Человек в своей жизни и деятельности использует многие замечательные свойства воды — ее самую большую теплоемкость по сравнению с теплоемкостью других веществ, способность поглощать и транспортировать различные примеси, растворять (равномерно распределять раздробленные до молекул и даже до ионов) другие вещества, создавать условия для протекания соответствующих физических, химических или биологических процессов.
Необходимое количество воды, как и количество сточных вод, устанавливают расчетами и опытным путем для каждого вида производства, агрегата или аппарата. Расход воды для производства одной и той же продукции зависит от ряда факторов: вида и качества используемого сырья; технологической схемы производства; примененного оборудования; системы водоснабжения и канализации, а в ряде случаев и от качества используемой воды.
Требования, предъявляемые к качеству и свойствам воды, устанавливаются в зависимости от ее роли в производственном процессе и схемы использования. Основным при техническом нормировании качества воды (природной, повторно используемой и оборотной) является условие, чтобы используемая в системах производственного водоснабжения вода не нарушала санитарно-гигиенического состояния рабочих мест и технологического процесса производства.
Для хозяйственно-питьевых целей воду используют однократно по прямоточной схеме. Для производственных целей ее можно использовать по прямоточной схеме однократно (рис. 1,а) или последовательно много раз (рис. 1,6), а также по схеме с оборотом воды (рис. 2). Могут быть и смешанные схемы, включающие прямоточное и последовательное или оборотное использование воды.
Рациональным (разумно обоснованным) и полезным будет такое расходование воды в процессе производства или в быту человека, при котором наиболее полно будут реализованы указанные выше ее свойства. Фактическую норму расходования воды на хозяйственно-питьевые цели для населения следует устанавливать с учетом степени благоустройства застройки каждого населенного пункта, а также наличия и вида промышленного производства.
Между всеми этими элементами имеется тесная связь — организационная и технологическая. В процессе работы водопровода проявляется также экономическая взаимозависимость перечисленных элементов. Нарушение нормального функционирования одного из элементов расстраивает работу всей системы в целом, что сказывается и на работе потребителей воды — промышленных предприятий и населенных пунктов.
Под эксплуатацией промышленных водопроводов понимается использование водопроводных и относящихся к ним гидротехнических сооружений, механизмов и машин, устройств и приборов, предназначенных для добычи и сохранения воды, обработки и очистки ее до требуемого состава и подачи потребителям — промышленным предприятиям, цехам и установкам, а также населенным пунктам.
Потребители воды — промышленные предприятия или цехи, города, рабочие поселки и другие объекты не могут хранить запасы воды в течение длительного времени. Поэтому нельзя допускать перерыва в подаче воды. На многих же производствах невозможно даже в какой-то степени уменьшить количество подаваемой воды. Также очень важно давление воды в водопроводе, под которым она поступает к потребителям.
Мощность водопровода принято характеризовать его производительностью, выражаемой в кубических метрах в час, в сутки или литров в секунду — №. При этом пропускная способность водозаборов, производительность насосных станций, пропускная способность трубопроводов, охладителей воды, водоочистных сооружений и других элементов должны находиться в полном соответствии. Если это условие почему-либо не соблюдено, то приходится учитывать их мощности в отдельности, а для водопровода в целом считать мощность и производительность по мощности лимитирующего элемента.
При прочих неизменных условиях себестоимость в значительной степени определяется коэффициентом использования мощности водопровода или, иначе говоря, количеством воды, поданной потребителям, по сравнению с количеством, определяемым располагаемой мощностью водопровода.
В зависимости от условий залегания и гидродинамических особенностей подземные воды разделяют на три типа: верховодку, грунтовые (безнапорные) и артезианские (напорные).К. верховодке относятся подземные воды, залегающие на небольшой глубине от поверхности земли1 с ограниченной (1— 2 м) мощностью (толщиной) потока и локальным распространением. Для централизованного водоснабжения предприятий и населенных пунктов эти воды не используют: дебит их мал и они легко загрязняются с поверхности.
Для водоснабжения используют грунтовые воды со свободной поверхностью, а также межпластовые и артезианские воды. В зависимости от конкретных условий для забора воды применяют каптажи, горизонтальные водосборы, шахтные колодцы, буровые скважины, а также лучевые водозаборы. Дебит неглубоких источников чаще всего непостоянный; но вода в них обычно хорошего качества.
Дебит природного подземного потока в одном и том же поперечном сечении может изменяться в разные сезоны года и по отдельным годам. Под влиянием отбора подземных вод на участке эксплуатации водоносного горизонта возникает новый режим подземных вод, иногда значительно отличающийся от естественного.
Питание подземных вод песчаных и трещиноватых пород происходит в значительной степени благодаря просачиванию атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на водосборную площадь или проникающих в эти породы из открытых водотоков. Это особенно резко выражается поднятием уровня грунтовых вод в районах предгорий (на конусах выноса) в период после дождей в горах, на полях орошения в период поливов и вблизи рек при поднятии их уровня. На примере одного инфильтрационного водозабора, расположенного в 50 ж от берега реки в гравийно-песчаной толще, на рис. 13, а показана зависимость притока воды в инфильтрационную галерею от уровня воды в реке, а на рис. 13,6 — зависимость температуры воды в галерее от температуры воды в реке.
Сооружения для каптажа ключей и для забора неглубоких подземных вод (галереи и шахтные колодцы) необходимо периодически осматривать и ремонтировать. На состояние стен и перекрытий их влияет вода, особенно если она агрессивна, а также атмосфера. Уход за такими сооружениями заключается в очистке их от накапливающегося песка, а иногда и ила, в дезинфекции газообразным хлором или хлорной известью, в восстановлении разрушенной штукатурки и пр.
Эксплуатация водяных скважин сводится к наблюдению за сооружениями и оборудованием, а также к их ремонту.Забор воды из скважин. Забор воды из скважин может осуществляться сифоном, насосом или эрлифтом. В каждую смену диспетчер или машинист ведет журнал работы скважины, в который заносит показания всех измерительных приборов, установленных на скважине, и сведения о неполадках. По каждой скважине в отдельности измеряют производительность (количество забираемой воды) и уровни воды.
Основным средством для предупреждения возможного загрязнения подземного потока, эксплуатируемого для хозяйственно-питьевого водоснабжения, является создание зоны санитарной охраны источника.Зона санитарной охраны источника централизованного водоснабжения представляет собой специально выделенную территорию, в пределах которой создается особый режим, исключающий возможность загрязнения, а также ухудшения качества воды природного источника и воды, подаваемой водопроводными сооружениями. Санитарный режим в зоне санитарной охраны водопроводов с подземными источниками водоснабжения устанавливают в зависимости от местных санитарных и гидрогеологических условий.
Основные понятия о речном стоке. Основным источником питания поверхностных водоемов, как известно, являются атмосферные осадки, формирующие сток речных систем. При этом значительная часть из осадков теряется на испарение, а часть просачивается в грунты и образует подземные воды, попадающие затем также в реки.
В годовом цикле стока каждой реки и режиме водохранилища центральных районов Советского Союза, Донецкого бассейна, Урала и Сибири имеются два периода: период паводка и наполнения водохранилища, называемый обычно весенним, и период межени с опорожнением водохранилища, который охватывает лето, осень и зиму; для рек других районов сроки смены периодов могут быть несколько иными. Соответственно этому в режиме реки и водохранилище по фазам и годам наряду с количественными происходят и качественные изменения.
Для правильной эксплуатации осуществляют наблюдения за режимом водохранилищ и питающих их рек и водотоков. Схему расположения пунктов наблюдения и гидрометрических постов устанавливают обычно работники цеха водоснабжения предприятия или треста; примерная схема для одного из районов показана на рис. 28.
Для составления водных балансов и планов эксплуатации поверхностных источников — рек и водохранилищ, а также оперативного регулирования их режима составляют долгосрочные и краткосрочные прогнозы.Все прогнозы заносят в специальный журнал, в котором записывают фактические наблюдения по основным показателям эксплуатации реки или водохранилища. Сопоставляя данные прогноза и фактические, важно отмечать причины отклонений фактического режима от прогнозируемого.
В задачу регулирования режима водохранилищ и вместе с этим в задачу санитарной охраны входят: проведение мер, способствующих сохранению естественного притока воды в водохранилище; регулирование попусков воды по каскаду водохранилищ; регулирование забора воды из водохранилища и управление уровнями воды; борьба с засолением и загрязнением воды в водохранилище; надзор за лесоплавом, судоходством и рыбной ловлей в водохранилище; борьба с цветением, зарастанием и заилением водохранилища.
В водохранилищах могут быть водозаборы берегового (в случае совмещения их с донным водоспуском) или руслового типа. В озерах водозаборы устраивают преимущественно руслового типа.Эксплуатация водозаборных сооружений сводится к уходу за оборудованием и борьбе с помехами в работе сооружений, вызываемыми загрязнениями, биологическими обрастаниями, тяжелыми ледовыми явлениями и т. п. Иногда в районе водозабора приходится расчищать русло реки от наносов.
В ряде промышленных районов СССР воду из отдельных источников в пункты ее потребления подают по каналам.Каналами называют искусственные русла правильной формы в виде выемки или полувыемки — полунасыпи (рис. 36).
Линии водопроводных труб, по которым вода из источника или канала попадает в районы потребления ее, называются магистральными линиями, или водоводами. Из магистральных линий или из промежуточных водоемов (резервуаров) в пункты потребления (на предприятия, в цехи, жилые дома и т. п.) вода поступает по распределительным линиям. Всю систему распределительных линий называют водопроводной сетью.
Наблюдение и уход заключаются в регулярных обходах и осмотрах трасс водопроводных линий, тоннелей и колодцев с проверкой состояния стыков в колодцах, действия арматуры (задвижек, клапанов, вантузов, компенсаторов и пр.) и устранением мелких дефектов; сложные и трудоемкие работы выполняет специальная ремонтная бригада в порядке планово-предупредительных или аварийных работ.
Каждый водопровод работает с режимом, отличающимся от проектного. Поэтому для экономичной эксплуатации периодически (при изменении размеров водопотребления и места расположения потребителей воды) осуществляют поверочные расчеты водопроводной сети. При поверочном расчете эксплуатируемого водопровода определяют потери напора и устанавливают пропускную способность трубопровода при располагаемом напоре.
В процессе эксплуатации водопроводные трубы загрязняются внутри — засоряются и зарастают. Трубы загрязняются механическими (минеральными и органическими) примесями, содержащимися в транспортируемой воде. При этом в речной воде примесей бывает больше, чем в воде водохранилищ; в том и другом случаях возможно биологическое обрастание труб. В воде подземных источников механические примеси отсутствуют, но в этом случае в трубах могут быть отложения карбоната кальция и железа. В системах оборотного водоснабжения в трубопроводах могут быть все виды загрязнений: механические в виде осадков и прилипших нефтепродуктов, биологические обрастания, карбонатные отложения или продукты коррозии. Некоторые виды загрязнения трубопроводов показаны для примера на рис. 44.
В случаях, когда вода не стабильная, т. е. обладает свойствами систематически отлагать на стенках водопроводных труб карбонат кальция (СаС03) или вызывает коррозию труб и водопроводного оборудования, рекомендуется применять стабилизационную обработку воды. На действующих водопроводах отложения карбоната кальция или коррозию труб устанавливают непосредственным наблюдением и лабораторным контролем над качеством боды.
Во всех трубопроводах наиболее слабым местом оказываются стыки, которые главным образом и нуждаются в ремонте. Герметичность трубопроводов, состоящих из труб любых сортов, зависит от состояния их стыков.
Насосная станция (рис. 52) представляет собой сооружение с машинами-насосами и электродвигателями, пусковой и регулирующей аппаратурой, а также коммуникациями. Ее назначение в системе водоснабжения — подавать воду потребителям по трубопроводам в установленном количестве и под определенным давлением.
Насосные станции могут быть оборудованы центробежными насосами с горизонтальным или вертикальным валом, а также артезианскими; в качестве вспомогательных могут быть установлены вакуумные насосы.Всасывающие трубопроводы выполняют с непрерывным подъемом к насосу (без изгибов).
Эксплуатация насосных агрегатов состоит в пуске и остановке их, а также обслуживании в процессе работы.Пусковые и регулирующие приспособления. Пусковыми регулирующими приспособлениями центробежного насоса являются (см. рис. 53) задвижки, установленные на всасывающей и нагнетающей линиях трубопровода, а также краны на трубках, подводящих воду к уплотнениям сальников и для охлаждения подшипников, краны у вакуумметра и манометра, обратный клапан на напорной линии, установленный перед задвижкой (по движению воды). Кроме того, для контроля за состоянием работы насоса имеются: вакуумметр, установленный на всасывающем патрубке насоса, манометр, установленный на нагнетательном патрубке насоса или на нагнетательной линии трубопровода, расходомер, установленный на нагнетательной линии трубопровода (на трубах диаметром до 300 мм может быть установлен крыльчатый водомер).
Ниже рассмотрены различные случаи возможной работы насосных агрегатов совместно с водопроводной сетью и приемы регулирования их режима.Высота всасывания насоса не должна превосходить некоторой определенной величины, так как иначе может произойти разрыв струи и- прекращение подачи воды насосом.
Выше были рассмотрены вопросы, касающиеся текущего ре монта насосов и электродвигателей, осуществляемого в процессе эксплуатации. Здесь описано содержание ремонта насосов и электродвигателей, связанного с остановкой, разборкой их и заменой отдельных изношенных частей новыми.
Согласно действующим положениям, за работу насосной станции и за уход за работающим оборудованием отвечает дежурный машинист.Дежурный машинист должен руководствоваться действующими инструкциями. Он обязан обеспечить бесперебойную работу насосных агрегатов, а также принимать необходимые меры для предупреждения или своевременной ликвидации повреждений и аварий оборудования. Он также обязан следить за тем, чтобы вода подавалась по заданному графику и с установленным напором при экономном расходовании электроэнергии.
Прием от пункта питания и распределение электроэнергии между отдельными токоприемниками осуществляется электрораспределительными устройствами.Электрораспределительные устройства снабжены соответствующей защитной и контрольно-измерительной аппаратурой.
Линии электропередачи могут быть воздушными и кабельными, причем кабельные линии применяют для передачи электрического тока напряжением только до 10 000 в; электроснабжение насосных станций, расположенных вне территории завода, обычно осуществляется по воздушным линиям, а насосных станций, расположенных на заводской площадке, — по кабельным линиям.
Электрораспределительные устройства (РУ) и трансформаторные подстанции выполняют закрытыми и открытыми в зависимости от напряжения и условий расположения.Устройство РУ и подстанций. Открытые электрораспределительные устройства и подстанции устраивают отдельно стоящими, напряжением выше 10 кв при насосных станциях, расположенных за пределами территории завода. Закрытые РУ и подстанции устраивают напряжением до 10 кв при насосных станциях, расположенных на заводских площадках или в населенных пунктах; их пристраивают или встраивают в здание насосной станции, где все устройства ввода высокого напряжения находятся за пределами машинного зала, а аппаратура и отвод, низкого (рабочего) напряжения — внутри здания.
Измерение силы тока и напряжения. Силу тока измеряют амперметром, а напряжения — вольтметром. Схемы включения амперметра и вольтметра показаны на рис. 94.Пределы показаний амперметров и вольтметров электромагнитной системы при непосредственном их включении составляют 500 а и 450 в. Для увеличения этих пределов служат измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы силы тока.
Вторым слагаемым двухставочного тарифа является дополнительная плата за каждый квт-ч электроэнергии, учтенный счетчиком на стороне высокого или низкого напряжений.При расчетах с потребителями принимают во внимание величину коэффициента мощности соэф в связи с тем, что при низком коэффициенте мощности генераторы электростанций и линии электропередач дополнительно загружаются реактивным током, что вызывает повышенные потери и снижает полезную (активную) нагрузку генераторов. Если коэффициент мощности у потребителя ниже 0,9—0,92, энергоснабжающая организация взимает надбавку к тарифу на электроэнергию, а если коэффициент мощности выше 0,92—представляет скидку к тарифу по специальной шкале.
Качество хозяйственно-питьевой воды должно удовлетворять ГОСТ 2874—54.Мутность питьевой воды, обусловливаемая наличием в ней главным образом механических примесей, должна составлять по мутномеру не более 2 мг/л, а в исключительных случаях — не более 3 мг/л. Иногда вместо мутности определяют прозрачность воды. Прозрачность выражают высотой столба воды, через который можно рассмотреть положенный на дно цилиндра стандартный шрифт (прозрачность по шрифту должна быть не менее 30 см) или крест из двух пересекающихся черточек с точками между ними (прозрачность по кресту) .
Вода поверхностных источников почти никогда не удовлетворяет перечисленным выше требованиям ГОСТа; поэтому хо-зяйственно-питьевую воду перед подачей ее потребителям очищают от механических примесей (осветляют) отстаиванием (обычно с предварительной обработкой воды реагентами — коагулированием и флокулированием) и фильтрованием, а также обеззараживают, убивая бактерии хлором или другими способами. При этом устраняют запахи и привкусы, если они имеются в воде. Этого достигают, фильтруя воду через сорбирующий материал или обрабатывая ее химическими веществами. Иногда воду поверхностного или подземного источника приходится очищать от избыточного содержания железа или фтора; при недостатке фтора (менее 0,5 мг/л) в воду добавляют фтор — фторируют. Если вода обладает чрезмерно высокой жесткостью, то ее умягчают. Кроме того, воду обязательно осветляют.
Коллоидные (мельчайшие, не кристаллизующиеся) вещества, присутствие которых обусловливает мутность и цветность воды, естественным путем (ни длительным отстаиванием, ни фильтрованием) из воды не удаляются. Для полного осветления и обесцвечивания воды прибегают к коагулированию и флокулирова-нию содержащихся в воде коллоидных частиц, укрупняя их до величины, при которой они задерживаются отстойниками или осветлителями и фильтрами.
В— количество нерастворимых веществ, вводимых с известью, мг/л.Основную массу взвешенных веществ из коагулированной воды выделяют осаждением ее в отстойниках или осветлителях, при этом количество взвешенных веществ в воде после отстойников или осветлителей не должно превышать 8—12 мг/л. При высокой мутности коагулированная вода может поступать непосредственно на контактные осветлители.
Пропуская (фильтруя) воду через пористое вещество (обычно песок), наиболее полно освобождают ее от взвешенных частиц, а также большей части микроорганизмов. При этом взвесь задерживается главным образом на поверхности и частично в толще песка.
При осветлении речной воды в отстойниках или осветлителях и фильтрах часть бактерий в воде все же остается. Подземные воды, получаемые с небольшой глубины, также могут быть загрязнены бактериально.Чтобы полностью обезвредить хозяйственно-питьевую воду из поверхностных, а иногда из подземных источников, воду хлорируют газообразным ( жидким) хлором или хлорной известью (на станциях малой производительности).
Выше была изложена технология наиболее распространенных способов очистки и обезвреживания воды. В воде отдельных поверхностных источников водоснабжения, особенно в водохранилищах на местном стоке, а также в воде водопроводных каналов иногда появляются природные коллоидные и гуминовые примеси, запахи и привкусы (землистый, болотный, рыбный и др.), вызывающие недовольство у потребителей. В промышленных районах в источники водоснабжения попадают стоки, иногда содержащие фенолы и другие химические загрязнения, способные при соединении с хлором создавать ароматичные привкусы и запахи в воде, неприятные для человека и даже для животных. В таких случаях применение описанных способов оказывается недостаточным. Кроме того, в последнее время разработаны новые процессы и аппараты, не нашедшие пока широкого применения, но являющиеся перспективными.
Профилактические ремонтные работы можно разделить на технологические и строительно-монтажные. К технологическим ремонтам относятся следующие: очистка камер хлопьеобразова-ния и отстойников, специальные обработка фильтрующей загрузки, догрузка и перегрузка фильтров и др. К строительномонтажным относятся ревизии оборудования и устранение дефектов в сооружениях.
В ряде случаев, когда жесткость природной воды используемых источников превышает допустимую для данного потребителя, воду умягчают, т. е. искусственно снижают жесткость.В настоящее время на практике применяют четыре способа умягчения природной воды.
Реагентное умягчение воды может быть осуществлено только известью или известью и содой.Во всех случаях скорость реакции с образованием осадка СаСОз и Мд (ОН) 2 увеличивается при повышении температуры воды и при введении в нее избытка реагентов. Однако этим методом не удается получить достаточно глубокого умягчения воды ввиду того, что СаСОз и .1 (ОН)2 обладают все же некоторой растворимостью в воде, а также при достижении предела растворимости данного соединения еще не заканчивается процесс выделения его в осадок.
Ионным обменом при одноступенчатом фильтровании жесткость воды может быть снижена до 0,03—0,5 мг-экв/л, а при двухступенчатом— до 0,01 мг-экв/л. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется (рН>7). При водородо-катио-нировании вода умягчается до 0,7—0,8 мг-экв/л и приобретает повышенную кислотность (рН<7). В первом случае можно подкислить воду серной кислотой, во втором — подщелочить воду, например, содой.
Если на станцию умягчения подается вода непосредственно из поверхностного источника со сравнительно небольшим содержанием взвешенных минеральных и органических веществ, то эта вода перед катионированием подвергается предварительному коагулированию и осветлению в напорных фильтрах.
Для хозяйственно-питьевых нужд иногда получают из источника воду с очень высокой жесткостью или вынуждены брать воду из моря. В таких случаях подземную воду умягчают частичными натрий-катионированием или известкованием, морскую воду (а при необходимости и подземную) подвергают опреснению. Как частичное умягчение, так и опреснение воды представляют собой самостоятельные вопросы, поэтому они описаны ниже весьма кратко.
Ремонтные работы на станциях умягчения воды аналогичны таким же работам на фильтровальных станциях. Отличием являются необходимость поддержания в исправном состоянии антикоррозийного покрытия стенок корпуса водород-катионито-вых фильтров с внутренней стороны и периодическая замена неисправных колпачков дренажной системы.
Для получения требуемой температуры отработавшую оборотную воду непосредственно или после предварительной очистки от загрязнений перед новым ее использованием при необходимости охлаждают в специальных сооружениях: прудах-охладителях, брызгальных бассейнах и градирнях (башенных или вентиляторных). Таким образом, назначение охладителя состоит в том, чтобы отнимать от воды тепло, полученное ею от охлаждаемого продукта, производственного агрегата или машины, и тем самым возвращать воде начальную ее температуру, с которой можно повторно использовать воду для той же или другой цели. Место охладителя в системе оборотного водоснабжения показано на схеме рис. 2.
При охлаждении оборотной воды, как было указано выше, часть воды теряется вследствие испарения; если охладитель-брызгальный бассейн или градирня, то часть воды уносится ветром в виде разбрызгиваемых капель и в результате утечки через возможные неплотности в стыках трубопроводов, через трещины и поры бетона сооружения и т. п. В прудах-охладителях, вода кроме того, теряется на фильтрацию и т. д. Размеры потерь воды и компенсация их добавочной водой из источника могут оказывать определенное влияние и на работу охладителя.
В прудах охлаждение воды происходит главным образом в результате испарения части воды и непосредственной передачи тепла воздуху с водной поверхности, омываемой им; чем большая скорость воздуха, тем интенсивнее охлаждается вода. В охлаждении воды участвует не вся поверхность зеркала пруда, а лишь часть ее, так называемая «активная зона». Последняя составляется в первую очередь из площади пруда, охваченной транзитным потоком теплой воды от впуска до водозабора. По сторонам транзитного потока образуются водовороты, представляющие собой зоны замкнутых кольцевых течений. Эти зоны также участвуют в охлаждении воды, но в меньшей степени, поэтому площадь, занимаемая ими, учитывается при определении размеров активной зоны лишь частично.
Сопла устанавливают одиночно или группами (пучками) на распределительных трубах, к которым по магистрали подводят охлаждаемую воду. При работе брызгал капли воды образуют «факелы», между которыми протекает воздух; один факел не должен перекрывать другой, а между распределительными линиями должны быть образованы коридоры для подвода воздуха к поверхности воды.
В градирне охлаждаемая вода в виде капель или тонкой пленки движется в направлении, противоположном потоку воздуха в пространстве, ограниченном со всех сторон стенками; исключение составляют открытые градирни, представляющие собой сочетание брызгального бассейна и градирни. В градирнях теплоотдача воды зависит от скорости воздуха, омывающего капли или пленку, движение которого создается вследствие тяги в башне — башенные градирни (рис. 132) или вентилятором— вентиляторные градирни (рис. 133 и 134). Для охлаждения воды с температурой свыше 50° С вода может последовательно проходить через две градирни.
Несмотря на установку сеток в водозаборных сооружениях, может потребоваться дополнительная очистка воды от механических примесей непосредственно у агрегата или при подаче ее на пополнение системы оборотного водоснабжения. В замкнутых циклах водоснабжения воду, загрязненную в процессе производства, очищают от механических примесей перед ее охлаждением (если вода нагревается) и дальнейшим использованием.
Серьезные затруднения в охлаждающих системах оборотного (а также прямоточного) водоснабжения создают биологические обрастания, представляющие собой совокупность микроорганизмов, поселившихся и развивающихся на поверхности теплообменных аппаратов, охлаждаемых водой, на сооружениях для охлаждения оборотной воды (градирни, брызгальные бассейны, пруды) и по тракту движения воды в трубах и каналах. Микроорганизмы в систему оборотного водоснабжения заносятся с водой из источника, поселяются в ней и развиваются вследствие благоприятных условий для их размножения: повышения температуры среды до 15—40° С, присутствия в воде питательных веществ и растворенного кислорода. Однако при температуре свыше 42° С большинство организмов развиваться не может; обрастания отсутствуют и в холодильниках огневого нагрева (например, у металлургических печей), где вода у стенки холодильника кипит.
В ряде случаев в охлаждающих системах оборотного (а иногда и прямоточного) водоснабжения имеются химические (солевые) отложения (рис. 163), состоящие в основном из СаСОз. Карбонатные отложения (как и биологические обрастания) снижают теплоотдачу и производительность аппаратов, уменьшают пропускную способность трубопроводов и сооружений. Очистка аппаратов, машин и сооружений от солевых отложений является сложным, трудоемким и дорогим процессом, для осуществления которого их выключают.
В системах оборотного (а также прямоточного) водоснабжения металлы разрушаются от коррозии вследствие физико-хи-мического взаимодействия их с окружающей средой. В системах водоснабжения применяют в основном простые металлы (сталь, чугун), а также изделия и оборудование, изготовленные из этих металлов; средой, в которой происходит коррозия металлов, является вода. Следовательно, процессы коррозии связаны с характерными особенностями воды и металла. Однако коррозию следует отличать от эрозии — поверхностного механического разрушения металлов.
На каждом водопроводе должен быть запас воды для тушения пожара, на питание потребителей в период ликвидации возможной аварии на водопроводе и др. Для хранения этого запаса устраивают специальные резервуары (подземные или надземные), из которых забирают воду насосами или подают самотеком.
Как известно, расход воды в населенных пунктах и на многих промышленных предприятиях характеризуется неравномерностью: в одни часы суток он возрастает, в другие уменьшается. Полностью приспособить работу насосов к изменениям разбора воды практически часто бывает невозможно. Хотя работу насосных станций и строят по ступенчатому графику , все же этим нельзя добиться полного соответствия подачи и разбора воды. Для регулирования неравномерности разбора воды устраивают водонапорные башни или резервуары или предусматривают дополнительную регулирующую емкость в башне или резервуаре (напорном), предназначенных для хранения запаса воды.
Эксплуатация резервуаров заключается в наблюдении за уровнем воды в них (обычно при помощи телемеханической передачи на диспетчерский пункт), периодическом удалении накапливающегося осадка (особенно при хранении неочищенной воды), дезинфекции (в случае необходимости), ремонте сооружения и оборудования. Кроме того, требуется маневрирование задвижками для оперативного переключения потоков воды.
Баки могут быть металлическими или железобетонными. Они имеют утепление в виде шатра или специальной изоляции.Водонапорные колонны имеются на ряде металлургических заводов. Они представляют собой своеобразную водонапорную башню в виде высокого цилиндрического резервуара, опирающегося на фундамент; колонна наполнена водой доверху. Стенки резервуара металлические, сваренные из стальных листов. Вокруг резервуара (колонны) может быть устроен шатер в зависимости от климатических условий.
О качестве воды как химического соединения судят по ее физико-химическому (концентрации тех или иных ионов) и бактериологическому (содержанию бактерий) составу. Основным способом определения качества воды и пригодности ее для тех или иных целей является ее лабораторный анализ, причем, чем больше определений, тем полнее характеристика воды.
В табл. 35 приводится примерный перечень пунктов и частота отбора проб для контроля за качеством питьевой, технической, умягченной и оборотной воды.Примечание. Знак + означает, что данный анализ следует выполнять; знак— анализ не делать.
В зависимости от характера источника, сложности водопровода, способов обработки воды, расположения подконтрольных элементов, а также местонахождения районного или участкового пункта (управления) лаборатории делят на районные, общецеховые, участковые и станционные. Последние создают для контроля за работой водоочистных сооружений, в отдаленных от завода или районного управления пунктах и предназначают как вспомогательные к общезаводской или районной лабораториям, которым они оперативно и подчиняются.
До последнего времени лабораторные определения компонентов в воде источников, водопроводов и канализаций проводили по соответствующим ГОСТам. В 1971 г. издательством «Химия» выпущены в свет разработанные в СЭВе (совещание руководителей водохозяйственных органов стран — членов СЭВ) «Унифицированные методы исследования качества воды».
Кроме наличия существенных признаков, по которым определяют качество воды, последняя обладает также определенными свойствами, например при определенных условиях способность воды выделять солевые отложения (СаСОз, СаБ04 и др.) или вызывать коррозию металла и бетона и др. В условиях эксплуатации систем промышленного водоснабжения с оборотным использованием воды эти свойства имеют весьма существенное значение и отрицательно сказываются на работе теплообменных аппаратов и сооружений (трубопроводов и др.). Поэтому наряду с проведением указанных выше химических анализов воды приходится выполнять лабораторные анализы отложений, образующихся в аппаратах, трубопроводах и других сооружениях с целью определения их состава.
Измерять расход воды можно скоростными водомерами, водомерами с дроссельными органами, парциальными водомерами, водомерами с использованием колен трубопроводов и, наконец, водомерами с измерением местной скорости в поперечном сечении трубопровода и канала. Давление измеряют манометрами (измерение напора) и вакуумметрами (измерение вакуума). Измерения могут быть непосредственные (на месте) и с передачей результатов на расстояние через соответствующие приборы (датчики).
Н—замеренный перепад давления —Л2, м вод. ст.; а— коэффициент, определяемый экспериментально для каждого типа устройства.Потери напора в дроссельных водомерах могут быть определены также по графику (рис. 182).
Кроме скоростных и дроссельных водомеров, описанных выше, измерять расход воды можно парциальными водомерами путем измерения давления в колоне трубопровода, а также трубками или вертушками.На рис. 198 показана схема парциального водомера с диафрагмой 1 на горизонтальном участке трубопровода (может быть и другой дроссельный орган), скоростным водомером 2, установленном на шунте (отводе) 3. Для осмотра и ремонта скорстного водомера с каждой его стороны на трубках отводов имеются пробочные краны 4.
Манометры и вакуумметры, а также мановакуумметры изготовляют с гнутыми трубчатыми пружинами из специальной стали (рис. 199, а) или со стальной пластинчатой пружиной.Пружина изменяет положение в зависимости от измеряемого давления: чем выше давление, тем она больше стремится выпрямиться. Незакрепленный конец пружины рычажно сцеплен с вращающейся вокруг своей оси стрелкой, которая, перемещаясь по циферблату прибора, показывает давление в трубопроводе (или в насосе) в данный момент.
Правильно смонтированные и отрегулированные измерительные приборы надежны в эксплуатации и требуют лишь наблюдения и очистки, а самопишущие приборы, кроме того, — регулярной смены диаграмм и заполнения чернильницы пера специальными чернилами.
Управление работой агрегатов и аппаратов системы водоснабжения может быть ручным или автоматическим. При ручном управлении все операции пуска и остановки аграгатов или аппаратов, регулирование производительности и поддержание нужных параметров осуществляет дежурный непосредственным воздействием на пуско-регулирующую аппаратуру, задвижки, кнопки и т. д.; при этом состояние оборудования и аппаратов во время работы также контролирует дежурный персонал. При автоматическом управлении все или отдельные операции технологического процесса забора и подачи воды, ее очистки, обработки, охлаждения и другие выполняются аппаратурой в заданной последовательности без непосредственного участия человека; роль человека в этом случае сводится к периодическому осмотру аппаратуры автоматического управления, поддержанию оборудования в исправном состоянии, устранению неполадок в работе, вызвавших нарушение той, или иной функции контроля регулирования управления или защиты.
В практике водоснабжения в настоящее время еще не существует типовых схем автоматизации. Водопроводы или отдельные их элементы автоматизированы по индивидуальным схемам; в них использованы самые различные аппараты и приборы.
Эксплуатация автоматических устройств на водопроводах сводится к наладке, уходу за аппаратами, приборами и системой их связи, устранению неполадок и профилактическому ремонту устройств. Эксплуатационный персонал должен знать схему установки и установленное автоматическое оборудование, принцип его работы, а также параметры и характеристики аппаратов и приборов.
Диспетчерские пункты в системе водоснабжения могут быть трех типов: местные (МДП, ДП), районные (РДП) и центральные или главные (ЦДП, ГДП). Соответственно назначению определяются их обязанности и права.
Система планово-предупредительного ремонта сооружений и оборудования водопроводов и канализаций представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий по надзору и уходу за сооружениями и оборудованием и всем видам ремонта, осуществляемых периодически по заранее составленному плану с целью предупреждения преждевременного износа и аварий и обеспечения бесперебойной подачи воды установленного качества потребителям, а также отвода и очистки сточных вод, ее обработки и подготовки (в случае необходимости) для повторного использования или выпуска в водоем.
Основным видом планово-предупредительных ремонтов является периодический плановый технический осмотр и ревизия сооружений и оборудования, проводимые в целях своевременного выявления нарушений нормального их состояния и своевременной замены их для предотвращения возможных аварий.
На год, квартал или месяц составляют график ремонта водопроводных сооружений с оборудованием.График работ может быть составлен в виде таблицы. В график вносят только объекты, подлежащие планово-предупредительному ремонту за счет средств, отпускаемых на текущие ремонты по промышленно-финансовому плану. Объекты капитального ремонта зданий, сооружений и оборудования в этот график не вносят.
Оперативная машина для водопроводов (ОВМ-1) предназначена для .ло кализации аварийного состояния на водопроводных сетях. Наличие на ней специального оборудования позволяет отключать аварийные водопроводные участки сети, откачать воду из затопленных колодцев, удалять из колодцев газы.
Планово-предупредительные ремонты электромеханического оборудования водопровода (а также канализации), включая насосные станции, понизительные подстанции и сети электропередач, проводят главным образом в ремонтнослесарных мастерских, которые, кроме того, часто обслуживают и мелкое строительство (изготовление скоб, фланцев, болтов и т. п.).
Все водное хозяйство на руднике, заводе, комбинате или другом предприятии находится в ведении цеха водоснабжения, входящего в состав отдела главного энергетика завода, а на небольших заводах и предприятиях, где отдела главного энергетика нет, цех находится в ведении главного механика. Иногда ограничиваются наличием мастера по водопроводу и канализации со штатом подчиненных ему слесарей; в этом случае служба водоснабжения входит в состав паросилового цеха или жилищно-коммунального хозяйства. Исключение составляют нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия, на которых имеются цех водоснабжения, подчиненный отделу главного энергетика, и цех очистки сточных вод, подчиненный заместителю главного инженера.
Производственное управление водопроводно-канализационного хозяйства города возглавляют начальник управления и главный инженер. В состав управления входят главный механик и главный энергетик, а также главный или старший (на правах главного) бухгалтера; отделы — производственнотехнический, капитального строительства, плановый, труда и заработной платы, техники безопасности, реализации воды или абсонентское бюро; лаборато-тория; ремонтно-механические мастерские, диспетчерский пункт и др. Основными в водопроводно-канализационном хозяйстве являются цри, станции или участки.
В ряде промышленно развитых районов Советского Союза (в Донбассе, Криворожье, Карагандинском и Шахтинском угольных бассейнах и др.) все внешние источники водоснабжения, водопроводные каналы, магистральные во> допроводы, насосные и фильтровальные станции находятся в ведении производственных управлений промышленного водоснабжения. В 1970 г. на базе Донецкого и Луганского Донбассводотреста и Криворожского управления промводоснабжения создано объединение «Укрчерметпромводоснабжение» с районными управлениями.
Во внутризаводском балансе проводят расчет потребности в воде для основных агрегатов и цехов, исходя из расчетных расходов воды. Потребителей (цехи) группируют по районам их расположения на территории предприятия и по требованиям, предъявляемым ими в отношении напоров воды. При составлении баланса учитывают требования потребителей к качеству воды (допустимая температура, содержание взвешенных веществ, величина карбонатной жесткости и др.). На основе баланса составляют схему использования воды с показанием ее потоков.
На основании выявленной потребности составляют план водоотдачи и распределения воды (тыс. м3) по видам ее и потребителям. Далее, пользуясь техническими паспортами, составляют расчет работы водопровода, насосных станций, водоочистных и водоохладительных сооружений и отдельных агрегатов.