В системах водоснабжения сжатый воздух низкого и высокого давления применяют в технологических целях, в водоочистных сооружениях и реагентных хозяйствах для приготовления растворов и суспензий реагентов. Для подачи сжатого воздуха под малым давлением используют воздуходувки, под большим давлением — компрессоры и нагнетатели. Воздуходувки — это центробежные машины, по устройству аналогичные центробежным насосам. Основным рабочим органом воздуходувок является рабочее колесо. В зависимости от требуемого давления воздуходувки бывают одно- и многоступенчатые; обычно число ступеней не более четырех. Зависимости напора, расхода и мощности воздуходувок от частоты вращения рабочего колеса те же, что и для центробежных насосов. Основные показатели работы воздуходувок зависят от давления и температуры засасываемого воздуха. Подача, напор и мощность воздуходувки пропорциональны давлению во всасывающем патрубке и обратно пропорциональны температуре засасываемого воздуха. Воздуходувки работают без охлаждения сжимаемого воздуха, так как при развиваемых давлениях сжатия температура воздуха повышается только до 170— 200 °С. »
Для водоснабжения строительных площадок, временных сооружений и хозяйств применяют передвижные и плавучие насосные установки и станции небольшой подачи. Особенностью передвижных и плавучих станций является значительное изменение действительных высот всасывания, необходимость частых перемещений, монтажа и демонтажа. Для установки на этих станциях наиболее пригодны центробежные насосы одноступенчатые консольного типа или двустороннего входа.
Известно несколько типов и конструкций временных насосных станций заводской готовности, которые в зависимости от системы привода и способа передвижения классифицируют: сухопутные с внешним приводом, сухопутные с собственным двигателем и плавучие. Типичными насосными станциями первой группы являются установки, приводимые в действие трактором через вал отбора мощности или непосредственно от вала двигателя. Насосы монтируют на раме, прикрепляемой к трактору, либо на телелжах и салазках. Трактор транспортирует станцию к месту ее работы.
Передвижные насосные станции с собственным двигателем изготовляют в виде прицепа. В качестве приводных двигателей используют электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. »
Для получения подземных вод наиболее часто используют трубчатые колодцы, оборудованные центробежными насосами с трансмиссионным валом и электродвигателем, размещенным на поверхности земли, или погружными насосами с электродвигателями, расположенными непосредственно в скважине. В обоих случаях предусматривают насосные станции, размещаемые в наземных или подземных помещениях и работающие без постоянного обслуживающего персонала. В наземном павильоне или в шахте насосные станции оборудованы "примерно одинаково: на напорном трубопроводе установлены: задвижка, вантуз, обратный клапан и сливной (контрольный) кран. Устье скважины заделано в бетонный оголовок, в который вмонтировано устройство для замера уровня воды. Подача насоса замеряется мерной диафрагмой, установленной в отдельно расположенной подземной камере. Перепад давления в диафрагме измеряется дифференциальным манометром с регистрирующим устройством. В помещении насосной станции также размещены: щит управления гидроагрегатом, релейный шкаф, осветительный щиток и электропечь отопления, автоматически включающаяся при температуре ниже +5 СС. Вентиляция помещений естественная через вытяжные трубы. Монтаж и демонтаж оборудования станции предусмотрены через люк в перекрытии с помощью автокрана или талей, устанавливаемых над люком на временных треногах.
Циркуляционные насосные станции предусматривают в системах промышленного водоснабжения для подачи поступившей из цехов отработавшей горячей воды на охлаждающие устройства, а также для возврата охлажденной воды в цехи на технологические нужды. »
Насосные станции имеют сложное электрическое хозяйство, основными элементами которого являются силовые трансформаторы, масляные выключатели, изоляторы, разъединители, силовые кабели, токоведущие части, предохранители. Снабжение станций электроэнергией осуществляется, как правило, с помощью линий электропередачи. Степень надежности энергопитания определяется категорией насосной станции. Насосные станции I категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых источников, каждый из которых может подать необходимое количество энергии на станцию. Насосные станции небольшой мощности можно снабжать электроэнергией по фидерам низкого напряжения от ближайшей трансформаторной подстанции.
В комплексе насосной станции должны быть распределительные устройства и трансформаторные подстанции (или понизительные трансформаторы), предназначенные для преобразования напряжения переменного тока и распределения его по подводкам к электродвигателям и другим потребителям электроэнергии. Распределительные устройства, трансформаторные подстанции и щиты управления размещают во встраиваемых или пристраиваемых помещениях с учетом их расширения и увеличения мощности. Допускается устройство отдельно стоящих закрытых трансформаторных подстанций и распределительных устройств. »
Насосную станцию разрешается блокировать с другими водопроводными сооружениями, от которых она ограждается несгораемыми ограждающими конструкциями с непосредственным выходом наружу. Расположение гидромашин и оборудования в помещении насосной станции зависит от ее назначения, конфигурации машинного зала, характера водоисточника, числа и типа агрегатов, особенностей монтажа насосного оборудования, его обслуживания и эксплуатации. Гидромашины и трубопроводы в насосной станции размещают таким образом, чтобы обеспечивались надежность их действия; удобство, простота и безопасность эксплуатации; минимальная протяженность трубопроводов и простота их узлов; возможность расширения станции в дальнейшем. По условиям ремонта и эксплуатации целесообразно устанавливать по возможности однотипные насосы с одинаковой подачей.
Основные схемы размещения гидромашин:
однорядное расположение насосов перпендикулярно продольной оси машинного зала, широко применяемое как при малых, так и при крупных агрегатах; при этом достигаются компактность установки оборудования, уменьшение ширины здания и длины ходовой части грузоподъемного крана;
однорядное размещение параллельно продольной оси зала; обеспечивается компактность установки оборудования, еще меньшая ширина машинного зала, чем по первой схеме; »
Пневматическая воденапорно-регулирующая установка переменного давления имеет два герметически закрытых стальных котла — воздушный и водяной, соединенных трубой. Водяной котел с помощью питательной трубы присоединен к напорному водоводу. Если подача насосов превышает потребление воды, ее избыточное количество поступает по питающему трубопроводу в водяной котел, сжимая находящийся в нем воздух и перегоняя его постепенно в воздушный котел. Когда в водяном котле вода достигает максимально допустимого уровня, ее подача в котел прекращается автоматически действующим поплавковым клапаном, при этом воздух в пневматической установке будет занимать минимальный объем, а давление в системе достигнет максимальной величины. В часы, когда водопотребление будет превышать подачу воды насосами, вода будет поступать из водяного котла в систему по питающей трубе, уровень воды в нем будет понижаться, давление в системе уменьшаться. Когда уровень воды достигнет минимально допустимой отметки, другой автоматический поплавковый клапан перекроет выход из водяного котла в питающую трубу, чтобы предотвратить попадание воздуха^ в распределительную сеть. К этому моменту воздух в установке будет занимать максимально возможный объем, а давление в системе будет минимальным. В отличие отобычной системы водоснабжения с башней в пневматической системе изменение степени наполнения водяного котла адекватно сопряжено со значительным изменением давления. »
В практике водоснабжения пневматические установки получили распространение в малых системах при относительно небольшом водопотреблении и значительных расчетных напорах. В остальных случаях по строительной стоимости и эксплуатационным расходам они менее выгодны, чем башни. Однако автоматизация работы пневматических установок значительно расширяет область их использования, так как позволяет сократить потребление энергии вследствие последовательного пуска и отключения насосов через короткие промежутки времени. Благодаря этому автоматизированные пневматические установки получили распространение в системах сельскохозяйственного и локального производственного водоснабжения. Их также используют в тех случаях, когда недопустимо устройство водонапорных башен из-за слабых грунтов, в сейсмических районах, вблизи аэродромов. Компактность, полная автоматизация, удобная и надежная их эксплуатация способствуют их распространению.
В пневматическом водоснабжении давление в распределительной сети, создаваемое обычно водонапорной башней, заменяется давлением сжатого воздуха. Известны две различные системы гидропневматических установок с переменным и постоянным давлением. »
Водоочистные сооружения могут быть расположены непосредственно у места забора воды из источника или вблизи объекта потребления воды. В первом случае водоочистные сооружения наряду с водозаборными сооружениями, резервуарами и насосными станциями I и II подъема составляют единый комплекс головных сооружений. Во втором случае в комплексе сооружений, располагаемых на одной площадке, помимо сооружений по улучшению качества воды входят только резервуары и насосная станция II подъема.
Площадка для размещения водоочистного комплекса должна обеспечить не только возможность организации зоны санитарной охраны, но и иметь удобный рельеф и надежные
подъезды. Желательно, чтобы рельеф территории в границах площадки обеспечивал движение воды самотеком через все очистные сооружения с минимальным объемом земляных работ при минимальном заглублении сооружений в землю. Рельеф территории площадки должен также обеспечивать самотечное движение воды после промывки фильтров или продувки осветлителей (отстойников) к сооружениям оборота промывной воды либо ее удаление за пределы станции.
При выборе площадки очистных сооружений необходимо обратить внимание на уровень грунтовых вод, так как высокий уровень грунтовых вод на площадке размещения водоочистного комплекса может решающим образом повлиять на степень заглубления основных сооружений и вызывать значительное увеличение объема земляной подсыпки сооружений, располагаемых вне зданий. »
Известны химические и физические методы дегазации воды. Химические методы основаны на применении реагентов, связывающих растворенные в воде газы. Например, обескислороживание воды может быть достигнуто путем введения в нее сульфита натрия, сернистого газа или гидра-зингидрата. Реагентом, с помощью которого удается достичь практически полного обескислороживания воды, является гид-разингидрат. При этом происходит связывание кислорода и выделение инертного азота.
Этот химический способ обескислороживания воды является наиболее совершенным, но вместе с тем и наиболее дорогим, поэтому он применяется в основном для целей дообескислороживания воды после физических методов ее дегазации.
К химическим методам относится получивший довольно широкое распространение метод обескислороживания воды с помощью сталестружечных фильтров. Недостатки химических методов дегазации воды: применение реагентов, усложняющих и удорожающих процесс обработки воды; ухудшение качества воды при нарушении дозировки реагентов.
Сущность физических методов удаления из воды растворенных газов заключается в следующем: дегазируемая вода приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю; обеспечивают условия, при которых растворимость газа в воде становится близкой к нулю. »
Скорость окисления ионов марганца (II) хлором, озоном, оксздсм хлора зависит от величины рН среды. Хлор — сильный окислитель, однако эффект окисления им марганца может быть достаточно полным при рН=8—8,5, что чаще всего требует подщелачивания воды. На окисление 1 мгМп2+ вМп4+ требуется 1,3мг хлора. Хлор окисляет марганец (II) при рН 7 за 60—90 мин всего на 50%. В отсутствии иона NH4 при рН 8 окисление марганца (II) хлором за 60—90 мин завершается полностью. Окисление марганца (II) озоном или оксидом хлора (IV) при рН = =6,5—7,0 завершается в течение 10—15 мин, при этом расход озона составляет 1,45, а оксида хлора (IV) 1,35 мг/мг марганца (II).
Исследованиями установлено, что слабый окислитель (кислород) в присутствии более сильного (хлора) активизируется. Это позволило разработать технологию деманганации воды, сущность которой сводится к глубокой аэрации воды, что влечет за собой повышение рН, обогащение воды кислородом воздуха, окисление железа (II) с образованием гидроксида. Затем в «водяную подушку» фильтра вводится хлор, воздействующий как окислитель и как катализатор окислительного действия растворенного кислорода. »
Межрегенерационный период работы гранулированного активного угля может быть резко увеличен, если воду перед фильтрованием через уголь обработать окислителем. Установлено, что при такой обработке воды происходит не простое суммирование двух процессов, а имеет место эффект окислительно-сорбционного взаимодействия, который заключается в том, что, с одной стороны, уголь выступает качестве катализатора окисления, значительно повышая глубину и скорость этого процесса, а с другой — многие продукты окисления лучше сорбируются на угле. Кроме того, применение двух методов всегда надежнее и позволяет значительно расширить диапазон удаляемых из воды органических загрязнений. Практика показала, что совместное применение окислителей и активного угля имеет также и экономическое преимущество.
В зависимости от качества обрабатываемой воды, состава и типов очистных сооружений могут быть различные технические решения использования окислительно-сорбционного метода очистки воды. Так, фильтры, загруженные гранулированным активным углем и предназначенные только для очистки воды от органических загрязнений, располагают в технологической схеме после осветлительных фильтров. Но гранулированный уголь может использоваться также в фильтрах, выполняющих наряду с указанной функцией и функцию осветления воды. Тогда фильтры, как обычно, располагают после сооружений первой ступени, при этом загрузка их может либо целиком состоять из активного угля, либо из угля и песка (двухслойная загрузка). »
Окислители применяют для обеззараживания питьевой воды и улучшения ее органолептических показателей. В практике водоподготовки в основном используют следующие окислители: озон, перманганат калия, хлор и его производные.
Озон — наиболее сильный из всех известных в настоящее время окислителей. Одно из преимуществ его с гигиенической точки зрения — неспособность в отличие от хлора к реакциям замещения. Особенностью озона является то, что он быстро разлагается. С одной стороны, это вызывает некоторые технические трудности, а с другой — создает определенные преимущества, так как даже при некотором передозировании остаточные количества его не могут быть велики, не требуется его устранения. Как показали исследования, остаточный озон в количестве 3,5—5,0 мг/л в течение 30 мин снижался до 0,2—0,3 мг/л. Вводить излишне большие дозы озона при обработке питьевой воды не рекомендуется, поскольку после нее вода может приобретать неприятный ароматический запах.
Перманганат калия — менее сильный окислитель, чем озон, он также не вступает в реакции замещения. Недостатки перманганата калия — его сравнительно высокая стоимость, дефицитность, а также опасность появления остаточных концентраций, поскольку марганец нормируется в питьевой воде до 0,1 мг/л.
Раствор перманганата калия концентрацией 0,5—2% (по товарному продукту) приготовляют в баках с механическим побуждением, рассчитываемых на время полного растворения реагента 4—6 ч при температуре воды 20 °С и 2—3 ч при 40 °С. Принимают не менее двух растворных или растворно-расходных баков. »