Магистерские работы по водоснабжению

Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.

Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.

Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.

По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства СПВ.

Существуют 3 основные схемы СПВ: прямоточная схема, прямоточная с повторным использованием воды и оборотная. Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.

Ту или иную схему СПВ реализуют в зависимости:

1. от мощности источника и его характеристики (поверхностные или подземные воды, качества воды в нем и т.д.);

2. удаленности источника воды от промплощадки;

3. требований, предъявляемым предприятием к качеству воды;

4. характера загрязнения воды после ее использования;

5. климатических условий местности.

Рассмотрим первые две схемы – прямоточную схему СПВ и схему СПВ с повторным использованием воды.

При работе прямоточной системы (рисунок 1.1) из источника водоснабжения забирается все необходимое потребителям количество воды. Поэтому, производительность водозаборных устройств, очистных сооружений и насосов первого подъема приходится выбирать из условий покрытия полной потребности предприятия в воде за сутки максимального водопотребления. Это увеличивает размеры и мощности этих элементов, а следовательно, удорожает их. Возрастает и потребление электроэнергии. Кроме того, требуется выбрать источник с достаточным дебитом воды. Недостатком прямоточной системы является и то, что отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы, дебит которых должен позволять поглотить эти сбросы без нарушения экологического равновесия.

Рисунок 1 – Прямоточная схема производственных трубопроводов:

1 – водозаборное сооружение; 2 – водоочистное сооружение; 3 – насосная станция второго подъема; 4 – водопроводи; 5 – промышленное предприятие; 6 – сброс отработанной воды; 7 – станция очитски сточных вод; 8 – сброс воды в речку.

Прямоточная схема применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, т.к. повторное использование воды этими потребителями исключается! Данная схема водоснабжения реализуется в пищевой и фармацевтической промышленностях как технологические.

Если среди потребителей технической воды имеется потребитель с большим расходом, сбросная вода от которого по количеству и всем параметрам может удовлетворять остальных потребителей, то в этих случаях применяют систему повторного использования воды (рисунок 1.2). Эта система работает по прямоточному режиму, но из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю с большим расходом, а остальные используют его сбросную воду.

Рисунок 2 – Схема промынленного трубопровода с повторным использованием воды

1 – водозаборное сооружение; 2 – водоочистное сооружение; 3 – насосная станцыя второго подъема; 4 – водопроводы; 5 – промишленное предприятие; 6 –сброс отработанной воды; 7 – станция очистки сточных вод; 8 – сброс воды в речку.

Данная система позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить производительность и удешевить всю систему водоснабжения.

Различают следующие схемы производственных водопроводов:

Оборотные системы открывают большие возможности в удешевлении системы водоснабжения, сокращении потребления свежей воды и сбросов загрязненных стоков.

Для создания оборотной СПВ используется то обстоятельство, что 70…85% технической воды в технологических аппаратах только нагреваются и после охлаждения могут использоваться повторно. В данных системах можно использовать и ту часть технической воды, которая загрязняется сравнительно легко удаляемыми примесями. После очистки вода («15%) повторно используется.

В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НС2 подают воду через водопроводную сеть потребителям. Нагревшаяся и загрязнившаяся у потребителей вода по системе трубопроводов направляется на станцию очистки загрязненных вод (ОЗВ). Прошедшая очистку, но еще теплая вода собирается в резервуаре (РОВ), а из него насосами станции оборотной воды (НОВ) подается на охлаждающие устройства (Гр). Охлажденная в нем вода опять подается потребителям насосами НС2.

Рисунок 3 – Оборотная схема производственного водопровода:

1 – водозаборное сооружение; 2 – водоочистительное сооружение; 3 – насосная станция; 4 – водопроводы; 5 – проммышленное предприятие; 6 –устройство для охлаждения воды; 7 — заборный резервуар; 8 – насосная станция оборотной воды.

При работе оборотной системы часть воды теряется: с уносом, испарением и продувкой из охлаждающих устройств; с утечками через неплотности и за счет сброса в канализацию воды загрязняющейся у потребителя примесями, не разрешающими ее повторное использование. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество воды и насосами НС1 направляется на станцию ХВО. Очищенная вода сливается в бассейн охлаждающих устройств. Для поддержания солевого баланса из бассейна ведется непрерывная продувка части воды в канализацию.

Оборотные системы сооружаются как по техническим условиям, экологическим требованиям и экономическим соображениям.

По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения.

Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Наиболее ценны с экологической точки зрения оборотные системы без сброса продувки – бессточные системы.

(Картинка анимирована. Состоит из 17 +картинок. Количество повторений — 5 раз)

В бессточных (замкнутых) системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях.

Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.

На предприятиях химической промышленности основную роль в водоснабжении играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода вновь охлаждается в градирнях, брызгательных бассейнах или других устройствах и циркуляционными насосами возвращается в теплообменники. При этом она многократно и последовательно подвергается физико-химическим воздействиям – упаривается, нагревается, охлаждается, аэрируется, многократно соприкасается с охлаждаемой поверхностью и в результате этого частично теряется при испарении, капельном уносе в атмосферу и постепенно становится более минерализованной. Часто при этом стабильность воды нарушается, она становится коррозионной или способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливается пыль и продукты коррозии. Поэтому для пополнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы оборотного водоснабжения получают подпитывающую воду. Подпитывающая и оборотная вода различаются по качеству. Оборотное водоснабжение может быть осуществлено в виде единой системы для всего промышленного предприятия или в виде отдельных циклов для одного или группы цехов. Количество систем оборотного водоснабжения на предприятии устанавливается с учетом особенностей и характера производства, назначения воды, требований к ее качеству, температуре, давлению. С целью уменьшения диаметра и протяженности труб коммуникаций следует преимущественно предусматривать на предприятии раздельные системы оборотного водоснабжения отдельных производств, цехов или установок при максимально возможном приближении сооружений оборотного водоснабжения к потребителям воды. В обычных системах оборотного водоснабжения, не имеющих специфических загрязнений технологическими продуктами, предотвратить повышение минерализации в оборотной воде можно путем продувки (сброса части оборотной воды) и пополнения системы подпитывающей водой. На химических предприятиях это осложняется следующими обстоятельствами: из-за попадания в систему оборотного водоснабжения продуктов выработки предприятия воды, сбрасываемые при продувке системы, оказываются существенно загрязненными, в связи с чем их сброс даже после очистных сооружений жестко ограничивается. Кроме того, коррозионная стойкость теплообменной аппаратуры и коммуникаций обеспечивается лишь при соблюдении оптимального узкого интервала рН и при незначительном содержании солей в воде. Для таких систем рекомендуется применять корректировку рН оборотной воды либо частичного Н-катионирования, а также осуществлять мероприятия, снижающие интенсивность солесодержания.[3] В зависимости от качества исходной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (коррекционная обработка, умягчение, обессоливание, хлорирование, удаление взвесей). Отработанная вода, используемая в производстве, и вода, расходуемая на собственные нужды водоочистных установок, не всегда могут возвращаться в рециркуляционную систему и частично сбрасываются в сточные воды. В таких случаях этот расход воды следует учитывать в общем балансе системы. В обороте могут использоваться три категории воды, соответствующие трем основным схемам оборотного водоснабжения.

Рисунок 4 – Схема оборотного водоснабжения с охолоджением оборотной воды

1 – производство; 2 – охолодитель воды; 3 – водоочисное сооружение; 4 – камера обработки дополнительной воды; 5 – насосная станция.

Рисунок 5 – Схема оборотного водоснабжения с очисткой оборотной воды:

1 – производство; 2 — охолодитель воды; 3 –водоочисное сооружение; 4 – камера обработки дополнительной воды; 5 – насосная станция.

Рисунок .6 – Схема оборотного водопостачання з очищенням та охолодженням оборотної води:

Первая схема используется, если вода в производстве не загрязняется, а лишь нагревается и изменяется ее термостабильность. В этом случае отработавшая вода охлаждается, частично выводится из системы (продувка) и вновь подается на то же производство, пополненная исходной водой источника водоснабжения. Вторая схема применяется, когда вода в производстве не нагревается, но загрязняется. В этом случае подвергается только очистке (отстаиванию, фильтрованию) и вновь подается на то же производство. Наиболее сложный случай отражает схема, когда вода в производстве нагревается и загрязняется. Такая отработавшая вода перед возвращением на производство охлаждается, частично выводится из системы, подвергается очистке и пополняется исходной водой источника водоснабжения. В настоящее время для пополнения систем оборотного водоснабжения используются очищенные сточные воды.

Система оборотного водоснабжения наполняется водой в момент первоначального ввода ее в эксплуатацию. В дальнейшем количество воды поддерживается постоянным, т.е. потери компенсируются добавляемой водой. Убыль воды из системы оборотного водоснабжения складывается из следующих потерь:
1) потери воды в производстве в местах ее использования;
2) потери воды на сооружениях осветления и подготовки воды;
3) потери воды в результате испарения при охлаждении;
4) потери воды из системы под действием ветра и в результате капельного уноса;
5) в некоторых случаях с целью поддержания в оборотной воде постоянной концентрации какого-либо растворенного вещества часть воды из оборотного цикла может намеренно сбрасываться и заменяться свежей водой из источника в том же количестве. [2]

На ОАО „АКХЗ” используется оборотная схема водоснабжения с охолоджением и очисткой оборотной воды. Вода в производстве нагревается и загрязняется.

Такая отработанная вода перед возвращением в производство охлаждается, частично выводится из системы, поддается очистке и пополняется водой источника водоснабжения. Охлаждение воды происходит на градирнях, а очистка проводят путем добавления коагулянтов и флокулянтов.

Вода, которая используется для охлаждения продуктов через стенки теплообменной аппаратуры, должна быть освобождена от избытка взвешенных веществ. Охлаждающая вода не должна содержать сероводород и железо. Промышленная вода не полжна вызывать коррозии углеродистой стали или других металлов.

Магистерская программа «Водоснабжение городов и промышленных предприятий»

Вице-президент Российского общества по бестраншейным технологиям

О ПРОГРАММЕ

Цель программы – подготовка специалиста в области проектирования, строительства и эксплуатации водопроводных систем и сооружений, включая привития навыков научного подхода к решению поставленных задач и приобретения педагогического опыта.

Программа нацелена на изучение передового отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и реконструкцию объектов систем водоснабжения городов, населенных пунктов и промышленных предприятий и трансформации его для повышения эффективности производства.

Особенностью программы является глубокая проработка комплекса вопросов, связанных с совершенствованием работы систем водоснабжения, в частности обеспечения эффектов ресурсо и энергосбережения.

К основным проблемным задачам,решаемым программой,относится повышение эффективности очистки природной воды за счет совершенствования технологий ее обработки, в частности, широкого использования новых реагентов, ультра и нанофильтрации; обеспечение санитарно-гигиенических показателей при транспортировке природных вод по водопроводным сетям до потребителя путем использования современных бестраншейных технологий ремонта и прокладки трубопроводов; снижение утечек и непроизводительных расходов в городских водопроводных сетях, зданиях и сооружениях и т.д.

Результатами освоения должны явиться разработки, способные конкурировать с известными техническими решениями и создающими базу для дальнейшего глубокого изучения полученных результатов на последующих стадиях обучения (в аспирантуре, докторантуре).

Сфера деятельности выпускников:

Работа в организациях, занимающихся проектированием, исследованием, строительством, эксплуатацией и ремонтом инженерных систем, сооружений и устройств в области водоснабжения.

Тематики магистерских диссертаций:

Анализ и обеспечение ресурсо- и энергосбережения при бестраншейной реконструкции водопроводных сетей альтернативными материалами;
Исследование гидравлических характеристик полимерных труб и проектирование ремонтно-восстановительных работ на водопроводных сетях;
Определение гидравлических показателей труб из ВЧШГ и проектирование строительно-ремонтных работ на трубопроводных системах бестраншейными методами;
Исследование гидравлических и прочностных характеристик набрызговых полимерных защитных покрытий трубопроводов;
Разработка и исследование осветлительно-сорбционного фильтра;
Разработка алгоритмов и автоматизированных программ оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов;
Разработка алгоритмов и автоматизированных программ выбора объекта бестраншейного восстановления на городских водопроводных сетях;
Защита стальных водопроводных сетей в период строительства и эксплуатации в водоносных грунтах;
Технология утилизации концентрата установок обратного осмоса в системах водоподготовки;
Интенсификация процессов очистки воды, содержащей антропогенные примеси;
Бессточные схемы водоподготовки на основе мембранных технологий;
Оптимизация решений по совершенствованию работы систем подачи и распределения воды.

Ведущие преподаватели:

Орлов В.А., д.т.н., профессор – специализация бестраншейные технологии;
Первов А.Г., д.т.н., профессор — специализация нанотехнологии;
Говорова Ж.М., д.т.н., профессор — специализация глубокая очистка природных вод;
Примин О.Г., д.т.н., профессор – системы подачи и распределения воды;
Андрианов А.П., к.т.н., доцент — специализация нанотехнологии;
Исаев В.Н., к.т.н., пофессор – специализация энергосбережение, проектирование;
Дерюшев Л.Г., к.т.н., доцент – специализация энергосбережение; проектирование.

Трудоустройство выпускников:

ОАО «Мосводоканал»;
ОАО «МосводоканалНИИпроект»;
ООО «Фирма «Прогресс»;
ОАО «Каналстройпроект»;
ОАО «НИИКВОВ»;
ОАО «Гипрокоммунводоканал»;
ООО «Метапласт-С»;
Кафедра водоснабжения МГСУ.