Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska 03.02.2004 Politechniki Wrocławskiej

OCZYSZCZANIE WODY

PODZIEMNEJ

Prowadzący: Wykonał:

Mgr inż. Tomasz Kroczak Michał Drozd

IŚ, WK, rok IV

OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE

Przyjęto następujący układ oczyszczania wody podziemnej:

• napowietrzanie

• filtracja

• dezynfekcja

1. Napowietrzanie otwarte - dysze amsterdamskie.

1.1 Określenie ilości

Tww=Two-Twn=15,1-6,2=8,9º

zasM =

2. Obliczanie urządzeń do odkwaszania wody.

Ciśnienie w rurociągu wynosi: 9 mH₂O

Obciążenie dyszy: q=5m³/s

Rozstaw dysz co 1 m

Obciążenie powierzchni: O_h= 5m³/(m²*h)

Wysokość rozbryzgu wynosi: 3m

●Powierzchnia:

F =
,m²

F =
m²

Przyjęto powierzchnię dysz F = 100 m²

Przyjęto halę dysz o wymiarach 10,0m x 10,0m.

Liczba dysz n = 100

●Zbiornik

Objętość :

V = Q*t , m³

t-czas przetrzymania wody w zbiorniku , t=20 min

V = 495,8*0,33 = 163,61 m³

Przyjęto V=164m³

●Głębokość zbiornika:

H =
, m

H =

Przyjęto głębokość zbiornika 1,8 m.

3. Filtry ciśnieniowe jednowarstwowe.

d₀ = 0,75m

WR= 1,5

O_h= 8,5 m³/(m²*h)

●Powierzchnia filtrów:

F=
, m²

F=
, m²

Przyjęto średnicę filtrów D=2,8 m.

●Powierzchnia jednego filtra:

F₁=
=
= 6,15m²

●Liczba filtrów:

n =
=
= 9,48

Przyjęto 10 filtrów o wysokości złoża filtracyjnego 1,5 m oraz o warstwie podtrzymującej 0,35m.

●Prędkość filtracji , gdy jeden filtr jest wyłączony z eksploatacji:

V=
; m/h Q - Wydajność ZOW:

Q = 11900m³/d = 495,8m³/h

k-liczba filtrów działających

F₁-pow.jednego filtra,m²

V=
= 8,96 m/h < 10 m/h

Przyjęto płukanie wodno-powietrzne.W filtrze zastosowano drenaż wysokooporowy rurowy.

4. Drenaż wysokooporowy wodny.

Przyjęto intensywność płukania wodą 25,0 m³/(m²*h).

Natężenie przepływu wody płuczącej:

Q_p= 25*6,15 = 153,75 m³/h = 0,04m³/s

d =
,m

V-prędkość przepływu,

przyjęto V=1,4m/s

d =
=0,191 m

Dla q_p=0,04m³/s przyjęto rurociąg główny drenażu o średnicy d = 200mm,w którym prędkość przepływu wynosi 1,4m/s, spadek hydrauliczny i=18%_o.

Przyjęto rozstaw lateral b=0,165m.

●Liczba lateral:

n=
=

=18 sztuk

●Długość laterali najdłuższej :

Lmax =
; m

gdzie :

X- odległość laterali od ściany filtru wynosi 0,04 m.

Lmax =
= 1,26 m

●Powierzchnia filtru przypadająca na najdłuższa lateralę:

f₁ = b*Lmax ; m²

f₁ = 0,165*1,26 = 0,208 m²

●Natężenie przepływu wody w laterali najdłuższej:

q₁ =
; m³/s

q₁ =
= 0,00135 m³/s

d =
= 0,034m

Jako boczne laterale przyjęto rurociągi o d =40mm gdzie prędkość przepływu wynosi V=1,5m/s, a spadek i = 1,4%_o

Dla przyjętej ilości lateral n=18sztuk oraz ich rozstawu co 0,165 m, odległość pierwszej i ostatniej laterali od wewnętrznej ściany zbiornika filtracyjnego(wzdłuż średnicy), wynosi h = 0,08m.

●Długość cięciwy C obliczono:

C=2

C=2

●Długość laterali najkrótszej :

Lmin =
, m

Lmin =
m

●Powierzchnia filtru przypadająca na najkrótszą lateralę :

f₂ =
; m²

f₂ =
m²

●Natężenie przepływu wody w najkrótszej laterali :

q₂ =
; m³/s

q₂ =
m³/s

W rurociągu o średnicy d=40 mm prędkość przepływu V=0,26 m/s.

5. Obliczanie liczby otworków drenażu wodnego.

Przyjęto rozstaw otworków b'=0,165m.

●Powierzchnia filtra przypadająca na 1 otwór :

b'* b = 0,165*0,165 = 0,0272m²

●Liczba otworków na całej powierzchni :

n =

●Powierzchnia jednego otworku o średnicy d₀=8,0 mm wynosi :

f₀ = 5,02*10^-5m²

●Sumaryczna powierzchnia otworków :

m²

co stanowi :

Sumaryczna powierzchnia otworków mieści się w zalecanym zakresie powierzchni otworków(0,18-0,40%).

6. Straty ciśnienia.

h = 0,5 *
*

V_kol-prędkość przepływu wody na początku kolektora;

V_{max lat} -prędkość przepływu wody na początku laterali najdłuższej;

V_{min lat} -prędkość przepływu wody na początku laterali najkrótszej;

Dla 95% równomierności rozdziału wody przyjęto
=12.

h = 0,5 *
*

h = 3,31 < 4 mH₂O

7. Obliczanie drenażu powietrznego.

Przyjęto intensywność płukania powietrzem Q_p=72m³/m²*h

●Natężenie przepływu powietrza przez jeden filtr :

Q_p*F₁= 72*6,15 = 442,8 m³/h

q= 0,123 m³/s

Przyjęto średnicę rurociągu d=150mm, w którym jednostkowe straty ciśnienia wynoszą 0,3mm/m.

Przyjęto 17 sztuk lateral bocznych o rozstawie 0,165 m. Długości laterali najdłuższej i najkrótszej sa takie same, jak w drenażu wodnym.

●Natężenie przepływu powietrza w laterali najdłuższej :

q _1pow =
m³/s

Przyjęto lateralę boczną o średnicy d = 28mm.

W temperaturze 288 K i przy nadciśnieniu powietrza 5 mH₂O straty jednostkowe wynoszą 2,2mm/m.

●Natężenie przepływu w laterali najkrótszej :

q _2pow= =
m³/s

Przyjęto lateralę najkrótszą o średnicy d = 12 mm.

8. Obliczanie otworków w drenażu powietrznym.

Przyjęto otworki o średnicy 2mm.

●Powierzchnia 1 otworka :

f₀ = 3,14*10^-6m

Przyjęto sumaryczną powierzchnię otworków 0,02% powierzchni filtra, co stanowi :

f = 1,414*10^-3m²

●Liczba otworków :

n =

●Powierzchnia przypadająca na 1 otworek :

f_1o=
m²

●Rozstaw otworków :

l_o =

9. Dezynfekcja - dawka chloru.

●D_Cl
1 na wpracowanie złoża :

D_Cl

= 0,6*[Fe⁺²] + 1,3*[Mn⁺²]

D_Cl

= 0,6*[0,2*5,2]+1,3*[0,3]

D_Cl

= 1,01g/m³

●D_Cl
2 do dezynfekcji :

D_Cl
2 = D_Cl

- 1,3[Mn⁺²]+0,5

D_Cl
2 = 1,12 g/m³

●CHLOROWNIA

D_Cl
2 = 1,12gCl₂/m³ = 0,00112kgCl₂/m³

Q = 11900m³/d

● Maksymalne zużycie chloru :

G_max = D_Cl*Q = 0,00112*11900 = 13,33 kg/d

●Wielkość zapasu chloru Z :

Z = t· G_max =30*13,33 = 399,9 kg

●Ilość magazynowanych butli :

n =

Przyjęto 10 butli do magazynowania chloru.

Do przygotowania wody chlorowej stosujemy chloratory. Zastosowano chlorownice typu C-32, wydatek min. = 100gCl₂/h, a max.= 3000gCl₂/h. Przyjęto 3 chlorownice (2 pracujące i jedna w rezerwie). Na każdą potrzeba 2m² powierzchni, czyli pod chlorownice potrzeba 6m².

●Powierzchnia magazynu F_mag :

F_mag=F₁+F₂

F₁=0,5m*10 = 5,0 m² - na butle z chlorem

F₂=0,5m*10 = 5,0 m² - na puste butle

- Przyjęto powierzchnię magazynu F_mag= 10 m².

- Przedsionek - 5 m²

- Pomieszczenie unieszkodliwiania chloru - 10 m²

- Cała powierzchnia chlorowni wynosi - 25 m².

10. Odstojniki i laguny.

O ilości osadów decyduje masa usuniętego z wody wodorotlenku żelaza(III) oraz manganu(IV). Stężenie związków pozostałych w wodzie czystej wynosi 0,2 gFe/m³ , a manganu 0,05 gMn/m³. Dobowa ilość suchej masy osadów powstałych z wodorotlenków :

G_X =

G_X - dobowa ilość osadów wytrąconych;

- gęstość wytrąconych wodorotlenków żelaza lub manganu;

- gęstość wody;

C_X⁰- początkowe stężenie żelaza lub manganu;

C_X^K- końcowe stężenie żalaza lub manganu;

●Dobowa ilość suchej masy osadu powstałego z Fe(OH)₃ :

G_Fe= 3,5(5,2 - 0,2)*11900 = 208,25 kg/d

●Dobowa ilość suchej masy osadu powstałego z MnO(OH)₂:

G_Mn= 4,5(0,3-0,05)*11900 = 13,39 kg/d

Założono że w komorze reakcyjnej zatrzymuje się 75% związków żelaza.

● Ilość suchej masy osadów wynosi :

G_{Fe os} = 208,25*0,75=156,19 kg/d

Przyjęto, że osady w komorze mają uwodnienie 99,6%.

●Objętość uwodnionych osadów wynosi :

V_os=
m³

Przyjęto 10 filtrów płukanych wodą i powietrzem. Intensywność płukania

przyjęto 25 m³/m²*h, a czas płukania 6min.

●Objętość popłuczyn :

V_pł= 25*10*6,15*0,1 =153,75 m³

●Objętość odstojnika :

V = 153,75 + 39,05 = 192,8 m³

Przyjęto objętość odstojnika V = 196 m³

Przyjęto dwa odstojniki o wymiarach : głębokość - 3,5 m , szerokość - 7 m , długość - 8m.

●Sucha masa osadu z filtrów :

G_{Fe f} = G_Fe - G_{Fe os}

G_{Fe f} = 208,25 - 156,19 = 52,06 kg/d

●Uwodnienie popłuczyn :

100-0,048 = 99,96%

●Ilość osadu po zagęszczeniu popłuczyn :

V₁ = 153,75*
m³/d

●Ilość osadu zagęszczonego do 96% :

V₂ = 39,05*
m³/d

●Ilość osadu odprowadzonego na laguny :

V₁+V₂= 1,54 + 3,90 = 5,44 m³/d

●Roczna ilość osadu o uwodnieniu 96%:

V_96% = 5,44*365 = 1985,6 m³/rok

W pierwszym roku odprowadzenie wody drenażem oraz odparowanie wody pozwoli na obniżenie uwodnienia do 80%.

●Objętość osadu o uwodnieniu 80%:

V_80% =

V_80%= 0,2*1985,6 = 397,12 m³

Jest to objętość miarodajna do obliczania pojemności czynnej lagun. W obliczeniach całkowitej ilości osadów przeznaczonych do usunięcia z laguny w końcu 3-letniego cyklu eksploatacji założono, że parowanie z warstwy osadu w lagunach wynosi 30% z wolnej powierzchni wody. Przyjęto, że roczna ilość wody odprowadzanej z powierzchni wody wynosi 860mm, a wiec ilość wody wyparowanej z warstwy osadu wyniesie 0,3*860mm.

●Obliczeniowa powierzchnia laguny przy założonej głębokości 2,0 m wynosi :

m²

Przyjęto wymiary laguny dł.21,0 m, szer.9,5 m, gł.2,0 m.

●Głębokość warstwy osadu przy końcu drugiego roku eksploatacji wynosi :

2 -

●Objętość osadów:

V_k= 198,56*1,74= 345,49 m³

●Uwodnienie końcowe osadu :

u_k = 100 -

Roczna ilość suchej masy osadu o uwodnieniu 80% i gęstości 1050kg/m³ :

G_sm = 0,2*V_80%*

G_sm= 0,2*397,12*1050 = 83395,2 kg

u_k = 100 -

Przyjęto trzy laguny o objętości 399 m³ każda. Pracują w cyklu trzyletnim, tj. w pierwszym roku następuje gromadzenie osadu , w drugim - suszenie, w trzecim - usuwanie osadów i przygotowanie do ponownego wypełnienia.

11. Dobór rurociągów.

1. Dopływ wody do ZOW.

Wydajność ZOW : Q = 11900 m³/d

Q = 0,1377m³/s

- prędkość przyjęta V=1,0m/s

d=
=
= 0,42m

Przyjęto DN 450

2. Dopływ wody surowej na filtry

Założono V=1,0m/s

-dopływ na filtry

Q₁=0,1377
m³/s

d=
=
=0,42m

Przyjęto DN 450

-dopływ na pięć filtrów

Q₂=0,5*Q₁=0,06885 m³/s

d=
=
=0,296m

Przyjęto DN 300

-dopływ na cztery

Q₃=
*Q₁=0,055 m³/s

d=
=
=0,265m

Przyjęto DN 300

-dopływ na trzy filtry

Q₄=
*Q₁=0,0413 m³/s

d=
=
=0,229m

Przyjęto DN 250

-dopływ na dwa filtry

Q₅=
*Q₁=0,0275 m³/s

d=
=
=0,187m

Przyjęto DN 200

-dopływ na jeden filtr

Q₅=
*Q₁=0,0138 m³/s

d=
=
=0,132m

Przyjęto DN 150

3. Rurociąg doprowadzający powietrze do filtrów podczas płukania.

Q=0,1377 m³/s

Założono V=10 m/s

d=
=
=0,132 m

Przyjęto DN150

4. Rurociąg odprowadzający popłuczyny oraz rurociąg doprowadzający wodę do płukania.

Q=0,05m³/s

Założono V=2m/s

d=
=
= 0,178 m

Przyjęto DN 200

5. Rurociąg odprowadzający filtrat.

Dobór i wymiary średnic jak dla dopływu wody surowej na filtry.

12.Opis techniczny

Niniejsze opracowanie zawiera projekt Zakładu Oczyszczania Wody dla wody podziemnej Q=11900m³/d.Przeznaczenie wody-zaopatrzenie miasta.

Zaprojektowano układ technologiczny:

a)napowietrzanie

b) filtracja

c) dezynfekcja

W celu usunięcia CO_2agr zastosowano 100 dysz o rozbryzgu 3m i odległości między nimi równej 1m.Następnie woda przeprowadzana jest przy użyciu pomp na złoże filtracyjne, które było wcześniej wpracowane poprzez zastosowanie utleniacza tj. dwutlenku chloru.

Osady z leja osadowego będą usuwane co 24h i odprowadzane na odstojniki (wym.H=3,5m,B=7m,l=8m;Vrz=56m²). Po zagęszczeniu osady z odstojników będą odprowadzane na laguny(wym.H=2m,B=9,5m,l=21m;Vrz=199,5m²).

Proces filtracji będzie przeprowadzony na filtrach pionowych ciśnieniowych. Zaprojektowano 10 filtrów z drenażem wysokooporowym(pow.1 filtra=6,15m²;D=2,8), wysokość złoża filtracyjnego 1,5 m, warstwy podtrzymującej 0,35 m. Złoże płukane jest wodą i powietrzem . Popłuczyny odprowadzane są na odstojniki a pierwszy filtrat do kanalizacji.

Dezynfekcję wody przeprowadza się za pomocą wody chlorowej w rurociągu.

Wielkość magazynów reagentów zaprojektowano na zapas równy trzydziestodobowemu zapotrzebowaniu. Magazyny wyposażone są w dźwigi, podnośniki, suwnice służące do transportu oraz do ograniczenia kontaktu obsługi z chemikaliami.

Na terenie oczyszczalni znajduje się pomieszczenie socjalno-administracyjne(160m²). .

13

---