Parametry wyjściowe do projektowanie:

Wydajność stacji Q = 800 [m³/d]
Zasadowość Zm = 2,5 [mval/dm³]
Odczyn pH=6,7
Zawartość żelaza Fe^2+ = 3,6 [mg/dm³]
Ekspansja złoza e = 25 [%]
Czas pracy stacji T = 16 [h/d]

Charakterystyka przesiewu:

wymiary oczek sita [mm]	0,2	0,3	0,4	0,5	0,65	0,75	0,85	0,9	1,1	1,2	1,4
pozostałości na sicie [%]	5	7	14	16	22	18	11	4	2	1	0

Odkwaszanie wody.

CO₂ wolny = CO₂ agresywny + CO₂ przynależny

Dobór reagenta.

Wybrano jako reagent CaO

CaO + 2 CO₂ + H₂O → Ca (HCO₃)₂

MCaCO₃  =  100 g/mol

MCO₂  =  44 g/mol

M CaO  =  56g/mol

MCa(HCO3)2  =  162 g/mol

$${\text{gR}\text{CaCO}\ }_{3} = \ \frac{100}{2} = 50\ mg/\text{dm}^{3} = 50mval/\text{dm}^{3}$$

z bilansu wynika:

wolny CO2  =  55 g/m3

przynalezny CO2  =  4, 5 g/m3

CO2 agresywny  =  CO2 wolny  −  CO2 przynalezny

CO2 agresywny  =  55 g/m3  −  4, 5 g/m3  =  50,  5 g/m3

Dawka CaO

MCaCO₃ 100 g— 2x MCO₂ =2x 44 g

x g CaCO₃ — 50,5 g CO₂

x = 57,38 g CaCO₃

Zasadowość wody po odkwaszaniu

Zm2  =  Zm1  +  ΔZ

Zm₂ – zasadowość wody po odkwaszaniu

Zm₁- zasadowość wody przed odkwaszaniem

ΔZ – zmiana zasadowości wody

$$\Delta Z\ = \ \frac{57,38}{28} = \ 2,049\ = \ 2,05$$

Zm2  =  2, 5  +  2, 05  =  4, 55 mval/dm3

Nowe pH

4, 55  ×  50  =  227, 5 g/dm3

Z wykresu równowagi węglanowo – wapniowej odczytano nowe pH

pH=7,3

Założenie stężenie reagenta.

S – stężenie reagenta

Wybieramy z przedziału: 5÷10%

Wybrano: S=7%

Ładunek reagenta.

Lr  =  D  ×  Q

Łr – ładunek reagenta [g/h]

D – dawka raegenta [g/m³]

Q– wydajność stacji [m³/h]

T – czas pracy stacji [ h/doba]

$$Lr = 57,38\ \times \ \frac{800}{16}\ = \ 2869\ \frac{g}{h}\ $$

Wydajność pompy.

$$Wp\ = \ \frac{Lr}{S}\ \times \ 0,1$$

Wp – wydajność pompy [dm/h]

Łr – ładunek reagenta [g/h]

S – stezenie reagenta [g]

$$Wp\ = \ \frac{2869}{7}\ \times 0,1\ = \ 40,985\ dm3/h$$

Objetośc dobowa reagenta

Vr  =  Wp  ×  T

Vr – objętość dobowa reagenta [dm³/doba]

Wp – wydajność pompy [dm³/doba]

T – czas pracy stacji [ h/doba]

Vr  =  40, 985  ×  16  =  655, 77 dm3/doba

Zbiornik reagenta.

Zb  =  Vr  ×  1, 3 

Zb – zbiornik reagenta [dm³]

Vr – objętość dobowa reagenta [dm³/doba]

Zb  =  655, 77  ×  1, 3  =  852,  501 dm3

Charakterystyka złoża filtracyjnego.

Złoze: piasek kwarcowy

ςw=2,65 g/cm³ – gestość właściwa piasku kwarcowego

ςp=1,69 g/cm³ – gestość pozorna piasku kwarcowego

współczynnik różnorodności

WR – współczynnik różnorodności

$$WR = \ \frac{d60}{d10}$$

Średnia efektywność

de – średnia efektywność

$\frac{1}{\text{de}} = \Sigma\frac{\text{xi}}{\text{di}}$

$\frac{1}{\text{de}} = \Sigma\frac{\text{xi}}{\text{di}} = 0,0582$

Sferyczność

Sf=0,85

$$\alpha = \frac{1}{\text{Sf}}$$

$$\alpha = \frac{1}{0,85} = 1,17$$

Porowatość

$$Mo = \ \frac{\text{Vp}}{Vzl\ }$$

Mo – porowatość

Vp – objętość przestrzeni porowatych

Vzł – objętość całego złoża

$\text{Mo} = \frac{\varsigma w - \varsigma p}{\text{ςw}}$

$\text{Mo} = \frac{2,65 - 1,69}{2,65} = 0,36$

Intensywnośc płukania filtrów

q – intensywność płukania [m³/m²h]

q=15÷60 m³/m²h

$${q = 265\left( \frac{\varsigma w - \ \varsigma H_{2}O}{\ \varsigma H_{2}O} \right)}^{0,77} \times \frac{\text{de}^{1,31}}{\alpha^{1,31} \times \nu^{0,54}} \times f\left( e,\text{Mo} \right)$$

$$f\left( e,Mo \right) = \frac{{(e + \ Mo)}^{2,31}}{{(1 - Mo)}^{0,54} \times {(1 + e)}^{1,77}}$$

ςw – gestość właściwa złoża

ςH₂O – gęstość wody

ν – lepkośc kinematyczna wody

α – odwrotność sferyczności

de – średnia efektywność

e – ekspansja złoża

Mo-porowatość

Dobór filtrów piaskowych.

Wymagana powierzchnia filtrów.

$$For = \frac{Q}{\text{Vop}\left( T - nt_{1} \right) - nt_{2}q}$$

For – wymagana powierzchnia orientacyjna [m²]

Vop – prędkość optymalna 7÷12 m/h

t₁-czas wyłączenia filtrów 20÷30 min.

t₂-czas płukania filtrów 5÷10 min.

n –zalecana częstotliwość wzruszania złoża (1,1/2,1/3) [d^-1]

$$For = \frac{800}{10 \times \left( 16 - 1 \times \frac{1}{2} \right) - 1 \times \frac{1}{6} \times 22} = 5,28\ $$

z katalogu dobrano filtry pośpieszne zamknięte pionowo typu II ø 1000- ø 2400

Nr. katalogowy	Pow. filtracyjna	V	Dz.	H	h	h1	h2	d2n	orientacyjna wydajność	waga
m^3	m^3	mm	m^3/h	kg
15	1,91	5,1	1620	3655	2000	1155	450	125	19,1	1830

Powierzchnia rzeczywista filtracji

Frz = 1, 91 × 3 = 5, 73 m²

Prędkość w warunkach przeciążenia

$$Vp = \frac{N}{N - N_{1}} \times Vrz$$

Vp – prędkość w warunkach przeciążenia ≤18 m/h

Vrz - prędkość rzeczywista

N – liczba filtrów

N₁-liczba wyłączonych filtrów w danym momencie

Wysokość czynna filtra

hcz = hp + hf(1 + e)

h=2000

hp=20cm=0,2m

hf=100cm=1m

$$hcz = 20 + 100\left( 1 + \frac{1}{4} \right) = 145cm = 1450mm$$

Orientacyjna długość cyklu filtracyjnego

$$Tc = \frac{P_{\text{Fe}}}{Cp \times Vrz}$$

P_Fe – pojemność złoża ma zatrzymanie wodorotlenku żelaza = 2400 g/m²

Cp – stężenie procentowe związku Fe

$$Tc = \frac{2400}{3,6 \times 10,25} = 65,04$$

Drenaż

Drenaż niskooporowy, płytkowy

Zagęszczenie grzybków w płycie drenażowej n_g=60÷100 sztuk/m² powierzchni filtracyjnej

jeden grzybek posiada 24 szczeliny na obwodzie

wymiary jednego grzybka:

24 × 10mm × 0, 7mm = f₁

f₁-powierzchnia szczelin jednego grzybka

f₁ = 24 × 10 × 0, 7 = 168mm² = 0, 000168m²

Liczba grzybków

Ng = n_g × F₁ [sztuki]

F₁-powierzchnia filtra

Ng = 65 × 1, 91 = 124, 15 = 125

Całkowita powierzchnia wypływu wody

f = Ng × f₁ [m²]

f - całkowita powierzchnia wypływu wody

$$0,8\% \leq \frac{f}{F_{1}} \times 100\% \leq 1,2\%$$

f = 125 × 0, 000168 = 0, 021 m²

$$\frac{f}{F_{1}} \times 100\% = \frac{0,021}{1,91} \times 100\% = 1,09\%$$

Prędkość wypływu wody przez szczeliny