Водоснабжение автономных объектов
Модернизация гидропневматических установок в системах очистки подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения автономных объектов
В. В. Дзюбо, канд. техн. наук, Томский государственный архитектурно-строительный университет
Гидропневматические установки в силу своих особенностей и преимуществ являются наиболее совершенным, экономичным и целесообразным оборудованием для систем водоснабжения объектов различного назначения практически с любым режимом водоразбора во внутренних водопроводах.
Традиционные технологии очистки подземных вод для питьевых целей от соединений железа и марганца включают две основных стадии: окисление растворенных форм (различные способы аэрации) и выделение их из воды в виде нерастворимых осадков, как правило, фильтрованием.
Зачастую системы водоснабжения отдельно-стоящих объектов (жилые дома, санатории, дома отдыха и т. п.) включают гидропневматические установки различных типов, устраиваемые для поддержания давления в системе водоснабжения и работающие в автоматическом режиме.
При использовании гидропневматических установок легко можно автоматизировать включение и выключение насосных агрегатов, задействованных в данной системе. Кроме того, их стоимость невысока и они не требуют капитальных затрат при установке.
Известно, что гидропневматические установки могут быть переменного и постоянного давления. В общем виде любая гидропневматическая установка состоит из герметичного водяного бака, насосного агрегата, каких-либо устройств пополнения запаса воздуха (компрессор или струйный регулятор воздуха), воздушного бака, комплекта приборов автоматического управления. В типовых гидропневматических установках запас воздуха, если наблюдается его потеря, периодически пополняется – в соответствии с количеством теряемого воздуха [1].
Принцип работы установок заключается в следующем: вначале в водяной бак подается сжатый воздух (или запасается в воздушном баке) под большим давлением по сравнению с рабочим. В процессе водоразбора в водопроводной сети давление в водяном баке будет снижаться. В момент, когда давление снизится до допустимого минимума, с помощью реле давления и шкафа автоматического управления включается насосный агрегат, который начинает подавать воду в бак. Во время подачи воды давление в баке будет возрастать до прежних пределов. При достижении максимального значения давления насосный агрегат также автоматически отключается. Таким образом, гидропневматическая установка работает циклически с промежутками между включениями насосов тем большими, чем меньше водопотребление в водопроводной сети.
Основным элементом комплекта гидропневматической установки являются водовоздушный бак и насос, определяющие режим работы установки. Как правило, гидропневматические установки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня воды и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха. Объем гидропневматического бака и параметры других элементов автоматики в основном зависят от производительности установленного насосного агрегата, что определяет режим работы установки в целом и дает возможность независимо от многообразия типов насосов нормализовать подобные установки.
Автономные (отдельно-стоящие) объекты (жилые дома, дома отдыха, санатории, оздоровительные центры и т. п.), расположенные вне населенных пунктов, как правило, имеют самостоятельную систему водоснабжения. В Сибирском регионе такие объекты снабжаются водой из подземных источников и имеют одну или несколько (в зависимости от масштабов объекта) водозаборных скважин, объединенных в единую систему, либо образующих несколько обособленных друг от друга систем забора, накопления и распределения воды [2]. Традиционные системы водоснабжения подобных объектов из подземных источников, как правило, в своем составе имеют (должны иметь) водонапорную башню, играющую роль аккумулятора воды или (чаще одновременно) регулятора напора в системе водоснабжения. Строительство и эксплуатация водонапорных башен в системах водоснабжения отдельно-стоящих объектов не во всех случаях является оправданным техническим решением, однако, как правило, всегда увеличивает стоимость строительства и эксплуатации системы водоснабжения объекта. Альтернативой подобному варианту служит система с гидропневматическими установками, выполняющими функцию водонапорной башни и имеющими значительно меньшую стоимость. Кроме того, такие установки могут устанавливаться на системах водоснабжения достаточно малой производительности, например, одного индивидуального жилого дома.
В Сибирском регионе подземные воды, используемые для хозяйственно-питьевого водоснабжения, должны подвергаться очистке в той или иной степени – в зависимости от качества забираемой из подземных источников воды [3]. Как правило, подземную воду необходимо очищать от железа и, реже, марганца с доведением их остаточных концентраций до требуемых норм [4].
Опыт эксплуатации гидропневматических установок в системах водоснабжения объектов из подземных источников показывает, что, несмотря на стабильную и удовлетворительную работу установок в техническом плане, качество подаваемой воды в систему водопровода не соответствует нормам. Наблюдения за работой типовых установок показали, что в гидропневматическом баке со временем образуется осадок. Он свидетельствует о том, что растворенные в воде железо (Fe 2+ ) и марганец (Mn 2+ ) в баке частично (не полностью) окисляются кислородом, содержащимся в воздушной подушке бака, и в процессе гидролизации выпадают в оса-док. Следует отметить, что степень окисления растворенного железа и марганца зависит от частоты подкачки воздуха в гидропневмобак, однако во всех случаях ограниченный объем воздушной подушки и недостаточная степень обогащения ее атмосферным кислородом не позволяют достичь полного окисления растворенных в воде железа и марганца. Поэтому практически всегда вода поступает в систему водопровода объекта для хозяйственно-питьевых нужд ненадлежащего качества.
Чтобы решить эту проблему, для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения из подземных источников автономных объектов были разработаны и апробированы вариантные решения технологической схемы комплекса очистки воды на базе гидропневматической установки переменного давления (рис. 1). Комплекс работает в автоматическом режиме и не требует обязательного постоянного присутствия обслуживающего персонала.
 |
