Politechnika Wrocławska Wrocław , 04.05.2010
Wydział Inżynierii Środowiska
Inżynieria Środowiska
Studia niestacjonarne I st.
Zakład Oczyszczania Wody
michal_piasta@wp.pl
Michał Piasta 151732
rok III
rok akademicki
2009/2010
SPIS TREŚCI
1. DANE PROJEKTU 3
1.1 ORZECZENIE O JAKOŚCI WODY SUROWEJ 3
1.2 UKŁAD TECHNOLOGICZNY 3
2. OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE
2.1 OBLICZANIE ZASADOWOŚCI M 3
2.1.1 PARAMETRY WODY 4
2.2 USTALENIE DAWKI KOAGULANTU 4
2.3 KOREKTA PH – DAWKA WAPNA 5
2.3.1 PARAMETRY WODY SUROWEJ 5
2.3.2 PARAMETRY WODY SUROWEJ PO KOAGULACJI 5
2.4 DEZYNFEKCJA - CHLOR 6
3. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW 6
3.1.MAKSYMALNE DOBOWE ZUŻYCIE REAGENTÓW 6
3.2 NIEZBĘDNY ZAPAS REAGENTÓW 7
4. OBLICZENIA URZĄDZEŃ
4.1 URZĄDZENIA DO ROZTWARZANIA I DAWKOWANIA REAGENTÓW 8
4.2 ZBIORNIKI DO PRZYGOTOWANIA MLEKA WAPIENNEGO 9
4.3 KOMORA SZYBKIEGO MIESZANIA Z MIESZADŁEM MECHANICZNYM 9
4.4 KOMORA WOLNEGO MIESZANIA Z MECHANICZNYMI MIESZADŁAMI ŁOPAKOWYMI 12
4.5 OSADNIK O PRZEPŁYWIE POZIOMYM 12
4.6 FILTRY POSPIESZNE GRAWITACYJNE 15
4.7 DOBÓR UZIARNIENIA 18
5. ZBIORNIKI WODY CZYSTEJ
5.1 CAŁKOWITA OBJĘTOŚĆ ZBIORNIKA MAGAZYNUJĄCEGO CZYSTĄ WODĘ 24
5.2 OBJĘTOŚĆ POJEDYNCZEGOZBIORNIKA 24
5.3 POWIERZCHNIA POJEDYNCZEGO ZBIORNIKA 25
5.4 ŚREDNICA POJEDYNCZEGO ZBIORNIKA 25
5.5 RZECZYWISTA POWIERZCHNIA ZBIORNIKA 25
5.6 RZECZYWISTA V ZBIORNIKA 25
6. GOSPODARKA WODNO ŚCIEKOWA 26
6.1 ILOŚĆ POPŁUCZYN 26
7. DOBÓR RUROCIĄGÓW 28
7.1 DOPŁYW DO ZUW 28
7.2 DOPŁYW DO SZYBKIEGO MIESZACZA 28
7.3 DOPŁYW NA FILTRY 28
7.4 DOPŁYW WODY PŁUCZĄCEJ DO FILTRA 31
7.5 ODPŁYW POPŁUCZYN DO RUROCIĄGU 32
8.OPIS TECHNICZNY 33
1. DANE PROJEKTU
Pochodzenie wody : woda powierzchniowa
Przeznaczenie wody : woda do spożycia
Wydajność zakładu oczyszczania wody : 22 600 m3/d
ORZECZENIE O JAKOŚCI WODY SUROWEJ
Ujmowana woda to woda powierzchniowa mająca zwiększoną mętność, barwę i utlenialność. Pozostałe wskaźniki nie przekraczają dopuszczalnych norm.
Woda w stanie surowym nie nadaje się do spożycia, należy poddać ją procesowi oczyszczania, celem spełnienia Rozporządzenia Ministra z dnia 29 marca 2007.
Układ technologiczny zawiera kolejne etapy oczyszczania wody powierzchniowej.
Jest to układ poprawiający jakość wody, a także jej skład chemiczny.
W układzie znajduje się.
Komora szybkiego mieszania mechaniczna( KOAGULACJA)
Komora wolnego mieszania mechaniczna
Osadnik poziomy
Filtr pospieszny piaskowy
Chlorator (DEZYNFEKCJA).
2. OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE
TWO – 15,8 °tw
TWN – 4,2°tw
2.1 OBLICZANIE ZASADOWOŚCI M
Zas M = TWW
TWO = TWN + TWW
TWW = TWO – TWN = 15,8 - 4,2 = 11,6°tw
TWW = 11,6/2,8 = 4,14 mval / dm3 = 207 g CaCO3 / dm3
2.1.1 PARAMETRY WODY
Przed koagulacją | Po koagulacji |
---|---|
Zas M = 207 g CaCO3 / dm3 CO2 wolny = 20 g CO2 / m3 CO2 przynależny = 20 g CO2 / m3 CO2 agresywny = 0 g CO2 / m3 |
Zas M = 189 g CaCO3 / dm3 CO2 wolny = 36 g CO2 / m3 CO2 przynależny = 16 g CO2 / m3 CO2 agresywny = 20 g CO2 / m3 |
2.2 USTALENIE DAWKI KOAGULANTU
Mętność 30 NTU
Barwa 25 g Pt/m3
Mętność D = D = = 38,3 g / m3
Barwa D = D = = / m3
Zas M > W · D + 0,7
Przyjęto koagulant – siarczan glinu – Al2(SO4)3 x 18 H2O
Dawka Dk = 40 g / m3
Sprawdzenie zasadowości M po koagulacji.
Zas M < W · D + 0,7
Zas M – naturalna zasadowość wody, 4,07 mval / dm3
W – współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody (w procesie hydrolizy koagulantu) dla siarczanu glinu 0,009 val / dm3
D – dawka koagulantu, Dk = / m3 [g Al2(SO4)3 x 18 H2O / m3]
0,7 – zapas zasadowości naturalnej wody, warunkujący właściwy przebieg hydrolizy koagulantu [val / dm3]
4,07 val / dm3 > 0,009 val / dm3 · 40 + 0,7
4,07 val / dm3 > 1,06 val / dm3
Zas M > W · D + 0,7
Naturalna zasadowość jest wystarczająca i umożliwia całkowitą hydrolizę dawkowanego koagulantu.
2.3 KOREKTA pH – DAWKA WAPNA
2.3.1 Parametry wody surowej.
pH – 7,3
Z nomogramu równowagi węglanowo – wapniowej dla wody surowej odczytano:
CO2 wolny = 20 g CO2 / m3
CO2 przynależny = 20 g CO2 / m3
CO2 agresywny = 0 g CO2 / m3
2.3.2 Parametry wody surowej po koagulacji:
Obniżenie zasadowości M
∆ Zas M = D · 0,45 = 40 ∙ 0,45 = 18[g CaCO3 / m3],
Nowa Zas M = 207 – 18 = 189 [g CaCO3 / m3].
Zwiększenie wartości CO2 wolnego:
∆CO2 = D ∙ 0,4 = 40 ∙ 0,4 = 16 [g CO2 / m3]
CO2 wolny = ∆CO2 + CO2 wolny [g CO2 / m3],
CO2 wolny = 16 + 20 = 36 [g CO2 / m3]
Z nomogramu równowagi węglowo – wapiennej odczytano
CO2 przynależne – 16 [g CO2 / m3]
CO2 agresywne = CO2 wolne – CO2 przynależne [g CO2 / m3];
CO2 agresywne = 36 - 16 = 20 [g CO2 / m3].
Obliczanie dawki wapna niezbędnego do związania CO2 agresywnego pozostałego w wodzie po procesie koagulacji.
Zakładamy, że zostanie związane wapna
2CO2agr. = CaO + H2O → Ca(HCO3)2
2 · 44 | ↔ | 56g |
---|---|---|
x (D CaO) | ↔ | 16g |
D Cao = 28,16 [g CaO / m3]
Parametry wody po dawkowaniu D CaO = 28,16 [g CaO / m3]
∆ Zas M = (28,16 · 50) / 28 = 50,29 [g CaCO3 / m3]
Zas M’ = 189 + 50,29 = 239,29 [g CaO / m3]
Z nomogramu równowagi węglowo – wapiennej odczytano:
CO2 przynależne – 28 [g CO2 / m3],
CO2 agresywny’ = 38 – 16 – 28 = -6 [g CO2 / m3],
CO2 agresywny’ = -6 [g CO2 / m3] < 2 [g CO2 / m3].
Przyjęto dawkę D CaO = 16 [g CaO / m3]
2.4 Dezynfekcja - Chlor
Potrzebna dawka chloru:
gCl2/m3
3. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW
3.1 Maksymalne dobowe zużycie reagentów
(kg,d)
Qdmax- maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, m3/d
Dmax- maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na podstawie badań technologicznych, kg/m
f- współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.
Maksymalne dobowe zużycie koagulantu:
Maksymalne dobowe zużycie wapna:
Maksymalne dobowe zużycie chloru:
3.2 Niezbędny zapas reagentów
Tm- czas składowania- 30 dni
Zapas koagulantu:
Zapas wapna:
Zapas chloru:
Powierzchnia magazynów
Obliczenie powierzchni magazynu „na sucho” :
F - powierzchnia magazynu, m2
α - współczynnik zwiększający ze względu na transport wewnętrzny
ρn – gęstość nasypowa reagenta, kg/m3
hs – dopuszczalna wysokość składowania, m
Z – wymagany zapas reagenta, kg
KOAGULANT:
= 1,2
Z = 32544 kg
ρn = (1100÷1300) przyjęto : 1200 kg/m3
hs = 2,0 m
Przyjmujęto powierzchnię magazynu koagulantu F=16,8 m2 (4m×4,2m)
WAPNO:
= 1,2
Z= 13017,6 kg
ρn = 1000 kg/m3
hs = 1,5 m
Przyjęto powierzchnię magazynu wapna 10,5 m2 (3,0m×3,5m)
CHLOR:
Chlor jest przechowywany w 45 kg butlach i z 30-dniowym zużyciem. Jedna butla zajmuje , więc niezbędna powierzchnia magazynu wynosi:
Ilość butli: $\frac{2604}{45}$ =58 butli
Przyjęto powierzchnię magazynu F=58 • 0, 5 = 29 m2 (5,0m×6,0m)
Przyjęto całkowitą powierzchnie chlorowni 30 m2 o wymiarach 5x6 m.
4. Obliczenia urządzeń:
4.1 Urządzenia do roztwarzania i dawkowania reagentów
Zbiorniki zarobowy i roztworowy dla koagulantu:
Zbiornik zarobowy:
V1 - objętość zbiornika zarobowego, m3
Qg - wydajność, m3/h
a - dawka koagulantu, g/m3
n - liczba zarobów w okresie doby
procentowe stężenie roztworu (przyjęto 20%)
Qd = 22600 m3 / d
Qg = 22600 / 24 = 942 m3 / h
Przyjęto zbiornik o objętości 1,6 m3. Wymiary: dł. 1,2 m, sz. 1,2 m, wys. 1,6m.
Zbiornik roztworowy
V2- objętość zbiornika roztworowego, m3
b- procentowe stężenie roztworu: 5-10%, przyjęto 10%
Przyjęto zbiornik o objętości 9,7 m3. Wymiary: dł. 2,2 m, sz. 2,2 m, wys. 2,0 m.
4.2. Zbiorniki do przygotowania mleka wapiennego.
Objętość zbiorników roztworowych :
gdzie:
Qg = 22600 / 24 = 942 m3 / h
a – dawka wapna 16
b – stężenie roztworu wapna; b = 5%
n – liczba zarobów w ciągu doby; n = 2
Przyjęta całkowita objętość zbiorników : V= 3,7 m3
3,7 / 2 = 1,85 m3 objętość 1 zbiornika
Zakładając że H=D otrzymujemy:
Zatem przyjęto 2 zbiorniki o wymiarach: D = 1,33 m oraz H= 1,33 m
Komora szybkiego mieszania z mieszadłem mechanicznym:
Objętość mieszacza:
Q - wydajność
t - przyjęto czas przetrzymywania wody w mieszaczu t =120 s
Wysokość mieszacza:
Wysokość mieszacza przyjęto H=3,5 m
Powierzchnia:
Średnica mieszacza:
Przyjęto mieszacz cylindryczny, którego średnica wynosi 3 ,5 m.
Projektowanie mieszadeł:
Średnica mieszadła (d)
d = 2,1 m
Szerokość łopatki (b)
b = 0,21 m
Wysokość zawieszenia mieszadła od dna mieszadła (h)
h = 0,42 m
Powierzchnia łopatek (fo)
f0=13% F1
F1=H
gdzie:
fo- powierzchnia łopatek (zakres od 10% do 15 % F1)
n- liczba łopatek
F1- przekrój komory mieszacza
F1=3,5 m12.25 m2
fo=0,10 1,225 m2
Liczba łopatek(n)
== 2,78
Przyjęto 3 łopatki mieszadła.
4.4 Komora wolnego mieszania z mechanicznymi mieszadłami łopatkowymi
Qg = 942 m3/h
t = 1200 s = 0,33 h (założenie)
V = Q * t < = > V = 0, 33 * 942 = 314 m3
Dla głębokości H = 3m powierzchnia F = 105 m2
Przyjmuję 2 komory o powierzchni 53 m2 o wymiarach 5,3m x 10m
W każdej komorze przyjęto 2 mieszadła o osi pionowej.
Założenie : G = 50 s-1 dla T=288,5 oK h=1,14*10-3 kg/(m*s)
Liczę zapotrzebowanie mocy na wałach mieszadeł:
N= h*G2*V = 1,14*10-3*502*314 = 894,9 kg*m2/s3
Założenie: Vp = 0,55 m/s V = 0,7 * Vp
V = 0,7 * 0,55 = 0,39 m/s
Dla d/2b = 19 przyjmuję x = 1,8
Powierzchnia łopatek : =
Łączna powierzchnia łopatek, wyznaczona jako 10% powierzchni przekroju komór wolnego mieszania, wynosi 10,5 m2 .
4.5 Osadnik o przepływie poziomym
Projektuję osadnik poziomy o Qg = 942 m3/h do usuwania zawiesiny kłaczkowej z wody o nast. wskaźnikach zanieczyszczenia:
Barwa: 25 g Pt/m3
Mętność: 30 NTU
Odczyn : 7,3 pH
Zas M : 4,14 Val/m3
Zawiesina 2 g/m3
Dawka koagulantu : 40 g/m3
Obliczam ilość zawiesin po koagulacji dopływających do osadnika:
Przyjmuję wartości K = 1 i N = 0
C0 = 2 + 40 + 0,25*25 + 0 = 48,25 g/m3 z czego przyjmujemy że V0 = 0,35 mm/s
Wymiaruję osadnik według jego powierzchni :
Dla L/H = 15 przyjęto k = 10
Przyjęto głębokość osadnika H = 3m dla L/H = 15 długość osadnika L = 45m
Szerokość osadnika B = 6,0 m , stąd liczba osadników
Przyjęto 4 osadniki.
Powierzchnia rzeczywista osadnika Frz= 6*45 = 270 m2
Sprawdzam warunki stabilności:
Całkowita długość osadnika :
Lc= L + Lp , m Lp=2
Lc = 45 + 2,5 = 47,5 m
Objętość jednego osadnika V = 3 * 270 = 810 m3 stąd:
T = 810/250 = 3,24 h
Obliczam objętość eksploatacyjną :
Przelewy:
Obliczam długość osadnika:
= 1,5 * 3 * 10 * 0,35/0,35 = 45 m
Obliczam szerokość osadnika:
=
Przyjąłem cztery osadniki, każdy o szerokości B = 6 m.
4.6. Filtry pospieszne grawitacyjne:
Obliczenia filtrów
Zastosowano filtry ze złożem piaskowym, dla którego
WR=d60/d10=1,75
d10 = 0,6 mm
Powierzchnia filtrów
Oh – obciążenie hydrauliczne filtru, przyjmuję Oh = 8 m3/m2h.
Przyjmuję F = 118 m2.
Liczba filtrów
Przyjmuję 6 filtrów.
Powierzchnia jednego filtra
118 : 6 = 19,7 m2
Powierzchnia dna filtrów układana jest z płyt o wymiarach 0,6 x 1,0 m a więc na jeden filtr przypadają 32 płyty o łącznej powierzchni F1= 4*4,8 = 19,2 m2, łączna powierzchnia wszystkich filtrów Fc = 115,2 m2
Prędkość rzeczywista przepływu
- Prędkość filtracji przy wszystkich filtrach włączonych (rzeczywista):
$$v_{\text{rzecz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1}} = \frac{942}{6 \bullet 19,2} = 8,2\frac{m}{h}$$
- Przy jednym filtrze wyłączonym z eksploatacji
$$v_{\text{rzecz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1}} = \frac{942}{5 \bullet 19,2} = 9,8\frac{m}{h}$$
Filtr płukany jest wodą (tab.8.22)
Dla złoża o parametrach:
WR- współczynnik równomierności materiału filtracyjnego; WR =1,75
d10- wymiar czynny piasku, d10 = 0,6·10-3m
temperatura 283 K
Intensywność płukania wyznaczono na podstawie nomogramu (rys.8.61)
dz = (1,8WR−0,8) • d10 = (1,8•1,75−0,8)0, 06 = 0, 14
Dla dz=0,14 współczynnik zapasu K=1.
Z nomogramu (rys.8.61), uwzględniając powyższe wartości, odczytano q1=9.2 dm3/sm2
Zatem intensywność płukania wynosi:
Ip = K • q1 = 1, 0 • 9.2 = 9.2 dm3/sm2=0,0092 m3/s·m2
Popłuczyny
Natężenie przepływu popłuczyn:
$$Q_{p} = I_{p} \bullet F = 9.2 \bullet 19,2 = 176,64\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 0,177\frac{m^{3}}{s}\ $$
Prędkość wody w korycie:
2 • 0, 49 • q0, 4 = 2 • 0, 49 • (0, 177)0, 4 = 0, 5m
Przyjęto szerokość koryta popłuczyn 0,5 m
Odległość dna kanału zbiorczego:
$$L = 1,73\sqrt{\frac{q^{2}}{g \bullet B^{2}}} + 0,2 = 1,73\sqrt{\frac{{(0,177)}^{2}}{9,81 \bullet {0,5}^{2}}} + 0,2 = 0,4\ m$$
gdzie: q– natężenie przepływu popłuczyn w kanale, q=0,177 m3/s
B- szerokość kanału, B=0,5m
g - przyspieszenie ziemskie , g = 9,81m/s2
Przyjęto L=0,4 m
Obliczenie drenażu niskooporowego
Przyjmuję drenaż niskooporowy grzybkowy. Do celów obliczeniowych przyjmuję liczbę grzybków 100szt/1m2 płyty drenażowej. Każdy grzybek ma na obwodzie 24 prostokątne szczeliny o wymiarach 10 mm x 0,7 mm.
Powierzchnia w jednym grzybku wynosi:
Całkowita liczba grzybków w drenażu 1 filtru N = 20 ⋅ 100 = 2000 szt, stąd całkowita powierzchnia szczelin wynosi:
Co stanowi około 1,7 % powierzchni filtru.
Straty ciśnienia w drenażu niskooporowym
- woda płucząca
$$Q_{pl} = I_{p} \bullet F = 9.2 \bullet 19,2 = 176,64\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 0,177\frac{m^{3}}{s}\ $$
- prędkość wody wypływającej ze szczeliny:
$$v_{1} = \frac{Q_{pl}}{f_{1,szcz}} = \frac{0,177}{0,336} = 0,53\frac{m}{s}$$
- straty ciśnienia
$$h = \frac{v_{1}^{2}}{2g} \bullet \frac{1}{\mu^{2}} = \frac{{(0,53)}^{2}}{2 \bullet 9,81} \bullet \frac{1}{{(0,65)}^{2}} = 0,034 = 3.4 \bullet 10^{- 2}m$$
gdzie: h- strata ciśnienia na grzybkach;
v1– prędkość wody wypływającej ze szczeliny, v1=0,55 m/s
μ- współczynnik wydatku (dla szczelin μ=0,65)
4.7 Dobór uziarnienia:
Wymiar czynny złoża piaskowego d10 = 0,6 mm; WR = 1,75
WR = d60 = WR ∙ d10 = 1,75∙ 0,6 = 1.05 mm;
Gęstość piasku: ρp = 2,65 g/cm3;
Gęstość antracytu: ρa=1,6 g/cm3;
Z wykresu odczytano wartość d5p = 0,52 mm;
Dla d5p wyliczono czynnik średnicy korzystając ze wzorów:
Ss dla piasku:
$$\mathbf{S}_{\mathbf{s}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\rho}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{\rho}_{\mathbf{w}}}$$
gdzie: ρz – gęstość złoża (piasku);
ρw – gęstość wody 1,0 g/cm3;
υ – dla 10oC = 1,31*10-6
$$\left\lbrack \frac{g\left( S_{s} - 1 \right)}{\vartheta^{2}} \right\rbrack^{1/3}d_{5p} = \left\lbrack \frac{9,81\left( 2,65 - 1 \right)}{\left( 1,31 \bullet 10^{- 6} \right)^{2}} \right\rbrack^{1/3}0,52 \bullet 10^{- 3} = 11.95$$
Z wykresu odczytano czynnik prędkości dla d5p = 5.5
Wyliczono prędkość opadania Vs;
Vs = 4, 5⌊g(Ss−1)ϑ⌋1/3 = 5, 5⌊9,81(2,65−1)1,31•10−6⌋1/3 = 0, 153
Stąd Vsd95antr.:
Obliczono czynnik prędkości dla antracytu:
$$\frac{V_{S}}{\left\lbrack g\left( S_{s} - 1 \right)\vartheta \right\rbrack^{1/3}} = \frac{0,15}{\left\lbrack 9,81\left( 1,6 - 1 \right)1,31 \bullet 10^{- 6} \right\rbrack^{1/3}} = 7.7$$
Odczytano czynnik średnicy dla d95 antracytu=34
Stąd d95 wynosi:
$$d_{95} = \frac{34}{\left\lceil \frac{9,81\left( 1,6 - 1 \right)}{\left( 1,31 \bullet 10^{- 6} \right)^{2}} \right\rceil^{1/3}} = 2.2 \bullet 10^{- 3}$$
Na tej podstawie uzyskano następujące parametry złoża filtracyjnego:
WR = 1,75 WR = 1,75
d10p = 0,6 mm d10a = 0,75 mm
d60p = 1.05 mm d60a = 1.4 mm
Straty hydrauliczne podczas filtracji i płukania złoża
a) podczas filtracji
gdzie: H – głębokość złoża, m,
Hp – wysokość złoża dla piasku; Hp = 1,0 m;
Hw - wysokość złoża dla antracytu; Hw = 0,3 m,
v – prędkość filtracji, przyjęto v = 6 m/h = 1,67 ∙ 10-3 m/s,
α/β – współczynnik zależny od wielkości ziaren, przyjęto dla okrągłych (piasek) = 6
oraz dla ostro krawędziowych (antracyt) = 7,
g – przyśpieszenie ziemskie, 9,81 m/s2,
p – porowatość, przyjęto:
dla piasku p = 0,4; dla antracytu p = 0,6
λi – newtonowski współczynnik oporu frakcji i-tej,
Xi – udział wagowy frakcji i-tej,
di – średnica ziarna danej frakcji, m.
Współczynnik oporu λ wyznacza się na podstawie wzoru:
Re – liczba Reynoldsa wyznaczana ze wzoru
gdzie: v - prędkość filtracji,
d – średnica ziarna,
υ – lepkość kinematyczna wody, υ = 1,31ּ10-6 m2/s
Tabela 1. Straty ciśnienia w warstwie piasku.
m | - | m-1 | - | - | m-1 | |
0,00052 | 0,05 | 96,15 | 0,79 | 33,94 | 3263,24 | |
0,0006 | 0,05 | 83,33 | 0,92 | 29,67 | 2472,87 | |
0,0008 | 0,2 | 250,00 | 1,22 | 22,70 | 5676,14 | |
0,00105 | 0,3 | 285,71 | 1,60 | 17,68 | 5051,68 | |
0,0018 | 0,35 | 194,44 | 2,75 | 10,88 | 2116,14 | |
0,0038 | 0,05 | 13,16 | 5,80 | 5,72 | 75,29 | |
∑ | 1 | ∑ | 18655,37 |
$$h_{p} = 1,0 \bullet 0,178\frac{{(1,67 \bullet 10^{- 3})}^{2} \bullet 6}{9,81\left( 0,4 \right)^{4}}18655.37 = 0,32\ mH_{2}O$$
Tabela 2. Straty ciśnienia w warstwie antracytu
m | - | m-1 | - | - | m-1 | |
0,00066 | 0,05 | 75,76 | 1,01 | 27,15 | 2056,58 | |
0,00075 | 0,05 | 66,67 | 1,15 | 24,10 | 1606,90 | |
0,00098 | 0,2 | 204,08 | 1,50 | 18,83 | 3843,56 | |
0,0014 | 0,3 | 214,29 | 2,14 | 13,62 | 2918,69 | |
0,0022 | 0,35 | 159,09 | 3,36 | 9,12 | 1451,29 | |
0,0046 | 0,05 | 10,87 | 7,02 | 4,89 | 53,15 | |
∑ | 1 | ∑ | 11930,17 |
$$h_{a} = 0,3 \bullet 0,178\frac{{(1,67 \bullet 10^{- 3})}^{2} \bullet 7}{9,81({0,6)}^{4}}11930.17 = 0,01\ mH_{2}O$$
Straty ciśnienia podczas filtracji wynoszą:
hp + ha = 0, 32 + 0, 01 = 0, 33 mH2O
b) Straty hydrauliczne podczas płukania.
gdzie Heks – wysokość złoża w czasie ekspansji,
γzł – ciężar właściwy złoża ,
γ – ciężar właściwy wody,
p – porowatość złoża,
Ekspansja poszczególnych warstw złoża
Porowatość złoża podczas ekspansji:
gdzie v- prędkość płukania złoża, v=0,01m/s=36 m/h.
vs- prędkość swobodnego opadania ziarna.
Tabela 3. Ekspansja złoża i straty ciśnienia podczas płukania w warstwie piasku.
di | Xi | Vsi | Pexpi | 1-Pexpi | ||
---|---|---|---|---|---|---|
0,00052 | 0,05 | 0,13 | 0,08 | 0,57 | 0,43 | 0,12 |
0,0006 | 0,05 | 0,15 | 0,07 | 0,56 | 0,44 | 0,11 |
0,0008 | 0,20 | 0,17 | 0,06 | 0,54 | 0,46 | 0,44 |
0,00105 | 0,30 | 0,23 | 0,05 | 0,51 | 0,49 | 0,61 |
0,0018 | 0,35 | 0,27 | 0,04 | 0,49 | 0,51 | 0,69 |
0,0038 | 0,05 | 0,65 | 0,02 | 0,40 | 0,60 | 0,08 |
1,00 | Σ | 2,05 |
Hexp.p = 1, 0(1−0,4)2, 05 = 1, 23 m
$$h_{p} = 1,23\frac{2,65 - 1}{1}\left( 1 - 0,4 \right) = 1,22\ mH_{2}O$$
Tabela 4. Ekspansja złoża i straty ciśnienia podczas płukania w warstwie antracytu
antracyt | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
di | Xi | Vsi | Pexpi | 1-Pexpi |
|
cz. śr | cz. prędkości | pr. sed. | ||
0,00066 | 0,05 | 0,12 | 0,09 | 0,59 | 0,41 | 0,12 | 13,80 | 4,2 | 0,12 | |
0,00075 | 0,05 | 0,13 | 0,08 | 0,57 | 0,43 | 0,12 | 15,68 | 4,8 | 0,13 | |
0,00098 | 0,20 | 0,15 | 0,07 | 0,56 | 0,44 | 0,45 | 20,49 | 5,4 | 0,15 | |
0,0014 | 0,30 | 0,21 | 0,05 | 0,52 | 0,48 | 0,62 | 29,28 | 7,6 | 0,21 | |
0,0022 | 0,35 | 0,23 | 0,05 | 0,51 | 0,49 | 0,71 | 46,01 | 8,4 | 0,23 | |
0,0046 | 0,05 | 0,60 | 0,02 | 0,41 | 0,59 | 0,08 | 96,20 | 22 | 0,60 | |
1,00 | Σ | 2,11 |
Hexp.a = 0, 3(1−0,6)2, 11 = 0, 25 m
$$h_{a} = 0,25\frac{1,65 - 1}{1}\left( 1 - 0,6 \right) = 0,06mH_{2}O$$
Straty ciśnienia podczas płukania wynoszą:
h=hp+ha=1, 22 + 0, 06 = 1, 28 mH2O
Wysokość usytuowania koryta popłuczyn od warstwy podtrzymującej:
h=Hexp.p+Hexp.a+0, 05 = 1, 23 + 0, 25 + 0, 05 = 1, 53 m
Ekspansja:
Ekspansję dla piasku i antracytu obliczono ze wzoru
$$\mathbf{exp =}\left( \frac{\mathbf{H}_{\mathbf{\exp}}}{\mathbf{H}_{\mathbf{zl}}}\mathbf{- 1} \right)\mathbf{100\%}$$
- dla piasku
$$\exp_{p} = \left( \frac{1,23}{1,0} - 1 \right)100\% = 23,0\%$$
- dla antracytu
$$\exp_{a} = \left| \frac{0,25}{0,3} - 1 \right|100\% = 16.6,0\%$$
Zbiorniki wody czystej
5.1. Całkowita objętość zbiornika magazynującego czystą wodę
Założono 40 % Qd
Przyjęto 2 zbiorniki wody czystej.
5.2. Objętość pojedynczego zbiornika
Przyjęto wysokość każdego ze zbiorników
5.3. Powierzchnia pojedynczego zbiornika
5.4. Średnica pojedynczego zbiornika
Przyjęto średnicę każdego ze zbiorników równą Dzb rz= 31 m
5.5. Rzeczywista powierzchnia zbiornika
m2
5.6. Rzeczywista objętość zbiornika
6.Gospodarka ściekowo-osadowa
6.1 Ilość popłuczyn.
gdzie:
Vpł – objętość popłuczyn, m3,
q- intensywność płukania
npł – liczba płukań w dobie, Założono npł=1.
tpł – czas płukania, tpł = 15min= 900 s.
∑F- powierzchnia wszystkich filtrów, ∑F=115,2 m2
.
6.1.1.Objętość odstojnika.
gdzie:
Vpł- objętość popłuczyn,
Vos- objętość osadów.
Ilość osadów z 4 osadników wynosi 4 • 3 m3 co 12h.
Zatem dobowa ilość osadów przy
dwukrotnym odprowadzaniu z osadników wynosi:
Przyjęto 3 odstojniki, o objętości ok. 992 m3 i wymiarach: długość 16 m, szerokość 31 m, głębokość 2 m (zakres 2-3).
6.1.2.Objętość laguny:
gdzie:
V1- ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn
V2- ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku
t - czas eksploatacji laguny, t = 1 rok = 365 d
a – współczynnik zmniejszający objętość lagun ze względu na parowanie,
a =0,3(zakres 0,2-0,5)
6.1.3. Ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn
gdzie: u0 - uwodnienie początkowe, u0 = 99,9%,
u – uwodnienie końcowe, u = 96,0%,
6.1.4. Ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku do uwodnienia 96%
gdzie: u0 - uwodnienie początkowe, u0 = 99,6%,
u – uwodnienie końcowe, u = 96,0%,
Objętość laguny:
Przyjęto 2 laguny o V= 2880 m3 i wymiarach: długość 40 m, szerokość 24 m, głębokość 3 m (zakres 2-3m).
7. Dobór rurociągów
7.1Dopływ wody do ZUW.
zalecana prędkość (tab.11.1)
wydajność Q=22600 m3/d = 0,26 m3/s
Dobrano rurociąg: DN 400
7.2 Dopływ wody do mieszacza szybkiego
zalecana prędkość (tab.11.1)
wydajność Q=22600 m3/d = 0,26 m3/s
Dobrano rurociąg: DN 400
7.3Dopływ wody na filtry
Dopływ do galerii filtrów (odcinek A – 1):
Wydajność: Q = 0,26 m3/s,
Założona prędkość:
Dobrano rurociąg: DN 400
Odcinki: 1-1’, 2-2’, 3-3’, 4-4’, 5-5’, 6-6’ :
Q1 =
Założono, że
m
Dobrano rurociąg: DN 200
Odcinek 1-2:
Q1-2 =
Założono, że
Dobrano rurociąg: DN 400
Odcinek 2-3:
Q2-3 =
Założono, że
Dobrano rurociąg: DN 400x
Odcinek 3-4:
Q3-4 =
Założono, że
Dobrano rurociąg: DN 400
Odcinek 4-5:
Q4-5 =
Założono, że
m
Dobrano rurociąg: DN 350
Odcinek 5-6:
Q5-6 =
Założono, że
m
Dobrano rurociąg: DN 200
Dopływ wody płuczącej do filtra.
Założono, że
m
Dobrano rurociąg: DN 80
7.5 Odpływ popłuczyn w rurociągu.
Założono, że
Dobrano rurociąg: DN 350
8. Opis techniczny
Zaprojektowana stacja uzdatniania wody zapewnia dobową wydajność Q = 22600 m3/d. Woda pobierana jest z ujęcia z rzeki skąd grawitacyjnie dopływa do zbiornika wody surowej, z którego z kolei pompownia pierwszego stopnia pompuje ją na kolejne urządzenia.
Pierwszym urządzeniem w ciągu technologicznym oczyszczania wody jest komora szybkiego mieszania. Zaprojektowano ją z mieszaczem mechanicznym śmigłowym. Parametry tego urządzenia to:
Objętość komory szybkiego mieszania, V = 31,2 m3,
wysokość komory h = 3,5 m,
średnica komory 3,37 m
Następnie komora wolnego mieszania z mechanicznymi mieszadłami łopatkowymi
Objętość komory wolnego mieszania, V = 314 m3,
głębokość komory h = 3 m,
powierzchnia komory F = 105 m2
Następnymi urządzeniami są cztery osadniki poziome z komorą reakcji o następujących parametrach:
głębokość osadnika: H = 3 m,
długość L = 45 m
szerokość 6 m
powierzchnia rzeczywista osadnika: 270 m2
objętość jednego osadnika: V = 810 m3
objętość strefy osadów : V0 =3 m3
Zaprojektowano 6 filtrów płukanych wodą. Doprowadzenie wody płuczącej do filtru odbywa się drenażem grzybkowym niskooporowym, zaś prędkość płukania filtrów wynosi 0,0092 m3/s. Rzeczywista prędkość filtracji (przy wszystkich filtrach włączonych) wynosi 8,2 m/h
Oczyszczona woda gromadzona jest w dwóch zbiornikach wody czystej (każdy o średnicy D = 30,0 m).
Na terenie zakładu znajduje się chlorownia, która doprowadza wodę chlorową (dawka: 3,2 gCl2/m3) do rurociągu wody uzdatnionej w celu jej dezynfekcji. Powierzchnia magazynu chloru oraz chlorowni wynosi 30 m2.
Popłuczyny z filtrów kierowane są do dwoch odstojników o objętości 992 m3.
Wymiary odstojnika:
-głębokość: 2 m
-szerokość: 31 m
-długość: 16 m
Woda nadosadowa usuwana jest do kanalizacji. Osady z odstojników poddawane są dalszemu zagęszczeniu w lagunie. Zaprojektowano 2 laguny, każda o objętości 2880 m3.
Pracują one w cyklu 3-letnim.
Wymiary lagun:
głębokość: 3 m
szerokość: 24 m
długość: 40 m
Zagęszczone osady wywożone są na składowisko odpadów, a odseparowana woda odprowadzana jest do kanalizacji.
Zaprojektowano budynek chemiczny o wymiarach 16,5 x 10 m co daje w sumie powierzchnię 165 m2. Wielkość ta zapewnia optymalne warunki by pomieścić w niej niezbędne urządzenia o odpowiedniej kubaturze w zaprojektowanym ciągu technologicznym oczyszczania wody jak i miejsce na składowanie koagulantów glinu i wapna, a także swobodne warunki do komunikacji wewnątrz budynku. W budynku tym znajdować się będzie również komora szybkiego mieszania.
Przyjęto rurociągi o następujących średnicach:
dla wody dopływającej do ZOW: Ø 400
dla wody dopływającej do komory szybkiego mieszania: Ø 400
dla komory wolnego mieszania Ø 400
dla wody dopływającej do osadników: Ø 400
dla wody dopływającej do poszczególnych osadników: Ø 250
dla wody odpływającej z osadników poziomych: Ø 350, Ø 500, Ø 600, Ø 600
odpływ osadu z osadnika poziomego: Ø 200
dla wody dopływającej na filtry: Ø 400
dla odprowadzanego filtratu: Ø 400, Ø 400, Ø 400, Ø 350, Ø 200;
dla wody płuczącej dopływającej: Ø 80;
dla odpływu popłuczyn: Ø 350;
dla wody czystej w sieci wodociągowej: Ø 50.