порошкообразного угля или путем фильтрования через гранулированный уголь. Особенности устройства и работы угольных фильтров.

Регенерация активного угля. Окислительно-сорбционные методы дезодорации воды, сущность и область применения.

Фторирование и обесфторирование воды

Гигиенические нормативы содержания фтора в питьевой воде, его влияние на здоровье человека. Технология фторирования воды. Классификация методов фторирования воды. Выбор реагента для фторирования воды, определение его дозы и места введения в обрабатываемую воду. Аппаратура для приготовления растворов фторосодержащих реагентов и их дозирования. Технология обесфторивания воды, классификация методов, их технологическая и экономическая оценка. Химизм процесса. Технологические схемы и сооружения обесфторивания воды.

Обезжелезиеание и деманганация воды

Формы и содержание железа в природных водах. Классификация методов и технологических схем обезжелезивания природных вод. Технологический анализ воды для выбора метода и сооружений деферризации воды. Расчет и проектирование установок обезжелезивания воды. Удаление железа из шахтных и оборотных вод, обезжелезивание конденсата теплосиловых станций и минерализованных вод. Генезис марганца в природных водах. Классификация методов и технологических схем деманганации природных вод, химизм процессов, проектирование установок. Совместное удаление из воды железа и марганца, использование клионоптиолита и цволита (МЦ-10) для извлечения железа и марганца.

Умягчение воды

Теоретические основы умягчения воды, классификация методов, технологическая и экономическая оценка, область применения. Термическое и криогенное умягчение воды, сущность процесса, аппаратное оформление. Реагентные методы умягчения воды, сущность и химизм процессов. Технологические схемы и сооружения. Интенсификация процессов реагентного умягчения воды. Термохимический метод умягчения воды. Магнитная обработка воды. Умягчение воды катионированием, сущность и химизм процессов. Катиониты, их свойство и регенерация. Катионитовые фильтры, их устройство и работа, вспомогательные устройства катионитовых установок. Технологические схемы натрий-катионирования. Водород-натрий-катионитовое умягчение воды. Сущность процессов, технологические схемы, область применения. Умягчение воды аммоний-катиониро-ванием, натрий-хлорионированием. Методы известково-катионитовый и частичного катионирования. Методы глубокого умягчения воды.

Общие вопросы проектирования водопроводных комплексов

Обоснование выбора схемы размещения водоочистного комплекса и решения его компоновки. Основные принципы решения генплана и высотной схемы водоочистного комплекса с учетом использования рельефа местности, организации зоны санитарной охраны и резервирования территории на расширение. Подсобные и вспомогательные сооружения и помещения водоочистного комплекса. Принципы компоновки водоочистных сооружений по подготовке воды для хозяйственно-питьевых нужд. Охрана окружающей среды. Типовые решения высотных схем компоновки и генпланов водоочистных комплексов. Оборот промывных вод, его технико-экономическое обоснование. Технологические схемы и сооружения по обработке промывных вод. Катиониты, их свойство и регенерация. Методы и сооружения по обработке и утилизации осадков промывных вод. Состав и свойства осадков. Уплотнение и обезвоживание осадков. Утилизация обезвоженных осадков.

Содержание практических и лабораторных занятий

№ п/п зан
Номер раздела дисц.
Наименование лабораторной работы (практического занятия)

Практические занятия

2.1
2.1
Методика расчета и проектирования водозаборов подземных вод

2.2
2.2
Проектирование и расчет речных водозаборов

3.1
3.3
Расчет арматуры реагентного хозяйства
Методика расчета смесителей и смесительных устройств

3.2
3.4
Проектирование и расчет камер хлопьеобразования

3.3
3.5
Примеры расчета отстойников и гидроциклонов
Методика расчета и проектирования осветлителей со слоем взвешенного осадка
Расчет сетчатых, барабанных и акустических фильтров

3.4
3.6
Пример расчета флотатора
Проектирование и расчет скорых осветлительных фильтров

3.5
3.9
Расчет и проектирование установок по фторированию и обесфториванию воды

3.6
3.10
Пример расчета установки по обезжелезиванию воды

3.7
3.11
Расчет N – катионированной установки

3.8
3.12
Решение генплана и высотной схемы водоочистного комплекса
Методика выбора технологической схемы и сооружений улучшения качества воды

Лабораторные работы:

1.1
1.3
Определение суммарных расходов воды объекта. Выбор режима водопотребления и подачи воды насосной станции

1.2
1.8
Примеры гидравлического расчета кольцевой сети по методу В.Г. Лобачева и М.М. Андрияшева.

1.3
1.9
Пример подготовки исходных данных для гидравлического расчета водопроводных сетей с использованием ЭВМ.

1.4
1.10
Пример построения пьезометрических графиков по результатам гидравлических расчетов.

1.5
1.11
Примеры технико-экономического расчета водопроводных сетей

1.6
1.12
Пример деталировки водопроводной сети и водопроводного колодца

Лабораторные работы

2.1
2.1
Расчет фильтрации воды через однородную земляную плотину

2.2
2.1
Расчет фильтрации воды под непроницаемой плотиной

2.3
2.1
Моделирование фильтрации к одиночному береговому водозабору

2.4
2.1
Исследование взаимодействующих одиночных инфильтрационных водозаборов

2.5
2.1
Расчет производительности взаимодействующих горизонтальных подрусловых дрен

2.6
2.1
Прогноз фильтрационного сопротивления подрусловой зоны

2.7
2.1
Моделирование безнапорной фильтрации к береговому линейному водозабору

3.1
3.2
Экспериментальное определение доз реагентов при обработке мутных и цветных вод

3.2
3.5
Определение параметров работы отстойника

Определение расчетных технологических параметров работы осветлителей со слоем взвешенного осадка

3.3
3.6
Определение работы скорого фильтра

3.4
3.10
Определение извести и соды при умягчении воды

3.5
3.11
Обеззараживание воды по методу «Упрощенной аэрации»

Курсовое проектирование

Часть 1. Водопроводные сети

В состав проекта входит выбор системы и составление схемы водоснабжения объектов в целом, выбор места расположения водозаборных сооружений, насосных станций, регулирующих емкостей и трассировка кольцевой магистральной водопроводной сети (в соответствии с планом объекта).

Определение общего объема водопотребления и расчетных расходов воды: предварительное распределение расходов воды по сети с удовлетворением требований надежности, определение наивыгоднейших диаметров труб расчетных участков магистральной сети и водоводов, выполнение гидравлического расчета сети и водоводов на основные расчетные случаи (частично с использованием ЭВМ).

Определение расчетной величины подачи и напора насосов и подбор марки насосов. Определение пьезометрических отметок, свободных напоров в характерных узлах сети, объема бака башни и емкости резервуаров. Выполнение проверочных расчетов сети при пожаротушении и аварии на сети и водоводов при выбранном насосном оборудовании (с использованием ЭВМ).

Выбор типа используемых труб; составление деталировки характерных узлов сети и разработка рабочего чертежа водопроводного колодца (камеры и других сооружений).

Объем проекта: 1–2 листа чертежей и пояснительная записка 25–30 стр. с необходимыми расчетами и кратким описанием конструктивного решения СПРВ.

Часть 2. Водозаборные сооружения

В состав проекта входит обоснование выбора места расположения и типа водозаборных сооружений, их компоновки и конструктивных форм; гидравлические расчеты, определяющие размеры сооружений и выбор основного технологического оборудования водозабора; расчет сооружений на устойчивость. В пояснительной записке дается также описание рыбозащитных устройств, приводятся соображения о методах производства работ по строительству основных сооружений и определение стоимости водозаборных сооружений. Графические материалы включают: план участка источника и разрез по створу водозабора с нанесением схемы водозаборных сооружений, а также планы и разрезы. При использовании подземных источников приводится расчет с использованием ЭВМ совместной работы скважин насосной станции.

Объем проекта: 1–1,5 листа чертежей и 15–20 стр. пояснительной записки.

Часть 3. Водопроводные очистные сооружения

Основной целью проектирования водопроводных очистных сооружений является научить выбирать методы и сооружения водоподготовки, аргументировано обосновать их использование.

В состав проекта входит выбор и технико-экономическое обоснование методов технологической схемы и состава очистных сооружений. Построение высотной схемы, выбор и определение доз реагентов. Расчет основных сооружений: генплан и высотная схема очистной станции. Схемы сооружений для обработки промывных вод. Расчетно-пояснительная записка содержит обоснование и расчеты принятых решений. А также расчеты по определению себестоимости 1 м³ очищенной воды.

Объем проекта: 2 листа чертежей и расчетно-пояснительная записка 25–30 стр.

График изучения дисциплины

Часть 1

Вид учебных занятий | № недели
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18
Лекции | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | +
ЛЗ |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | +
ПЗ |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
КПР |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
Аттестация (промежуточная) |  |  |  |  |  |  | + |  |  |  |  |  | + |  |  |  | + |

Часть 2

Вид учебных занятий | № недели
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14
Лекции | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | +
ЛЗ |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | +
ПЗ | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |
КПР |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
Аттестация (промежуточная) |  |  |  |  | + |  |  |  |  |  | + |  |  |

Часть 3

Вид учебных занятий | № недели
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16
Лекции | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | +
ЛЗ |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | +
ПЗ | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |  | + |
КПР |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
Аттестация (промежуточная) |  |  |  |  | + |  |  |  |  |  | + |  |  |  | + |

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература

Сомов М. А.Водопроводные системы и сооружения. – М.: Стройиздат,1988.

Тугай А. М., Терковцев В. Е. Водоснабжение. Курсовое проектирование. – Киев: Вища школа, 1980.

Абрамов Н. М. Расчет водопроводных сетей. – М.: Стройиздат, 1982.

Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Высш. шк., 1989.

Гавич И.К. Гидрогеодинамика. – М.: Недра, 1988.

Жернов И.Е., Шестаков В.М. Моделирование фильтрации подземных вод. – М.: Недра, 1971.

Земляной В.В., Головин В.Л., Леонов Б.В. и др. Использование подземных вод безнапорных водоносных горизонтов речных долин. – Владивосток, 1984.

Методическое руководство по разведке и оценке эксплуатационных запасов подземных вод для водоснабжения. – М.: ВСЕЕИНЕЕО, 1979.

Плотников Н.И. Эксплуатационная разведка подземных вод. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1979.

Плотников Н.А., Алексеев В.С. проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод. – М.: Стройиздат, 1990.

Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: учебник. – М.: Высш. шк., 1987.

Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды: учебник. 3-е изд. – М., 1971.

Абрамов Н.Н. Водоснабжение. 3-е изд. – М.: Стройиздат, 1982.

Дополнительная литература

Абрамов Н. Н. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982.

СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1986.

Москвитин Б.А., Мирончик Г.М., Москвитин А.С. Оборудование водопроводных и канализационных сооружений. – М.: Стройиздат, 1984.

Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат, 1984.

Шевченко П.И., Левинская Н.В. Водопроводные сети. Метод. указ. к курсовому проекту. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002.

Пособие по проектированию водозаборов подземных вод (к СНиП 2.04.02.-84)/ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1989.

Плотников Н.А. Проектирование систем искусственного восполнения подземных вод для водоснабжения. – М.: Стройиздат, 1983.

Вевиаровская М.А., Кравченко И.П., Румянцев С.А. Метод гидравлических аналогий В.С. Лукьянова и метод гидродинамических аналогий Н.Н. Павловского применительно к фильтрационным расчетам / под ред. В.С. Лукьянова. – М.: Изд-во МГУ, 1962.

Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М., Стройиздат, 1984.

СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.; Министерство строительства РФ, 1996.

СанПиН 2.1.4.559-96. Вода питьевая ...

ГОСТ 2761-84. «Источники централизованного питьевого водоснабжения».

СанПиН 2.1.4.544-96. «Требования к качеству воды централизованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».

СанПиН 2.1.4.027-95. «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения».

Программное обеспечение

Компьютерные программы WORD, EXELL, AUTO CAD, GIDR.EXE, EPANET.

Контрольные задания и методические рекомендации по изучению дисциплины

(Для студентов заочной формы обучения обязательно)

Методические указания по выполнению курсового проекта «Расчет и проектирование водопроводных сетей», «Расчет и проектирование водозаборных сооружений», «Расчет и проектирование станций водоподготовки». Лабораторный практикум по водопроводным сетям, по водоподготовке.

Технические и электронные средства обучения, иллюстрационные материалы, в т.ч. специализированное и лабораторное оборудование

Список иллюстрационных материалов (слайды)

1. Схема растворного и расходного бака.

2. Дозаторы.

3. Схемы камеры хлопьеобразования.

5. Схема осветлителя со взвешенным осадком.

6. Радиальный отстойник.

7. Схема конструкции скорого фильтра.

8. Схема фильтра АКХ.

9. Схема напорного фильтра.

10. Схемы озанаторов.

Специализированное и лабораторное оборудование

1. Фотоэлектрокалориметр КФК-2

2. Электромешалка

3. Бюретка на 50 мл

4. Конические колбы на 250 мл и 500 мл

5. Химические стаканчики на 150 мл

6. рН-метр или иономер 340

7. Градуированная пипетка

8. Охладительные камеры (1 = 3–5°С).

9. Низкочастотный генератор сигналов (ГЗ-102).

10. Цифровой вольтметр (В7-16А).

Формы и методы для текущего контроля

Формами текущего контроля являются выполненные практические задания, рефераты. Методами текущего контроля по дисциплине являются тестирование, защита практических работ и определение уровня посещаемости занятий студентами.

Контрольные тесты для определения минимального уровня освоения программы дисциплины

3 комплекта – 100 тестов по 4 варианта ответов прилагаются.

Перечень типовых экзаменационных вопросов (экзаменационные билеты)

Часть 1

1. Схема водоснабжения населённых мест из поверхностных водоёмов.

2. Схема водоснабжения населенных мест из подземных источников.

3. Определить напор насосов, высоту башни, если водонапорная башня находится в конце сети (построить высотную схему, привести формулу для всех случаев).

4. Определить напор насосов, высоту водонапорной башни. Водонапорная башня находится в середине водопроводной сети. Получить высотную схему, привести формулы для всех случаев.

5. Устройство водонапорной башни, технологические трубопроводы, обеспечивающие работу водонапорной башни. Типы водонапорных башен. Привести схему подключения водонапорной башни.

6. Гидравлический удар, методы борьбы (выполнить высотную схему водовода, установить арматуру).

7. Выполнить схему пересечения водопроводными сетями рек и оврагов (установить арматуру).

8. Водопроводные колодцы (указать размеры в плане и по высоте, от чего они зависят, выполнить схему круглого колодца).

9. Гидравлический расчет кольцевой водопроводной сети по методу Лобачёва. Какие параметры должны быть определены при соблюдении двух требований увязки водопроводной сети?

10. Конструкция и соединение металлических труб, применяемых в наружных сетях водоснабжения (привести конструкции труб, схемы соединения).

11. Конструкция и соединение неметаллических труб, применяемых в наружных сетях водоснабжения (привести конструкции труб, схемы соединения).

12. Конструкция и принцип действия предохранительного клапана. Места установки, назначение (привести схему).

13. Конструкция и принцип действия вантуза, область применения, места установки (привести схему).

14. Место установки пожарного гидранта на водопроводной сети, способы забора воды для тушения пожара, требуемые напоры (минимальный напор для работы пожарной машины). Выполнить схему установки гидранта.

15. Перечислить водоразборную арматуру, места установки и требуемые напоры для её работы.

16. Запорная арматура, место установки, типы, конструкции, выполнить присоединение к водопроводной трубе, привести схемы.

17. Измерительная арматура, арматура для выполнения ремонтных работ, устанавливаемая на водопроводных сетях (привести схему).

18. Внутрисуточное водопотребление города и его влияние на стоимость и конструкцию водопроводных сетей и сооружений. Дать перечень сооружений, построить график водопотребления.

19. Определить общий объём водонапорной башни. Привести графики водопотребления и водоподачи.

20. Определить общий объём резервуаров чистой воды, привести графики работы HCI и HCII.

21. Типы водопроводных сетей основные требования предъявляемые к водопроводным сетям. Привести схемы водопроводных сетей и указать преимущества одних над другими.

22. Зонные системы водоснабжения. Конструкция, когда применяются, в чём заключается эффект зонирования. Привести схемы зонирования.

Часть 2

1. Виды запасов подземных вод, их классификация.

2. Особенности формирования подземных вод в типовых условиях.

3. Оценка емкостных запасов подземных вод.

4. Методы оценки динамических ресурсов подземных вод.

5. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод.

6. Принципы схематизации условий формирования эксплуатационных запасов подземных вод.

7. Оценка обеспеченности эксплуатационных запасов подземных вод.

8. Гидродинамические методы расчета эксплуатационных запасов подземных вод.

9. Гидравлические методы расчета эксплуатационных запасов подземных вод.

10. Условия взаимосвязи подземных и поверхностных вод.

11. Методы прогноза зимних условий инфильтрации из поверхностных водоисточников.

12. Основные предпосылки при выводе дифференциальных уравнений движения подземных вод.

13. Вывод уравнения неразрывности.

14. Вывод дифференциального уравнения стационарной фильтрации.

15. Дифференциальное уравнение нестационарной фильтрации при перетекании через слабопроницаемый слой.

16. Дифференциальное уравнение нестационарной фильтрации грунтовых вод.

17. Свойства дифференциальных уравнений.

18. Краткая характеристика основных методов решения дифференциальных уравнений.

19. Понятие о прямых и обратных задачах.

20. Установившееся движение подземных вод к совершенным скважинам.

21. Уравнение нестационарной радиальной фильтрации. Квазистационарная фильтрация.

22. Понятие о гидродинамическом расчете водозабора. Постановка задачи исследований.

23. Оценка влияния водоотбора на речной сток.

24. Понятие о задаче оптимизации.

25. Использование метода фильтрационных сопротивлений при анализе расчетных зависимостей.

26. Опыт эксплуатации инфильтрационных водозаборов.

27. Условия инфильтрации в период внутриводного ледообразования.

28. Внутригодовая динамика температуры воды в водозаборах подземных вод.

29. Влияние промерзания грунтов на работу береговых водозаборов.

30. Оценка сезонных изменений инфильтрации при проектировании водозаборов подземных вод речных долин.

31. Характеристика метода электрогидродинамической аналогии.

32. Характеристика метода гидравлической аналогии.

33. Характеристика метода природных гидрогеологических аналогов.

34. Искусственное пополнение подземных вод.

35. Гидрогеологические расчеты при обосновании размеров зон санитарной охраны подземных водоисточников.

Часть 3

1. Удаление грубодисперсных примесей из воды.

2. Скорые фильтры: конструкция, принцип действия. Основы расчета скорых фильтров.

3. Тонкослойный отстойник. Конструкция. Принцип работы.

4. Удаление из воды привкусов и запахов.

5. Скорые фильтры: разновидности скорых фильтров.

6. Обработка осадка на станции водоподготовка.

7. Обработка промывных вод. Повторное использование промывных вод.

8. Микрофильтрование. Конструкция и принцип работы микрофильтров.

9. Деманганация воды.

10. Камеры хлопьеобразования. Конструкции. Область применения.

11. Стабилизация воды.

12. Контактные осветлители. Принцип действия. Применение. Особенности конструкций.

13. Коагулирование. Гидролиз солей алюминия. Коагулянты. Реагенты для улучшения процесса коагуляции.

14. Скорые фильтры: промывка скорых фильтров.

15. Обезжелезивание.

16. Смешение реагентов с водой. Типы смесителей и основы их расчета.

17. Вертикальные отстойники. Конструкция. Принцип расчета. Область применения.

18. Умягчение воды.

19. Обеззараживание воды: методы, реагенты, аппаратура.

20. Горизонтальные отстойники. Конструкция. Принцип расчета.

21. Фторирование и обесфторивание воды.

22. Осветлитель с взвешенным осадком. Конструкция. Область применения. Основы расчета.

23. Умягчение воды катионированием. Схемы катионирования. Регенерация катионитных фильтров.

24. Реагентное хозяйство. Конструкции растворных и расходных баков. Приготовление растворов реагентов. Хранение регентов.

25. Контактные осветлители. Принцип работы. Основы расчета. Промывка контактных осветлителей.

26. Удаление привкусов и запахов. Применение первичного хлорирования.

27. Промывка скорых фильтров. Промывка контактных осветлителей.

28. Удаление марганца из природных вод.

29. Устройство хлораторных на станциях водоподготовки.

30. Показатели качества природной воды.

31. Дозаторы для поддержания заданных параметров качества воды.

32. Дозаторы пропорционального расхода.

33. Конструкция, работа медленных фильтров.

34.