Водно-экологический анализ водопользования города

Содержание

Введение 1 Расчет и проектирование системы водоснабжения города 1.1 Определение расчетных расходов водопотребления 1.1.1 Определение расходов на питьевые и хозяйственные нужды населения 1.1.2 Определение расхода воды на поливку территории 1.1.3 Определение расходов воды на промпредприятии 1.1.3.1 Хозяйственно-питьевое водопотребление промпредприятия 1.1.3.2 Водопотребление на прием душа 1.1.3.3 Технологическое водопотребление предприятия 1.1.4 Противопожарное водопотребление 1.1.5 Суммарное водопотребление города 1.2 Режимы работы насосных станций первого и второго подъема 1.3 Связь между отдельными элементами водоснабжения в отношении напоров 1.4 Проектирование водозаборных сооружений 1.5 Проектирование очистных водопроводных сооружений 1.6 Зоны санитарной охраны 2 Проектирование водоотведения города 2.1 Определение расчетных расходов сточных вод 2.1.1 Расчетные расходы сточных вод от населения города 2.1.2 Расчетные расходы сточных вод от промпредприятий 2.2 Составление таблицы притока сточных вод по часам суток 2.3 Выбор системы и схемы отведения 2.4 Трассировка сети водоотведения 2.5 Проектирование канализационных очистных сооружений 2.5.1 Определение основных расчетных параметров очистной станции 2.5.1.1 Определение расчетных расходов сточных вод 2.5.1.2 Определение концентраций загрязненных сточных вод 2.5.1.3 Определение необходимой степени очистки сточных вод 2.5.1.3.1 Определение коэффициента смешения и степени разбавления сточных вод водами водоема 2.5.1.3.2 Определение необходимой степени очистки сточных вод по взвешенным веществам 2.5.1.3.3 Определение необходимой степени очистки сточных вод по БПК полное смеси сточных вод и вод водоема 2.5.1.3.3 Определение необходимой степени очистки сточных вод по БПК полное смеси сточных вод и вод водоема 2.5.2 Выбор и обоснование метода очистки сточных вод и состава очистных сооружений 2.5.3 Выбор места расположения канализационных очистных сооружений Список использованной литературы Приложения
Введение

Основой для выполнения курсового проекта «Водно-экологический анализ водопользования города» является генплан города в масштабе 1:10000 и исходные данные, приведенные в приложении 3 [1, стр.53], а также действующие строительные нормы и правила.

В исходных данных представлены сведения о плотности населения и степени санитарного благоустройства зданий, данные о промышленных предприятиях, характеристика промышленного стока и характеристика поверхностного источника (реки).

При выполнении курсового проекта решаем следующие задачи:

- определяем общий объем водопотребления города, состоящий из водопотребления населения и промышленных предприятий, и его распределение по часам суток;

- выбираем место расположения водозаборных сооружений из поверхностного источника и определяем зоны санитарной охраны;

- определяем состав водопроводных очистных сооружений;

- производим трассировку водопроводной и водоотводящей сетей.

В качестве источника водоснабжения предусматривается река, протекающая в городе, уровень верхних вод УВВ = 22,0 м, а уровень нижних вод УНВ = 18,0м. В связи с этим принимаем русловой водозабор раздельного типа.

В качестве водопроводных очистных сооружений используем скорые фильтры и горизонтальные отстойники. Для обеззараживания применяем хлорирование.

Предусматриваем разработку неполной раздельной системы канализации города. Схему канализации принимаем пересеченную централизованную. Схему трассировки принимаем объемлющую.

1 Расчет и проектирование системы водоснабжения города   1.1 Определение расчетных расходов водопотребления

 

При проектировании систем водоснабжения и водоотведения населенных пунктов и промпредприятий определяются три вида расходов воды:

- суточные расходы м³ / сут., – по величине которых ориентировочно принимается набор сооружений водопровода и канализации;

- часовые расходы м³ / час – по величине которых производится расчет отдельных сооружений и подбор насосного оборудования насосных станций;

- секундные расходы л / с – по величине которых производятся гидравлические расчеты водопроводных и водоотводящих сетей и коммуникаций на сооружениях водопроводно – канализационного хозяйства.

Расходы водопотребления складываются из трех категорий расходов:

- расходы воды на питьевые и хозяйственные нужды населения;

- расходы на водопотребление промпредприятий:

-расходы на хоз–питьевые нужды работающих на предприятии;

- расходы на душевые нужды;

- расходы воды на технологический процесс предприятия;

- расходы воды на тушение пожаров;

- расходы воды на полив территории населенного пункта или промпредприятия.

1.1.1 Определение расходов на питьевые и хозяйственные нужды населения

Среднесуточный расход воды определяется по формуле

Q_{сут. среднее} = , м³ / сут,

где К_н – коэффициент, учитывающий расход воды на нужды учреждений, организаций и предприятий социально-гарантированного обслуживания, а также неучтенные расходы;

q_жi – суточная (средняя за год) проектная норма водопотребления на питьевые и хозяйственные нужды на одного жителя i – го района жилой застройки с соответствующей степенью санитарно-технического оборудования зданий, л/чел. сут.;

n – число районов жилой застройки с различной степенью благоустройства;

N _жi – расчетное число жителей для каждого района жилой застройки, определяется по следующей формуле:

N _жi = P_i · F_i, (2)

где P_i - плотность населения в районе жилой застройки, чел / га;

F_i – площадь района жилой застройки, га.

По генплану города в соответствии с масштабом определяем площадь районов жилой застройки:

F_А = 251 га F_В = 189 га.

По заданию плотность населения в районах следующая:

P_А = 140 чел / га P_В = 160 чел / га.

Сделав подстановку в формулу 2 получим:

N _жА = 140 · 251 = 40160 чел

N _жВ = 160 · 189 = 30240 чел

Суточная проектная норма водопотребления в соответствии со степенью благоустройства принимается согласно таблицы 3.1.1 [1, стр. 11]

При 5 степени q_жА = 180 л / сут на 1 жителя

При 6 степени q_жВ = 210 л / сут на 1 жителя

Так как число жителей всего города составляет 70400 чел, то К_н = 1,2

Сделав подстановку в формулу 1 получим:

Q_{сут. среднее} =  = 21 497 м³ / сут.

Расчетные расходы воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления определяют по формулам:

Q_{сут. макс} = К _{сут. макс} · Q_{сут. среднее} , м³ / сут; (3)

Q_{сут. мин} = К _{сут. мин.} · Q_{сут. среднее} , м³ / сут, (4)

где К _{сут. макс} и К _{сут. мин.} – коэффициенты суточной неравномерности, соответственно максимальный и минимальный.

К _{сут. макс} = 1,1 – 1,3 принимаем К _{сут. макс} = 1,2

К _{сут. мин} = 0,7 – 0,9 принимаем К _{сут. мин} = 0,8

Тогда сделав подстановку в формулы 3 и 4 получим:

Q_{сут. макс} = 1,2 · 16295 = 19554 м³ / сут;

Q_{сут. мин} = 0,8 · 16295 = 13036 м³ / сут.

Среднечасовые расходы воды определяем по формулам:

Q_ч = , м³ / час (5)

Q_ч = 16295/24 = 679 м³ / час

Q_ч._макс. = К _{ч. макс.} · (6)

Q_ч._мин.. = К _{ч. мин.} · , (7)

где К _{ч. макс.} и К _{ч. мин.} – коэффициенты часовой неравномерности, соответственно максимальный и минимальный, определяемые по формулам:

К _{ч. макс.} = α _макс. · β_макс.; (8)

К _{ч. мин.} = α _мин. · β_мин., (9)

где α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия

α _макс. = 1,2 – 1,4 принимаем α _макс. = 1,3

α _мин. = 0,4 – 0,6 принимаем α _мин. = 0,5

β – коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимаемый по таблице 3.1.2. [1, стр. 12]

β_макс. = 1,1 5 β_мин. = 0,6

Сделав подстановку в формулы 8 и 9 получим:

К _{ч. макс.} = 1,3 · 1,15 = 1,495; К _{ч. мин.} = 0,5 · 0,6 = 0,3

Подставляем полученные значения в формулы 6 и 7

Q_ч._макс. = 1.495*(19554/24)= 1218 м³ / час

Q_ч._мин. = 0.3*(13036/24)= 163 м³ / час

Расчетный коэффициент часовой неравномерности определяется по следующей формуле:

К =  = α _макс. · β_макс. · К_{сут. макс.}

К = 1218/679 = 1,3 · 1,15 · 1,2 = 1,79

1.1.2 Определение расхода воды на поливку территории

Расчетный суточный расход воды на мойку и поливку территории определяется по формуле:

Q_п = , м³ / сут, (10)

где q_п.ж. = проектная норма полива из расчета на одного жителя, л/сут.

Так как данные о площадях по видам благоустройства отсутствуют, то проектная норма полива принимается 60 л/сут.

Сделав подстановку в формулу 10 получаем:

Q_п =(60*70400)/1000 = 4224 м³ / сут.

1.1.3 Определение расходов воды на промпредприятии

Водопотребление промпредприятий состоит из хозяйственно-питьевого водопотребления работающими на предприятии, водопотребления на прием душа и потребления воды на технологические нужды.

1.1.3.1 Хозяйственно-питьевое водопотребление промпредприятия

Суточный расход на хозяйственно-питьевые нужды находим из выражения:

Q = , м³ / сут (11)

где n_см. – число смен в сутки, согласно заданию – 2;

Q – расчетный расход на хозяйственно-питьевые нужды за смену, определяемый по формуле:

Q = , м³ / см, (12)

где q_х и q_г – норма водопотребления на одного рабочего в смену, соответственно в холодных и горячих цехах:

q_х = 25 л/см на 1 рабочего; q_г = 45 л/см на 1 рабочего.

N_х и N_г - число рабочих соответственно в холодных и горячих цехах.

По заданию в холодных цехах работает 20 % от общего числа работающих, в горячих – 80 %.

Максимальный часовой расход определяется по формуле:

Q_{ч. макс.} = , м³ / ч, (13)

Где К_х и К_г – коэффициенты часовой неравномерности потребления воды на хозяйственно питьевые нужды соответственно в холодных и горячих цехах:

К_х = 3 К_г = 2,5

Т – продолжительность смены в часах, Т = 8 ч.

В 1 смену работает 60 % от общего количества работающих на промпредприятии, а во 2 смену – 40 %.

Сделав подстановку в формулы 12 и 13 полученные данные расчета заносим в таблицу 1

Таблица 1 – Потребление воды на хозяйственно-питьевые нужды

	1 предприятие		2 предприятие
	1 смена	2 смена	1 смена	2 смена
Всего рабочих, чел.	7000		3500
	4200	2800	2100		1400
Количество рабочих в холодных цехах, чел.	3360	2240	1680		1120
Количество рабочих в горячих цехах, чел.	840	560	420		280
Расход воды в холодных цехах, м3 / см.	84	56	42		28
Расход воды в горячих цехах, м3 / см.	31.8	25.2	18.9		12.6
Суточный расход, м3 / сут.	203		101.5
Максимальный часовой расход, м3 / ч	43.31	28.87	21.65		14.43

  1.1.3.2 Водопотребление на прием душа

Расчетный расход на душевые нужды за смену определяются по следующей формуле:

Q_см = q · m, м³ /см (14)

где q - расход воды на одну душевую сетку, q= 0,5 м³

m – расчетное количество душевых сеток.

m = (15)

где N и N - количество рабочих, принимающих душ соответственно в горячих и холодных цехах в смену;

Согласно заданию в горячих цехах душ принимают 80% от общего числа рабочих, в холодных – 10 %.

N - количество человек, обслуживаемых одной душевой сеткой, принимается в зависимости от категории производства по таблице 3.1.5 [1, стр. 16]. Для 1 предприятия категория производства – 1А, тогда N = 3 чел; для 2 предприятия категория производства – 2 В, тогда N = 15 чел;

Суточный расход воды на душевые нужды находим из выражения:

Q = Q_см , м³ / сут (16)

Сделав подстановку в формулы 14, 15 и 16 полученные значения заносим в таблицу 2

Таблица 2 – Водопотребление на прием душа

	1 предприятие		2 предприятие
	1 смена	2 смена	1 смена	2 смена
Всего рабочих, чел.	7000		3500
	4200	2800	2100		1400
Количество рабочих в холодных цехах, чел.	672	448	336		224
Количество рабочих в горячих цехах, чел.	504	336	252		168
Расчетное количество душевых сеток	392	261	39		26
Расход воды на душевые нужды, м3 / см.	196	131	19,5		13
Суточный расход, м3 / сут.	327		32,5

1.1.3.3 Технологическое водопотребление предприятия

Суточное количество воды, потребляемое на технологические нужды, принимается по заданию.

Часовой расход воды определяется по формуле:

Q = , м³ / ч, (17)

где Т – продолжительность смены в часах, Т = 8 часов.

Полученные данные расчета заносим в таблицу 3

Таблица 3 – Технологическое водопотребление

	1 предприятие		2 предприятие
	1 смена	2 смена	1 смена	2 смена
Суточное количество воды на технологические нужды, м3 / сут.	3 800		5 200
	2 280	1 520	3 120		2 080
Часовой расход, м3 / ч	285	190	390		260

Суммарные расходы воды по отдельным предприятиям сводим в таблицу Приложения 1.

Расход на хозяйственно-питьевые нужды распределяем по часам суток согласно таблице 3.1.4 [1, стр. 15].

Расход на душевые нужды происходит в течение первого часа последующей смены.

Расход на технологическое водопотребление предприятия распределяется равномерно по часам смены.

  1.1.4 Противопожарное водопотребление

Максимальные секундные и часовые расходы воды на тушение пожаров определяются соответственно по формулам:

q_{пож. сек.} = q_пож. · n, л / с (18)

Q_{пож. час.} = 3.6 · q_пож · n, м³ / час (19)

где q_пож – расчетный расход воды на тушение одного пожара в населенном пункте, л/с;

n – число одновременных пожаров.

По таблице 3.1.7 [1, стр. 18] принимаем q_пож = 35 л/с; n = 2

Подставив данные значения в формулы 18 и 19 получим:

q_{пож. сек.} = 35 · 2 = 70 л / с

Q_{пож. час.} = 3.6 · 35 · 2 = 252 м³ / час

Полный объем воды на тушение пожара определяется по формуле:

V_{пож. гор.} = 3.6 · Т · q_пож · n, м³ (20)

где Т – продолжительность тушения пожара, Т = 1 час.

V_{пож. гор.} = 3.6 · 1 · 35 · 2 = 252 м³

  1.1.5 Суммарное водопотребление города

Суммарный среднесуточный расход по городу определяем по следующей формуле:

Q = Q_ср.сут. +, м³ / сут. , (21)

где Q_ср.сут – средне – суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м³ / сут.;

 – суммарный расход воды на промышленных предприятиях, м³ / сут.

Q = 5850 + 4275 + 16295 = 26420 м³ / сут.

Процентное распределение водопотребления населением города по часам суток принимается по типовым графикам водопотребления, представленным в приложении 1 [1, приложение 1].

Суммарные расходы воды по отдельным предприятиям берем из таблицы Приложения 1 и распределяем по часам суток согласно таблице 3.1.4 [1, стр. 15].

Данные о суммарном водопотреблении города сводим в таблицу Приложения 2.

  1.2 Режимы работы насосных станций первого и второго подъема

На основании данных таблицы Приложения 2 строим ступенчатый график водопотребления города.

Рисунок 1 – Совмещенный график суммарного водопотребления и работы насосной станции первого подъема.

Режим подачи воды насосной станции первого подъема, а также поступление воды с очистных сооружений в резервуары чистой воды принимается равномерным в течении суток, т.е. 4,17 % от Q

В соответствии с графиком водопотребления график работы насосной станции второго подъема подбирается в зависимости от производительности запроектированных насосов.

1.3 Связь между отдельными элементами водоснабжения в отношении напоров

Все элементы водоснабжения связаны между собой по линии свободных напоров (давлений).

Требуемый свободный напор при максимальном водопотреблении на вводе в здание, при отсутствии данных гидравлического расчета внутреннего водопровода, определяется по формуле:

Н_св. = 10 + 4 · (n – 1), м (22)

где n – количество этажей в здании.

Н_св. = 10 + 4 · (9 – 1) = 42 м

При расчете требуемого минимального избыточного давления в водопроводной сети на вводе в здание для многоэтажной застройки следует использовать следующую формулу:

Р_тр. = 0,1 + (n – 1) · 0,04, МПа (23)

Р_тр. = 0,1 + (9 – 1) · 0,04 = 0,42 МПа

Давление в водопроводной сети на вводе в здание не должно превышать 0,6 МПа.

На основании определения свободного напора в диктующей точке города строится высотная схема водопотребления во всей системе водоснабжения города.

Данная схема представлена в Приложении 3.

Высотная схема водопотребления сооружений составлена условно, ввиду отсутствия гидравлического расчета водоводов и водопроводной сети (что не предусмотрено заданием на проектирование).