Технологическая схема работы водозаборного узла

1 Общие сведения технологической цепочки ВЗУ

1 Общие сведения

Для понимания работы технологического оборудования предлагаем рассмотреть пример из проекта водозаборного узла – технологическая цепочка от забора скважины погружными насосами, подготовка воды (очистка до норм питьевой воды), подача в накопительные емкости, дальнейшая подача воды в сеть с заданным давлением.

2 Хозяйственно-питьевое и противопожарное водоснабжение

2.1 Общая часть

Проектный расход воды на хоз.-питьевые нужды объекта водоснабжения приведен в Расчете баланса водопотребления и водоотведения  

Здание ВЗУ с единым машинным залом, который совмещен с резервуаром чистой воды, в котором располагаются:

две артезианские скважины (одна рабочая и одна резервная) c погружными насосами Grundfos;

Узел учета воды на две скважины: турбинный полнопроходный расходомер ВСХНд-100;

Станция 2-го подъема Hydro MPC на базе насосов Grundfos;

Станция пожаротушения на базе насосов станции 2-го подъема;

Станция водоподготовки для удаления солей жесткости и растворенного железа.

Проект станции водоподготовки разрабатывается (уточняется) отдельным разделом после получения фактических анализов проб воды из скважин, приведенная в проекте схема станции водоподготовки рассчитана на ожидаемые показатели содержания железа не более 1,0 мг/л.

Согласно СНиП 2.04.01-85* в насосной станции установлен пожарный кран условным диаметром 50мм.

Допускается не предусматривать в насосной станции, помещение санитарно-технического узла, согласно СНиП 2.04.02-84*.

Здание насосной станции надежно закрывается навесным замком, ключ от замка хранится у лица, ответственного эксплуатацию водозаборного узла (ВЗУ).

2.2 Технологическая схема работы ВЗУ

Упрощенная технологическая схема работы ВЗУ показана на рис. 2.2.1.

Рис. 2.2.1 Упрощенная технологическая схема работы ВЗУ

Полный комплекс зданий сооружений составляет :

1 - водозаборные скважины (артезианские скважины) в кессонах, отдельно стоящих зданиях или в едином блоке остальными сооружениями водозаборного узла;

1 - насосных станций I-го подъема с погружным насосом «глубинником» . Технологическое оборудование, вспомогательные здания и сооружения с различным инженерным оборудованием (также может размещаться автоматика работы, защиты погружных агрегатов артезианских скважин, диспетчеризация работы и прочее).

Количество насосных 1-го подъема и сложность обустройства зависит от количества скважин, глубины, диаметра водозаборных скважин, которые в свою очередь зависят от необходимого объема воды для снабжения объекта, а также от гидрогеологических условий места расположения водозаборного узла.

2 - Узел учета воды - представленный водосчетчиком: индукционный, ультрозвуковой, мехинический (турбинный). Для нужд технологического и коммерческого учета возможна установка узлов учёта воды на каждый элемент водозаборного узла, однаком такая информация редко бывает значимой. Для коммерческого учета отпущенной воды с водозаборного узла (ВЗУ) - устанавливают водосчетчики на выходе с водозаборного узла;

3 - Водоподготовка - очистка воды до заданных норм может быть представлена техническим помещением или как отдельно стоящее здание или обособленное сооружение для размещения технологического оборудования водоподготовки или как иначе говорят станции очистки воды – доведение воды до заданного качества – питьевой воды (обезжелезивания, аэрация, механическая очистка, обратный осмос, химическая водоподготовка);

4 - РЧВ (резервуары запаса воды) в том числе и для пожарных нужд, отдельные пожарные резервуары, регулирующие резервуары, резервуары технологического запаса. Возможно даже размещение целых резервуарных парков и сооружений с обслуживающим их оборудованием.

5 - насосного оборудования станции II-го подъема различной производительности и назначения (хозяйственно-бытовые насосные агрегаты с частотно регулируемым приводом или пожарные насосы для подачи заданного объема в течении 3-х часов), насосные станции 2-го подъема могут размещаться как

6 - разводящая сеть хозяйственно-питьевого и/или пожарного водоснабжения для подачи воды надлежащего качества потребителю

- Все элементы ВЗУ объединяются внутренними (по зданиям) и наружными (внутриплощадочные) инженерными сетями на ВЗУ для обеспечения взаимодействия элементов ВЗУ. В зависимости от объема и целей водоснабжения часть сооружений может быть исключена из вышеприведенного списка.

6. Сеть водопровода, идущая к потребителю.

2.3 Станция первого подъема (погружные насосы)

Для подачи воды из скважины используется погружные насосы Grundfos SP 30-21, подача осуществляется при рабочем режиме на водоподготовку или в обход водоподготовки на резервуары чистой воды (РЧВ), при аварийном водоснабжении подача из скважин осуществляется непосредственно в сеть. Герметизированных оголовков артезианских скважин – 2 шт. Герметизация оголовка трубчатого колодца выполнена в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02 - 84*. Оголовок выполняется по типовой конструкции по серии 7.901-7. «Герметизированные оголовки скважин» выпуск. 0 «Технические требования» и выпуск. 1 «Оголовки скважин для водоснабжения, оборудованных насосами».

Рис. 2.2.2 график работы погружного насоса и водовода (рабочие характеристики  погружного насоса)

 где 1 – кривая характеристика насоса, 2 – характеристика водовода

2.4 Узел учета воды

Узел учета воды на каждую из скважины: индукционный полнопроходный расходомер ВСХНД-100 на Ду100. Согласно требований лицензии на недропользования (добыча воды) недропользователь обязан вести учёт отобранной воды из недр по каждой скважине в отдельности с ведение журнала учёта отобранной воды.

2.5 Водоподготовка

НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Система предназначена для удаления из воды  растворенного железа путем  его каталитического окисления до трехвалентной формы подачей воздуха компрессора с последующим осаждением  гидрооксида железа в фильтрующем слое и сбросом его в дренажную линию во время обратной промывки.

Трехвалентное (не растворенное) железо удаляется непосредственно на фильтрующем слое.

Помимо железа, система эффективно удаляет марганец, сероводород, механические примеси, размером от 100 mkm, осветляет воду, нейтрализует растворенную в воде углекислоту.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И РЕЖИМ РАБОТЫ

Максимальная производительность водозаборного узла принята в соответствии с заданием на проектирование и составляет  510 м3/сут.  Режим работы: - непрерывный, 24 часа в сутки, 365 рабочих дней в год.

ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ И ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ

Исходным сырьем является артезианская вода из скважин. Для обеспечения требуемых показателей качества питьевой воды проектом предусматривается установка станции очистки подземных вод, включающей:

- блок фильтров грубой механической очистки;

- предварительное окисление растворенного железа и обеззараживание гипохлоритом натрия;

- аэрационную колонну;

- блок фильтров с многослойной зернистой загрузкой, для удаления окисленного железа и механических примесей.

ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ

Готовой продукцией является очищенная вода, соответствующая требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

СТОЧНЫЕ ВОДЫ И ЖИДКИЕ ОТХОДЫ

При эксплуатации системы водоподготовки образуются стоки от промывки фильтров обезжелезивания, которые сливаются в емкость V=10м3 сгущения стоков из 4 отсеков:

- количество - не более 4,8 м3/сут;

- состав стоков - [Fe3+] = до 60 мг/л.

Жидкие отходы предварительно отстаиваются в баках отстойниках, чистые воды сбрасываются на рельеф. Сгущенный осадок вывозится ассенизаторскими машинами.

Фильтрующий материал  - «МЖФ»

Как правило, природные воды, в том числе и артезианская вода, содержат хлориды, сульфаты и гидрокарбонаты, но в любом, даже самом выгодном случае - на фоне НСО_3-, в отсутствии сульфатов и хлоридов, материалы, не корректирующие значение рН очищаемой воды могут эффективно использоваться при очистке природных вод, содержащих железо не более 5 мг/л и имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию.

Марганец же, материалами, не корректирующими рН очищаемой воды, практически не удаляется.

Не удаляются такими материалами и все другие тяжелые металлы.

Материал, эффективно удаляющий из воды ионы тяжелых металлов должен быть способен вовлекать растворенные соединения металлов в такие химические реакции, которые приводят к образованию твердых продуктов, например гидроксидов.

Растворимость соединений, в виде которых удаляются примеси загрязняющие воду, и определяет в первую очередь, эффективность очистки от того или иного металла. Так растворимость Fe(OH)₃ имеет значение 4,8 * 10-9 % или 0,0003 мг/л, так же и растворимость MnO₂ имеет практически нулевое значение, что делает возможным очистить воду от этих металлов до остаточных значений концентраций на несколько порядков меньше норм предусмотренных СанПиН-ом.

Вторым фактором является каталитическая активность, то есть способность материала ускорять реакции окисления растворенных соединений металлов. Если бы двухвалентное железо не успевало окисляться при общепринятых скоростях фильтрования, и извлекалось в форме гидрата закиси - Fe(OH)₂ , то остаточная его концентрация в растворе, обусловленная растворимостью гидроксида двухвалентного железа составила ~ 1 мг/л, аналогично обстоит дело и с марганцем.

Таким образом, материал эффективно удаляющий из воды железо и марганец должен обладать двумя основными свойствами - способностью не только нейтрализовать кислоты растворенные в исходной воде, например СО₂, и образующиеся в результате реакций окисления и гидролиза ионов металлов, так и поддерживать значение рН воды в приграничном слое гранулы, необходимое для выпадения осадка соответствующего гидроксида, (например для образования Mn(OH)₂ значение рН должно быть не менее 10), при этом усредненное значение рН очищенной воды должно оставаться в рамках норм СанПиНа; и высокой каталитической активностью в реакциях окисления.  

МЖФ - пористый материал, состоящий из смеси оксидов и карбонатов кальция и мания в первую очередь, а также оксидов алюминия и кремния. В его порах закреплен каталитически активный компонент - диоксид марганца, равномерно распределенный по объему зерна. Равномерность распределения по объему гранулы каталитически активного компонента обеспечивает стабильность работы материала при длительной его эксплуатации, поскольку при истирании гранул химический состав поверхности не изменяется.

МЖФ - каталитически активный материал способный ускорять реакции окисления кислородом воздуха как неорганических соединений, двухвалентных железа и марганца в первую очередь и сероводорода, так и некоторых органических веществ. Каталитические свойства МЖФ не изменяются со временем.

МЖФ не имеет противопоказаний к применению других окислителей озона, гипохлорита натрия перманганата калия.

В данной станции водоподготовки реализована следующая технология удаления из воды растворенного и не растворенного железа:

Описание технологической схемы.

Входная вода, под давлением 2 - 4 bar, подается на блок грубой механической фильтрации, представляющий собой автоматическую станцию дисковой фильтрации «OPAL 2 x 2» с рейтингом фильтрации 100 mkm.

Фильтры данного типа не имеют в своем составе сменных или заменяемых частей, а так же ограничений по сроку службы. Промывка фильтрующих элементов (пакет полипропиленовых дисков) производится автоматически по мере необходимости (определяется по перепаду давлений на блоке, контролируется входящим в состав системы дифференциальным манометром и контроллером).

Данный блок предназначен для удаления из воды крупных механических частиц (песок, грязь, окалина и т.п.) в целях защиты последующих гидравлических компонентов системы.

Потребляемая мощность (220 В, 50 Гц) не более 100 Вт. Для пояснения принципа работы приведена схема установки.

Схема работы станции грубой фильтрации

OPAL 2x2

Промывка фильтрующих элементов активизируется по сигналу контроллера по мере загрязнения следующим образом:

1. Контроллер подает сигнал на электромагнитный клапан в соответствии с величиной перепада давления на фильтрующих элементах или по сигналу таймера.
2. Электромагнитный клапан подает управляющее давление на промывочный клапан и переводит его из положения сервиса в положение промывки.
3. Фильтр №1 промывается очищенной водой из выходного коллектора установки и переходит в режим фильтрации.
4. Далее, последовательно промывается фильтр №2
5. После промывки обоих фильтров система переходит в режим сервиса (.
6. Процесс повторяется циклически по мере загрязнения фильтрующих элементов.

В режиме фильтрации диски фильтрующего элемента сжаты усилием пружины и составляющей гидродинамической силы, возникающей при прохождении потока воды через фильтрующие каналы-насечки. Сжатые диски представляют собой единый фильтрующий объем.

В режиме промывки силовой цилиндр разжимает диски, а встроенный сопловой аппарат с тангенциальным смещением промывочного потока обеспечивает вращение фильтрующих дисков, что значительно повышает эффективность обратной промывки. Промывочная вода сбрасывается в дренажную линию.

Габаритные и присоединительные размеры

На выходе блока грубой механической фильтрации установлен гидропневматический аккумулятор объемом 300 л. (на технологической схеме не показан) служащий для исключения гидравлических ударов при переключении управляющих клапанов.

Здесь же установлено реле давления, служащее для выключения подающего скважинного насоса при аварийно высоком давлении.

Подача гипохлорита натрия

В очищенную от механических примесей воду специальным дозирующим насосом подается раствор гипохлорита натрия.

Данная ступень служит для частичного окисления растворенного железа и марганца, дезинфекции воды и активации фильтрующей среды ступени обезжелезивания.

Управление дозированием осуществляется через контроль мгновенного расхода воды (контролируется импульсным водомером).

Подача сжатого воздуха

В очищенную от механических примесей воду специальным безмасляным компрессором подается сжатый воздух.

Воздух, также как и гипохлорит натрия служит для частичного окисления растворенного железа и марганца, способствует эффективному перемешиванию окислителя.

Аэрационная колона

Представляет собой напорный корпус, выполненный из не коррозирующих композитных материалов.

Внутренняя поверхность колоны покрыта полиэтиленом пищевого класса.

В верхней части колоны установлен специальный оголовок с портами входа/выхода и клапан сброса воздуха.

Колона служит для отделения излишков воздуха и обеспечения времени контакта гипохлорита натрия с водой.

Колона имеет следующие габаритные размеры:

Высота (без основания) - 1830 мм;

Диаметр - 762 мм.

Фильтрование

Ступень фильтрования состоит из трех, параллельно включенных фильтров с фильтрующей средой МЖФ.

Каждый такой фильтр представляет собой напорный корпус, выполненный из не корродирующих композитных материалов.

Корпуса имеют следующие габаритные размеры:

Высота (без основания) - 1830 мм.;

Диаметр - 762 мм.

Внутренняя поверхность корпусов покрыта полиэтиленом пищевого класса.

Корпуса имеют внутреннюю распределительную систему и загружены кварцевым песком (поддерживающий слой) и фильтрующим материалом «МЖФ». (450 л/корпус).

Внутри корпуса, коаксиально, установлена труба с щелевым наконечником - распределителем внизу. Наконечник - распределитель находится в толще поддерживающего слоя гравия.

Каждый фильтр имеет в своем составе автоматический управляющий клапан типа «FLECK 3150», обеспечивающий все режимы работы фильтра:

В режиме очистки, вода проходит через слой фильтрующего материала сверху вниз, далее через поддерживающий слой, распределитель и по трубе на выход фильтра.

В режиме промывки направление движения воды изменяется на противоположное, т.е. через слой фильтрующей загрузки вода проходит снизу вверх.

При этом, слой загрузки «расширяется», ее гранулы начинают «кипеть», эффективно освобождаясь от задержанных загрязнений.

Промывочная вода сбрасывается в дренаж.

Промывки фильтров осуществятся автоматически, в заданное время (таймер входит в состав управляющего клапана «FLECK 3150»)

Управляющий клапан «FLECK 3150»:

Порты вход/выход/дренаж - 3;

Потребляемая мощность (220 В, 50 Гц) не более 100 Вт.

Управляющий клапан FLECK 3150:

Высокопроизводительный электромеханический блок управления для промышленного применения. Поставляется в двух вариантах исполнения: с регенерацией по таймеру или с регенерацией по расходу воды (со встроенным расходомером). Обеспечивает до 5 программируемых циклов регенерации.

2.6 Резервуар чистой воды

Данный проект водозаборного узла, разработан на основании технического задания Заказчика и использовались следующие материалы:

· СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение.Наружные сети и сооружения»;

· СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»;

· СНиП II-89-80 «Генеральные планы промышленных предприятий».

Расчет объема резервуара по СНиП 2.04.02-84* (Водоснабжение. Наружние сети и сооружения)

где:

К_н — отношение максимальной часовой подачи воды в регулирующую емкость при станциях водоподготовки, насосных станциях или в сеть водопровода с регулирующей емкостью к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления;

К_ч — коэффициент часовой неравномерности отбора воды из регулирующей емкости или сети водопровода с регулирующей емкостью, определяемый как отношение максимального часового отбора к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления.

Здание насосной станции сблокировано с резервуарами запаса воды для хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд V=180 м3 каждый.

Каждый резервуар оборудуется подводящим, спускным, отводящим трубопроводом, переливным устройством, устройством для измерения уровня воды в резервуаре.

Время заполнения резервуаров после пожара составляет 13ч.

2.7 Насосная станция 2-го подъема, пожарный насос

В качестве насосной станции хоз.-питьевого и пожарного назначения принимается станция 2-го подъема полной комплектности Grundfos Hydro MPC-E 5CR32-3

Рис. 2.7.1 график работы насосов и водовода, рабочие характеристики насосов

где 1 – кривая характеристика насоса, 2 – характеристика водовода

Пожарные насосы подбираются по техническому заданию, выданного Заказчиком, из условия:

1. 10 л/с расход на наружное пожаротушение;

2. 2х5 л/с расход на внутрннее пожаротушение.

Тушение пожара осуществлятся в течении 3-х часов по схеме:

1-ый час совместно внутреннее и наружное пожаротушение

2-ой час только наружное пожаротушение.

3-ий час только наружное пожаротушение.

Из помещения насосной станции выводятся патрубки Д=80 мм с соединительными го-ловками для присоединения передвижной пожарной техники.

В насосной станции установлен пожарный кран Д=50 мм.

Внутренние сети водопровода насосной станции проектируются из труб и фитингов нПВХ Д=50 мм – магистраль от скважин на водоподготовку;

 Д=50 мм – магистраль от водоподготовки до резервуара чистой воды (РЧВ);

Д=200 мм – магистраль от резервуара чистой воды (РЧВ) до станции 2-го подъема;

Д=200 мм – н апорная магистраль со станции 2-го подъема на гребенку отводящую

2.8 Описание системы автоматизации водоснабжения

Проектом предусматривается автоматизация для снижения энергопотребления, уменьшения затрат на обслуживание работы ВЗУ. Работа ВЗУ протекает в рабочем режиме полностью автоматически и не требует вмешательства оператора в работу ВЗУ.

1. Система подачи воды из скважины. Управление посредством шкафа управления погружного насоса:  Grundfos CUE для каждого насоса  (рабочего и резервного).

2. Система подачи воды в хоз.-бытовую сеть. Управление посредством шкафа управления Grundfos Control MPC-F (поставляется в комплекте с насосной установкой). Автоматический контроль давления в системе хоз.-питьевого водопровода, защита насосов от работы.

3. Система учета отобранной воды на арт. скважинах и на выходе со станции 2-го подъема. Автоматический сбор показаний, ведение архива отобранной воды с помощью электронных индукционных полнопроходных водосчетчиков ПРЭМ с электронным блоком (ЭБ) исполнение 1 от компании Теплоком.

3 Мероприятия по снижению шумов и вибрации от насосных агрегатов

Во вновь проектируемом сооружении предусматриваются следующие мероприятия по снижению шума и вибрации: вибрация от работы насосных агрегатов и технологического оборудования частично устраняется массой фундаментов, частично песчаной засыпкой и устройством разделительного слоя между полом, грунтом и поверхностью фундаментов. Для снижения шума от насосного оборудования станции второго подъема устанавливаются компенсаторы, насосные установки монтируются на металлических каркасах, которые глухо прикручиваются к полу здания анкерными болтами.

4 Система водоотведения

Хоз-бытовая канализация на ВЗУ не предусматривается в виду отсутствия необходимости в обслуживающем персонале.

Отвод промывных вод (чистых) от прокачки скважины предусматривается в линию К2.