Аномалия — электронная библиотека

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Раздел 4. ВОДОПРИЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

§ 65. Прием воды из морей и устройство морских водоприемников

Морская вода используется в основном для приморских теплосиловых электростанций, а также для производственных нужд некоторых видов промышленных предприятий (преимущественно для целей охлаждения).

При выборе способа забора воды из моря, а также типа и конструкции морских водоприемных сооружений необходимо учитывать следующие специфические условия и характеристики морского побережья:

а) колебания уровня воды, обусловленные приливами и отлива

ми, волнением, нагоном, а также морские течения;

б) значительную силу удара волн;

в) геологическое строение морского побережья, взмучивание на

носов в прибрежной зоне, образование отмелей, подмыв берега, ополз

г) наличие в морской воде водорослей, моллюсков и микрофлоры;

д) коррозионные свойства морской воды;

е) характер ледовых явлений в районе водоприема.

Прием воды из моря для целей водоснабжения возможен из искусственно защищенных акваторий портов, из естественно защищенных бухт или на открытых побережьях.

Только тщательное изучение всех названных условий позволяет правильно выбрать тип водоприемного сооружения, обеспечивающий его бесперебойную работу.

Наибольшие удобства для расположения морских водоприемников предоставляет акватория порта, хорошо защищенная от воздействия больших волн, с надежно укрепленной береговой линией, защищенная от обмеления и находящаяся в значительно более благоприятных ледовых условиях, чем открытые побережья.

Для сооружений, принимающих морскую воду, характерно так называемое биообрастание поверхностей, соприкасающихся с водой, т. е. образование на них биологической пленки (состоящей из органических илистых частиц и бактерий). На этой пленке поселяются различные водоросли и морские животные, в частности моллюски. Биообрастанию подвергаются решетки и сетки водоприемника, затворные устройства, арматура, внутренние поверхности водоводов, охладительная аппаратура, теплообменные аппараты и т. п. Особенно интенсивно идет процесс биообрастания в теплых морях (в Черном море, например, интенсивность биообрастания достигает 5—6 кг/м2 в месяц; в тропиках она еще больше). Кроме того, решетки и сетки морских водоприемников могут засоряться в результате интенсивного (сезонного) развития планктона, т. е. цветения воды, а также в результате нагона к водоприемнику крупной морской растительности. Указанные обстоятельства должны быть учтены как в конструкции сорозадержи-вающих приспособлений водоприемника, так и в методах их эксплуатации.

Степень агрессивности морской воды (зависящая от содержания в ней различных солей) должна быть учтена при выборе материала, применяемого для строительства водоприемных сооружений (например, сорт цемента для бетонных конструкций), а также при устройстве на них специальных изоляционных защитных покрытий.

На IV.35 показано устройство водоприемного сооружения, расположенного на территории порта. Передняя стенка берегового колодца 1 находится в одной плоскости со стенкой набережной для причала судов Перекрытие его расположено на одном уровне с поверхностью набережной, чтобы не мешать погрузочно-разгрузочнш операциям. Вода поступает в береговой колодец через входные окна 2 в его передней стенке, перекрытые грубой решеткой с прозорами в 0,1 м.

По условиям работы порта здание грубой механической очистки и насосная станция удалены от моря на 80 м. Из берегового колодца вода направляется по самотечной двухсекционной железобетонной галерее 3, имеющей смотровые колодцы 4, в здание механической очистки. Здесь вода проходит последовательно через наклонные решетки 5 (оборудованные механическими щетками для их очистки) и вращающиеся сетки 6. Из всасывающего отделения 7 вода забирается трубами насосов 8 и по напорным водоводам подается к теплосиловой электрической станции.

Как видно, здесь предусмотрены усиленные устройства для механической очистки воды. Кроме того, наличие двух секций в проходной галерее позволяет периодически очищать ее от осадка и обрастания.

Конструкция водоприемников, располагаемых на открытых морских побережьях, должна быть рассчитана на сопротивление значительным нагрузкам от ударов волн и льда. В этих условиях находят применение водоприемные сооружения берегового типа с защитными дамбами, сооружения с затопленными приемными оголовками и сооружения с незатопленными оголовками островного типа.

На IV.36 показан морской береговой водоприемник с защитной дамбой. Дамба 1 образует перед фронтом водоприемника своеобразный ковш — отстойник 2. Дамба принимает на себя всю силу ударов волн. Входные окна водоприемника снабжены грубыми решетками 3 и двойными съемными плоскими сетками 4 Далее вода проходит через вращающиеся сетки 5. Плоские сетки предназначены для работы при аварийной остановке вращающихся сеток. Через отверстия, закрываемые дроссельными затворами 6, вода поступает во всасывающее отделение, откуда забирается всасывающими трубами насосов 7. Дамба сооружена из бетонных массивов 8, лежащих на слое каменной наброски 9.

На IV.37 схематически показано устройство незатопляемого (островного) приемного оголовка для крупного производственного водопровода. Оголовок по условиям качества воды и движения наносов вдоль берега вынесен в море на расстояние около 1 км от берега. Стенки подводной части оголовка образованы двумя концентрически расположенными стальными цилиндрами с заполнением промежутка между ними шириной 1 м бетоном. Вода поступает внутрь оголовка через входные окна /, расположенные в коническом перекрытии подводной части и в ее цилиндрической стенке.

Оголовок разделен на три секции, из которых вода отводится по трем отдельным самотечным трубам 2 диаметром 2 м через приемные раструбы 3, снабженные затворами.

В центре водоприемника располагается цилиндрическая железобетонная шахта 4 внутренним диаметром 3 м, предназначенная для спуска в подводную часть. Надводная часть оголовка представляет собой решетчатую конструкцию вокруг центральной шахты, поддерживающую перекрытие для оборудования.

Самотечные трубы подводят воду к береговой водоприемной камере с расположенными в ней вращающимися сетками. Из этой камеры вода поступает по каналу к насосам. Приемная камера и насосная станция расположены на берегу на расстоянии 130 м от уреза воды.

Очистка самотечных труб от заиления и биообрастания производится механическим способом при выключении отдельных линий.

На IV.38 показана схема водоприемных сооружений, предусматривающая подвод воды к водоприемнику 1 открытым каналом 2, вход в который защищен дамбой-волноломом 3. Такой метод приема воды позволяет предотвратить значительные волнения у водоприемника и интенсивное занесение в него наносов.

В целях борьбы с биообрастанием трубопроводов, оборудования и арматуры при использовании морской воды применяют ее постоянное хлорирование дозами 1,5—5 мг/л, периодическую промывку труб горячей сбросной производственной водой или обработку воды медным купоросом (дозами 6,5—7 мг/л в течение 1 ч 1 раз за 2 суток).

Морская вода для водоснабжения

Use of Sea Water for Water Supply Foreign Experience

M. M. Brodach, Professor, Candidate of Engineering, N. A. Shonina, Engineer, Lecturer at Moscow Institute of Architecture

Keywords: sea water, water use, triple water supply system, watergathering ground

The article describes a system using sea water for economic needs implemented in Hong Kong. Sea water is drawn from the sea using pumping stations, treated, and then delivered to households over a specially constructed water supply line. This solution allows for significant saving of fresh water.

В статье описывается система использования морской воды, идущей на хозяйственные нужды водопотребления, реализованная в Гонконге. Морскую воду при помощи насосных станций забирают из моря, предварительно обрабатывают, а затем, по специально проложенному водопроводу, подают к домохозяйствам. Данное решение позволяет добиться значительной экономии пресной воды.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №3’2017

распечатать статью —>

Статьи по теме

Подписка на журналы

«АВОК» — Некоммерческое Партнерство «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике»

Тел. (495) 107-91-50, 621-80-48, 621-64-29, e-mail: abok@abok.ru
«АВОК» — общество инженеров, вебинары, мастер-классы, обучение, выставки, технические статьи, новости, нормативные документы, профессиональные журналы
На сайте представлены технические статьи и информация по темам: вентиляция, отопление, кондиционирование, водоснабжение, строительная теплофизика, водоподготовка, дымоудаление, противопожарная безопасность и ЖКХ. А также техническая литература АВОК, журналы «АВОК», «Энергосбережение», «Сантехника».
Вы можете задать вопросы нашим специалистам, и ознакомиться с нормативной литературой АВОК.

© 1991-2021 НП АВОК. Все права на материалы, находящиеся на сайте охраняются в соответствии с законодательством РФ
Воспроизведение материалов с данного сайта без письменного разрешения редакции запрещено.

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.

Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.

Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H₂O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.

Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.

В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

События, связанные с этим

«Интерполитех»: зона особой безопасности

Вологодский оптико-механический завод: с прицелом на будущее