PROJEKT PRZEJŚCIOWY
Z UZDATNIANIA WODY POWIERZCHNIOWEJ
Charakterystyka fizyko-chemiczna i bakteriologiczna wody surowej:
Temperatura max 180C
Temperatura min 10C
Barwa: 29-36 mg Pt/l
pH: 8,2
Zawiesina og.: 69 mg/l
Żelazo: 0,1 mg Fe/l
Chlorki: 100 mg Cl-/l
Miano Coli:50 0,001ml
Mętność: 66,2-72 NTU
Utlenialność: 2,8 mg/l
Mangan: 0,0 mg Mn/l
Zasadowość 290 mg CaCO3/l
Epichlorohydryna 0,2 μg/l
Chlorki 100 mg Cl/l
Subst. Rozp 240 mg/l
1.Wyznaczenie układu technologicznego
Dla usunięcia zanieczyszczeń zaprojektowano układ technologiczny realizujacy sekwencję procesów:
koagulacji
flokulacji
sedymentacji
filtracji
dezynfekcji końcowej
Do procesu koagulacji zaprojektowano użycie koagulanta PAX -XL 60.Jest to wodny roztwór polichlorku glinu.
2. Obliczenia technologiczne
2.1. Obliczenie indeksu mętności:
Im =
gdzie:
Z - zawiesina = 69 [mg/l], dla Cmax;
M - mętność = 72 [NTU], dla Cmax dla Cmax tj. ok. 144 mg SiO2/dm3
Z - zawiesina = 65 [mg/l], dla C90%;
M - mętność = 66,2 [NTU], dla C90% dla C90% tj. ok. 132,4 mg SiO2/dm3
zawiesina drobna
zawiesina drobna
2.2. Obliczenie dawki koagulanta
2.2.1 Koagulant:
Jako koagulant stosujemy polichlorek glinowy PAX - XL60 - wodny roztwór polichlorku glinu.
Dla mętności:
MĘTNOŚĆ |
[NTU] |
20 |
30 |
40 |
50 |
100 |
200 |
DAWKA |
[mgAl/l] |
2,0 |
2,5 |
2,8 |
3,0 |
3,5 |
5,0 |
Dla mętności 72 NTU przyjęto następującą dawkę koagulanta:
D(M=72[NTU])= 3,2 [mgAl/l ]
Przeliczamy dawkę w glinie na dawkę w PAX-ie:
D= 3 [mg Al./l] = 32,5 [ml PAX/m3]
Dla barwy:
BARWA |
[mgPt/l] |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
130 |
200 |
DAWKA |
[mgAl/l] |
1,2 |
2,0 |
5,0 |
6,5 |
8,0 |
10,5 |
16,0 |
Zgodnie z powyższą tabelką, przyjmuję następującą dawkę koagulanta:
D(B = 36 [mg Pt/l]) = 1,8 [mgAl/l]
Przeliczamy dawkę w glinie na dawkę w PAX-ie
D= 1,8 [mg Al./l] = 18,3 [ml PAX/m3]
Otrzymano następujace dawki
B (D= 18,3 [ml PAX/m3])
M( D= 32,5 [ml PAX/m3])
Przyjmujemy dawkę
D= 32,5 [ml PAX/m3]
2.2.2 Magazynowanie koagulanta
Projektuje się dwa zbiorniki do magazynowania PAX o łącznym czasie przechowywania 30 dni. Zbiornik projektujemy na wartość C90%.
B = 29 [mgPt/l]
D = 1,6 [mgAl/l]
M = 66,2 [NTU]
D = 3,2 [mgAl/l]
Dla D = 3,2 [mgAl/l]
D = 32,5 [ml PAX/m3]
Dobowe zużycie PAX
Qd = 22800 m3/d
Qh = Qd/ 24 = 22800/24 = 950 [m3/h] = 0,264[m3/s]
Zd - zużycie dobowe PAXu (D = 32,5 [ml PAX/m3])
Projekt magazynowania
Projektuje się dwa zbiorniki do magazynowania PAX o łącznym czasie przechowywania 30 dni. Zbiornik projektujemy na wartość C90%.
2 zb. → τ = 30 dni
Dla Vśr zb = 11,1 dobrano zbiornik Metalchem Plasticon o pojemności V= 12,5 m3
Typ - 160 A-C 12,5 A
Długość L = 6650 mm
Wysokość H = 320 mm
Średnica wewnętrzna Dw = 1600 mm
2.2.3 Dobór pomp dawkujących
Pompę dobieramy na pmax
Qmaxp = Qh= (741 l/d ) :24 h = 30,875
Q
=
l/h
Z katalogu dobrano pompę o następujących parametrach:
ProMinent Pompa Meta MTK; typ 04033 o wydajności 34,9 l/h
2.2.4 Sprawdzenie spadku zasadowości
Zas = 290 mg CaCO3 /l
Spadek zasadowości wynosi 5,6 [mg CaCO3/mgAl].
tzn., że spadek przy dawce 3,2 [mgAl/l], wyniesie 3,2∙5,6 = 17,92 [g CaCO3].
Zasadowość po koagulacji:
Zpk =290 - 17,92 = 272,08 [mg CaCO3/l]
Z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej dla pH = 8,2 wynika, że woda po koagulacji znajduje się w strefie wód nie korozyjnych.
3. Wymiarowanie komór szybkiego mieszania
3.1 Objętość komór
Przyjmujemy układ komór jak na szkicu:
Zakładamy, że w czasie awarii jednej z komór, druga przejmie jej funkcję, zapewniając zalecany czas zatrzymania t = 60 sekund
Sumaryczna objętość komór wyniesie:
gdzie: tKSM = 60 [s]
Q = 22800 [m3/d] = 950[m3/h] = 0,264 [m3/s]
ΣVksM = 60 * 0,264 m3/s = 15,84 m3
Przyjmujemy ,że wykonane będą dwie komory szybkiego mieszania zatem:
nKSM = 2
Objętość pojedynczej komory wyniesie:
VKSM = ΣVksM / nKSM = 15,84/ 2 = 7,92 m3
3.2. Wymiary komór
Zakładamy, że komora szybkiego mieszania ma kształt walca, w którym centralnie umieszczono mieszadło na pionowym wale.
Zakładamy, że komora ma głębokość czynną zbliżoną do średnicy czyli:
HKSM ≈ DKSM
Z zależności:
Obliczamy:
Wymiary zaokrąglamy do 5 cm, przyjmujemy zatem D = 2,2 [m], a głębokość czynna jest równa średnicy czyli H = 2,2 [m].
Rzeczywista objętość komory wyniesie:
Różnica pomiędzy VKSM a V wynosi 5,5 %.
3.3. Szkic wymiarowy
3.4. Elementy składowe komory szybkiego mieszania
3.4.1. Koryto obwodowe
Założenia:
- bk ≈ hk, ale bk ≥ 0,3 [m];
- prędkość wody w korycie vk = 0,5 ÷ 0,7 [m/s] - wybieram v = 0,6 [m/s];
- koryto wymiarujemy na przypadek całości przepływu przez jedną komorę szybkiego mieszania.
Powierzchnia przekroju poprzecznego koryta:
Ponieważ bk ≈ hk zatem:
bk = hk =
Przyjmuje bk = 0,5 [m], zatem hk =0,44 [m].
3.4.2. Otwory przelewowe
Otwory przelewowe ∅ = od 0,06 do 0,2 [m];
Prędkość wody w otworze v0 = 1,0 [m/s];
do obliczeń przyjęto :
∅ = 0,1 [m]
Sumaryczna powierzchnia otworów w jednej komorze
ilość otworów
odległości pomiędzy osiami otworów
Sprawdzenie poprawności obliczeń: e > 1,5∙∅
0,4 > 1,5∙0,1
0,4 > 0,15
Warunek został spełniony.
Otwory są zatopione - minimalna odległość pomiędzy zwierciadłem wody a styczną do górnej krawędzi otworów wynosi min 1.0∙∅ = 0,1 [m].
3.4.3. Przewody doprowadzające
średnice przewodów wyznaczymy z zależności
W przewodach doprowadzających i odprowadzających przyjmujemy prędkość w zakresie 0,8÷1,2 [m/s] - przyjmuję 1,0 [m/s].
Obliczenia prowadzimy dla:
- przewodu głównego (Q) - D = 500 [mm];
przewodu do pojedynczej komory (Q/2) - D = 350 [mm];
ddop=
z pompowni
ddop,odp=
m - doprowadzenie i odprowadzenie z KSM
Sprawdzenie poprawności obliczeń:
bk > D1Q
bo 0,47 > 0,28
3.4.4. Dobór mieszadła
Dla V= 7,92 m3 dobrano mieszadło typu VRE 3040-200
Ø D = 1000 mm
Ht = 2150 mm
3.4.5. Dobór armatury
Z katalogu dobrano armaturę:
Dobrano zasuwy QUART 2000 na rurociągach:
rurociąg dop. (Z1): ddop =500 mm ,H = 1070 mm , L =700 mm , D0= 715 mm
rurociąg dop. i odp. (Z2): ddop,odp =400 mm , H = 880 mm , L =600 mm , D0 =580 mm
4. Komory flokulacji
4.1. Objętość komór flokulacji
Przyjmujemy układ komór jak na szkicu:
Parametry projektowe komór flokulacji:
τKF = od 15 do 45 minut
τawarii = od 15 do 45 minut
głębokość: 2 ÷ 4,5 m
kształt pojedynczej komory w rzucie jest kwadratowy (BKF = LKF)
proporcja głębokości do długości boku H:B = od 0,8 do 1,2
a)sumaryczna objętość komór flokulacji
Sumaryczna objętość komór wyniesie:
m3/s
Dla τKF = 20 minut:
= 316,8 m 3 ≅ 317
Przyjmuję liczbę komór flokulacji: nKF = 4
b)Objętość pojedynczej komory wyniesie
V
=
m3
4.2. Wymiary komór
Zakładam , że komora flokulacji ma kształt prostopadłościanu w którym umieszczono mieszadło na pionowym wale.
Zakładamy, że komora ma głębokość czynną HKF = 4,0 m
Z zależności pomiędzy objętością komory a powierzchnią rzutu obliczymy:
F
=
m2
Zakładam, że BKFj = LKFj
m
Przyjmuję: B = L = 4,5 m
Obliczenie sprawdzające:
VKF(rzecz) = B × L × H = 4,5 × 4,5 × 4,0 = 81 m3
H:B:L = 4,5:4,5:4
Obliczenie sprawdzające pracę komór w warunkach awarii:
=
min
Przyjęty układ zapewnia prawidłową pracę także w warunkach awarii.
Obliczenia dodatkowe
Prędkości w przewodach doprowadzających i odprowadzających
m/s
obliczenie prędkości w przewodach doprowadzających KF
Średnice przewodów wyznaczamy z zależności jak dla komór szybkiego mieszania.
W przewodach doprowadzających do komór flokulacji przyjmujemy prędkości w zakresie 0,8÷1,2 [m/s] - przyjęto 1,0 [m/s];
W przewodach doprowadzających bezpośrednio do komór przyjmujemy prędkość w zakresie 0,6÷0,8 [m/s] - przyjęto 0,8 [m/s];
W przewodach odprowadzających przyjmujemy prędkość w zakresie
0,2÷0,3 [m/s] - przyjęto 0,3 [m/s];
Średnice doprowadzające wodę do komór flokulacji
Q całkowite =0,264 m3/s
Odcinek rurociągu |
Qrz [m3/s] |
Średnica obliczona d [mm] |
Średnica dobrana d' [mm] |
Prędkość przyjęta V [m/s] |
Prędkość rzeczywista Vrz [m/s] |
Przewód doprowadzający do KF - d1 |
Q/2= 0,132 |
390 |
400 |
1,1 |
1,05 |
Przewód doprowadzający do KF - d4 |
1/4 Q =0,065 |
280 |
300 |
1,0 |
0,93 |
Średnice przewodów odprowadzających:
Odcinek rurociągu |
Qrz [m3/s] |
Średnica obliczona d' [mm] |
Średnica dobrana d'' [mm] |
Prędkość przyjęta V [m/s] |
Prędkość rzeczywista Vrz [m/s] |
Przewód wyprowadzający od KF - d'1=d5 |
Q/4=0,065 |
530 |
550 |
0,3 |
0,27 |
Przewód wyprowadzający od KF - d'4 |
Q/2= 0,132 |
748 |
750 |
0,3 |
0,29 |
Mieszadło
Z katalogu dobrano mieszadło typoszeregu FRE 2500
Parametry mieszadła: średnica DM= 2500 mm
wysokość HT = 3640 mm
Armatura
Z katalogu dobrano armaturę:
Dobrano zasuwy (nr kat.111/N) na rurociągach:
rurociąg dop. (Z3): ddop =300 mm , H = 1011 mm , L =270 mm , D0= 400 mm
rurociąg odp. (Z1): dodp =550 mm , H = 1380 mm , L =350 mm , D0 =620 mm
Komora flokulacji - szkic wymiarowy
5. Osadnik pokoagulacyjny
dane:
Q=22800 m3/d = 950 [m3/h]
Dk = 32,5 [ml PAX/ m3]
5.1. Długość osadnika
gdzie: α - wskaźnik zapasu > 1 ⇒ obliczono i przyjęto α = 1,5
H - średnia głębokość części przepływowej osadnika (2 ÷ 4) m ⇒ H = 3 m
u - prędkość opadania zawiesin [m/s] - dla Z = 27 g/m3 ⇒ u = 0,45 mm/s
V - pozioma prędkość przepływy wody w osadniku mm/s
V = k ∗ u
L/H = 15 - wydłużenie ⇒ stąd k = 10
Zatem pozioma prędkość przepływu:
V = 10 ∗ 0,45 = 4,5 mm/s
Współczynnik zapasu wynosi :
Przyjmując średnią głębokość osadnika H = 3 m długość osadnika wyznaczam z zależności
L =
5.2.Powierzchnia osadników w rzucie
m2
gdzie: α = 1,5
Q = 950 m3/h
u = 0,45 [mm/s]
F=
≈880 m2
5.3.Szerokość osadnika
Sumaryczna szerokość wszystkich osadników:
m
Przyjmuję 4 osadniki o szerokości każdego z nich wynoszącej Bi = 5 m
5.4. Wysokość osadnika
HC = H + hk + ho - wysokość całkowita
gdzie: H =3,0 m - średnia wysokość części przepływowej
hk = (0,3 ÷ 0,5) m ⇒ hk = 0,4 m - wysokość wzniesienia osadnika ponad zwierciadło wody
ho = (0,4 ÷ 0,7) m ⇒ ho = 0,6 m - wysokość części osadnika przeznaczonej na osad
HC = 3,0 + 0,4 + 0,6 = 4,0 m
Spadek dna osadnika w kierunku do wlotu wody do osadnika wynosi: i = 2 %
Zatem:
całkowita wysokość osadnika przy wlocie wyniesie:
H
'=
całkowita wysokość osadnika przy wylocie wyniesie:
5.5. Sprawdzenie wartości liczb kryterialnych
Liczba Reynoldsa
gdzie: V = 4,5 [mm/s] = 4,5 ∗10-3 m/s
ν - kinematyczny współczynnik lepkości wody - dla t = 0 0C ⇒ ν = 1,78 ×10-6 m2/s
Rh - promień hydrauliczny [m]
R
=
zatem:
R
=
< 12500 ⇒ ruch przejściowy
Liczba Froude'a
F
=
> 10-6 ⇒ ruch stabilny
5.6. Doprowadzenie wody do osadnika
W celu zapewnienia równomiernego rozprowadzania wody w poprzecznym przekroju osadnika oraz dla wyeliminowania w możliwie największym stopniu zawirowań i martwych przestrzeni projektuję dopływ wody przez przegrodę perforowaną. Zaleca się, żeby otwory umieszczone były na wysokości 0,75 HC' = 3,4 m licząc od zwierciadła wody.
wymagana powierzchnia otworów
m2
gdzie: Q = 950 m3/h
n = 4
VO = (0,12 ÷ 0,24) ⇒ VO = 0,2 m/s - prędkość przepływu wody przez otwór
m2
Przyjmuję średnicę otworu do = (0,05 ÷ 0,10) m ⇒ d = 0,1 m
Powierzchnia pojedynczego otworu:
m2
liczba otworów
n
=
otworów
Przyjmuję no = 40 otwory, które zostały rozmieszczone:
Lk = 10 - liczba kolumn
Lrz = 4 - liczba rzędów
Odległość między otworami w poziomie:
e'= e
=
m
Odległość między otworami w pionie:
e”= e
=
m
5.7. Odprowadzenie wody z osadnika
Do odprowadzenia wody uzdatnionej z osadników zastosowano koryta zbiorcze umieszczone w poprzek osadnika. Dopływ do koryt odbywa się przez przelew Thomsona. Obciążenie krawędzi przelewu nie powinno przekraczać qk = 30 m3/h×m.
wymagana długość koryt przelewowych w jednym osadniku:
l
=
m
Przy szerokości osadnika B = 5 m przyjęto jedno koryto zasilane dwustronnie. Rzeczywista długość koryt przelewowych wynosi 10 m.
rzeczywiste obciążenie krawędzi przelewowych wyniesie:
q
=
m3/h×m
Warunek został spełniony:
qk = 23,75 m3/h×m < qdop = 30 m3/h×m
Odległość między korytami:
a = 0,7H = 0,7*3 = 2,1m
Koryta są wyposażone w przelewy pilaste.
5.8. Obliczenie koryt zbiorczych
Przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu:
m2
gdzie: Vk = 0,6 m/s - założona prędkość przepływu
f
=
m2
Przyjęto wymiary koryt:
- dla koryt zasilanych dwustronnie
szerokość 0,40 m
wysokość czynna 0,275 m
wysokość całkowita 0,38 m
5.9. Obliczenie komory osadowej
Objętość zatrzymanego osadu:
m3
gdzie: T = (8 ÷ 24) h ⇒ T = 8 h - czas, w którym osad jest gromadzony w komorze
Co = 10 g/m3
Cp - koncentracja zawiesin w wodzie doprowadzonej do osadnika z uwzględnieniem zawiesin dostających się do wody w wyniku koagulacji g/m3
Cp = Z + 3,6 × Dk + 0,25 × B + 0,6 × Dw g/m3
gdzie: Z = 69 g/m3 - zawiesina
Dkmax = D = 32,5 mg PAX/m3- dawka koagulanta
Dw = 0 - dawka wapnia
Bmax = 36 mg Pt/l - barwa
Cp = 69 + 3,6 × 32,5 + 0,25 × 36 + 0,6 × 0 = 195 g/m3
Przy Cp = 195 g/m3 i założonym czasie zagęszczania T = 12 h z tablic odczytano wartość
COS = 27000 g/m3
V
=
m3
Ze względów konstrukcyjnych przyjęto komorę osadową o kształcie ostrosłupa ściętego prawidłowego czworokątnego o następujących wymiarach:
wymiar podstawy górnej B = 5 m
podstawa dolna kwadratowa o boku b = 0,5 m
kąt nachylenia krawędzi bocznej komory osadowej względem poziomu α = 50O
Wysokość komory osadowej:
h
=
m
Objętość komory osadowej:
m3
Ponieważ objętość komory osadowej przekracza objętość osadu zatrzymywanego w ciągu 8 h to rzeczywisty czas zagęszczania wyniesie:
T ` =T
h
Różnica T' oraz T < 15%T
Armatura
Z katalogu dobrano armaturę:
Dobrano zasuwy (nr kat.111/N) na rurociągach:
rurociąg dop. (Z4): ddop =600 mm , H = 1548 mm , L =390 mm , D0= 725 mm
rurociąg odp. (Z5): dodp =350 mm , H = 1121 mm , L =290 mm , D0 =460 mm
6.Projektowanie filtrów pospiesznych otwartych
6.1. Charakterystyka złoża filtracyjnego
minimalna średnica ziaren d min = 0,5mm
maksymalna średnica ziaren d max= 1,25 mm
współczynnik nierównomierności uziarnienia MR =
= 1,6
wysokość złoża przyjęto H= 0,2 m
warstwa podtrzymująca żwirowa o wysokości 0,4 m o następującym uziarnieniu
żwir o średnicy 25 mm- grubość warstwy 0,1 m
frakcja 12mm - grubość warstwy 0,1m
frakcja 6 mm - grubość warstwy 0,1 m
frakcja 3 mm- grubość warstwy 0,1 m
6.2. Obliczenie powierzchni liczby filtrów
Całkowita wymagana powierzchnia filtrów:
F=
gdzie:
Vf - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] ( przy normalnym obciążeniu filtrów)
T - nominalny czas pracy filtrów w ciągu doby [h/d]
t1 - średni czas wyłączenia filtra z efektywnego działania w związku z jego płukaniem[h]
t2 - średni czas płukania filtra [h]
n - liczba płukań każdego filtra na dobę [d-1]
q - intensywność płukania wodą filtra ustalana dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [dm3/sm2]
Przyjęto wielkości do projektu:
Q= 22800 m3/d
Vf = 6,5 m/h
T= 24 h
t1 = 15 min = 0,25 h
t2 = 6 min = 0,1 h
q = 10 [dm3/sm2]
F=
= 151 m2
F= 151 m2- całkowita powierzchnia filtrów
Uwzględniając zalecenia dotyczące powierzchni ( filtra pojedynczego= nie więcej niż 40 m2) oraz liczby filtrów( nie mniej niż 4 szt.) przyjęto N= 4 filtrów
powierzchnia pojedynczego filtra
f1= F/N = 151/4 = 37,8 m2
-wymiary pojedynczego filtra :Bf = 5m -szerokość filtra, Lf = 8m - długość filtra
sumaryczna powierzchnia wszystkich filtrów ∑ F = N * Bf * Lf =160 m2
rzeczywista średnia prędkość filtracji vf(rzecz) = Q / (∑F*24) = 5,6 m/h
Zakładając ,że po płukaniu poddawany jest tylko jeden filtr , prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów wyniesie:
Vfp = Vf(rzecz)
= 5,6* 4/3 = 7,4 m/h
Wartość Vfp = 7,2 m/h jest zgodna z zaleceniem : Vfp = 5,5- 7,5 m/h
Ostatecznie przyjęto filtry o wymiarach B = 5m-szerokość , L= 8 m długość
6.3. Drenaż filtrów
Zaprojektowano drenaż płytowy z dyszami do płukania wodno -powietrznego. Czasza dyszy posiada 36 szczelin o wymiarach 0,8 cm x 1 mm co daję łączną powierzchnię szczelin:
fd = 288 *10-6 m2
sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach
Fd = F
[m2]
Gdzie:
F- powierzchnia jednego filtra F=40 m2
p- stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtra, przyjęto p = 1,2%
Fd =40 *0,012= 0,48 m2
liczba dysz wymagana
n =
=
= 1667 sztuki
Rozmieszczenie dysz : mając na uwadze względy konstrukcyjne przyjęto 40 płyt o powierzchni 0,97 m2 każda i o wymiarach 98,4 x 98,4 cm . W każdej płycie umieszczono 49 dysz .Rozstaw w osiach 16,4 cm . Łączna liczba dysz rzeczywista :
n1 = 40* 49 = 1960 sztuk
6.4.Zapas wody do płukania
Przyjęto intensywność płukania qpł = 10 [l/s m2]
Założona maksymalna wartość ekspansji = 20 % , co przy jednostkowej powierzchni filtra F=40 m2 daje ilość wody niezbędnej do płukania:
Qwpł = F * qpł = 40 *10 = 400 [l/s]= 24[ m3/min]
Co przy założeniu zalecanego czasu płukania t2 = 6 min daje
Vpł = Qwpł * t2 = 24 * 6 = 144 [m3]
Pojemność rezerwowa na wodę do płukania filtrów powinna wystarczać na 1,5 - 2 płukań.
Przyjęto 2 płukania
Vzbpł = 2* 144 = 288 [m3]
O taką wielkość należy powiększyć pojemność zbiornika na wodę czystą, z tego bowiem zbiornika pompy pobierać będą wodę do płukania .
6.5.Płukanie powietrzem
Założono intensywność płukania powietrzem qp = 20[ l/s m2]
Ilość powietrza do płukania:
Qp = qp * F * 3,6= 20 * 40* 3,6= 2880 [m3/h]
Straty ciśnienia powietrza na rurociągu dopływowym, w drenażu rozdzielczym, w otworach, na przepływie powietrza przez warstwę filtracyjną wynoszą około 0,2 m H2O
6.6. Koryta zbiorcze
Zaprojektowano koryta zbiorcze o przekroju złożowym : w górnej części o ścianach pionowych , a w dolnej części o kształcie trójkąta. Przyjęto nk= 2 koryta zbiorcze w odległości między osiami 2,2 m. Koryta zbiorcze mają spadek dna w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wody po płukaniu wynoszący 2% . Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości :
qk = qpł / nk = 0,4/2 = 0,2 m3/s = 200 dm3/s
Do określenia wymiarów koryt zbiorczych skorzystano z nomogramu. Wartość parametru pomocniczego x wynosi x = 29 cm
szerokość koryta zbiorczego B= 2x = 0,58 m
wysokość prostokątnej części koryta hp = 1,5x= 0,44 m
całkowita wysokość koryta hk =2,5x = 0,73 m
Minimalne wzniesienie krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego. Przyjmując projektowaną ekspansję e = 20% i wysokość warstwy filtracyjnej H = 0,7 m:
∆hk=
+ 0,25 =
+0,25 = 0,4
Wysokość warstwy wody nad krawędzią koryt;
na początku cyklu : 0,5 m
na końcu cyklu :1,5 m
6.7. Kanał zbiorczy
Do zbiornika wody po płukaniu z wszystkich koryt przewidziano kanał zbiorczy umieszczony po stronie galerii rur . Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości Bkz = 0,7 m, głębokość tego kanału mierzona od dna koryta wynosi :
Hkz≥0,8
+ 0,2 [m], tj. Hkz = 0,8
+ 0,2 = 0,75 [m]
6.8. Prędkości wody w rurociągach
Rurociąg wody doprowadzonej do filtra
Q = 0,264 m3/s , v = 1 m/s
Do 1 i 2 filtra
Średnica rurociągu: d =
= 0,579m
≈0,6 m
Sprawdzenie; v =
= 0,93 m/s-prędkość mieści się w zalecanym przedziale
Do 3 filtra : v = 1,1 m/s
Średnica rurociągu: d =
= 0,451 ≈ 0,5m
Spr. v = 0,89 m/s
D0 4 filtra : v = 1,2 m/s
Średnica rurociągu: d =
= 0,300 m ≈0,3 m
Spr. v = 1,14 m/s
Dla rurociągu wody przefiltrowanej przyjęto te same średnice rurociągów z tym że rozstaw jest na odwrót.
Rurociąg do powietrza
v= 16 m/s , Q = 0,264m3/s
d=
=
= 0,144=0,15 m
spr. v 15 m/s
Rurociąg wody popłucznej i filtratu
Q wpł = 24 m3/min= 0,4 m3/s, v = 1,5 m/s
d=
= 0,582 m= 0,600 m
spr. v = 1,42 m/s
Rurociąg wody do płukania
V= 1,6 m/s
d=
= 0,458 m= 0,500 m
7. Układ ozonowania
Dane:
Parametry projektowe:
Q = 22800 m3/d
Temperatura = 18 0C
Założona dawka ozonu: 0-2 gO3/dm3
Przyjęto dwa generatory ozonu, w przypadku awarii jeden przejmuje funkcję obu generatorów.
7.1 Podział funkcjonalny komory ozonowania
Wprowadzenie ozonu do wody odbywać się będzie w komorach ozonowania połączonych równolegle. Minimalna ilość komór = 2
Głębokość komory 3 do 5m
Szerokość pojedynczej komory 2 do 4 m
Każda komora podzielona jest na strefy, przez które kolejno przepływa woda.
Podział funkcjonalny komory ozonowania:
komora ozonowania podzielona jest na trzy strefy, w których przepływ następuje od góry do dołu:
Strefa wstępna czas zatrzymania przy Qproj t = 1-5 min.
Strefa dezaktywacji czas zatrzymania przy Qproj t = 5-10 min.
Strefa końcowa czas zatrzymania przy Qproj t = 5-10 min.
Strefy: wstępna i dezaktywacji mikroorganizmów są wyposażone w dyfuzory ceramiczne pozwalające na wprowadzenie ozonu do wody.
Zmiana kierunku przepływu odbywa się kanałami (strefami pionowymi) z prędkością przepływu 0,02-0,1 m/s.
Komora ozonowania - uproszczony szkic poglądowy
7.2. Dobór ozonatora
Dane wyjściowe:
Dawka maksymalna: 2 gO3/dm3
Projektowana przepustowość stacji: 22800 m3/d
Dobowe zapotrzebowanie ozonu: DO3 = 2*22800*0,001 = 45,6 kg/d
Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ozon: GO3 = 45,6 /24 = 1,9 kg/h = 1900 g/h
Wydajność nominalna jednego ozonatora powinna być nie niższa niż 0,95 kg/h.
Przyjęto dwa ozonatory typu TRAILIGAZ OZC 1050
Przy wytwarzaniu ozonu z powietrza wydajność pojedynczego urządzenia wynosi:
QO3 = 2560gO3/h
Produkcja z dwóch urządzeń: ΣQO3 = 5,12 kgO3/h
Przy wyłączeniu jednego generatora możliwe będzie osiągnięcie dawki ozonu:
DR = 2560 / 950 = 2,69 gO3/m3
7.3. Wymiary komory ozonowania
Długość każdej ze stref funkcjonalnych komory ozonowania:
gdzie: τi - czas zatrzymania w i-tej strefie [minut]
Q - minutowy przepływ przez pojedynczą komorę [m3/min] Qmin = 7,9 m3/min
Bi - szerokość pojedynczej komory [m]
H- średnia głębokość czynna komory [m]
Przyjęto:
B = 3m
H = 4,0 m
7.3.1 Strefa wstępna
Czas zatrzymania τ1 = 4min
7.3.2. Strefa dezaktywacji mikroorganizmów
Czas zatrzymania τ2 = 8min
7.3.3. Strefa usunięcia nadmiaru ozonu
Czas zatrzymania τ3 = 10 min
7.3.4. Strefy zmiany kierunku przepływu
v0 = 0,05 m/s = 3 m/min
Wymiary przekroju poprzecznego strefy wynikają z wymiarów komory:
B = 3m
H = 4,0 m
Długość strefy zmiany kierunku
Całkowita długość komory przy założeniu, że ścianki dzielące strefy mają grubość 0,2m.
SL = L1 + L2 + L3+ 3*Ls+ 5*0,2 =
= 2,6 + 5,3+6,6+3*0,9+5*0,2 = 18,2 m
8. Filtry węglowe
Zaprojektowano filtry węglowe po ozonowaniu.
Wypełnienie węglem drobnoziarnistym.
Prędkość filtracji oraz wysokość warstwy filtracyjnej zapewniające wymagany efekt oczyszczania wody oraz czas zatrzymania bez wypełnienia (EBCT) przyjęto zgodnie z danymi zawartymi w literaturze.
8.1. Charakterystyka złoża filtracyjnego
8.1.1 Zasady wymiarowania filtra węglowego
Wymiary geometryczne, powierzchnia i liczba filtrów wg prędkość filtracji
Wymiary i wysokość złoża przyjęto wg wyznaczonego EBCT
Warstwa podtrzymująca wg projektu filtra pospiesznego
Oszacowanie czasu pracy wg założonego WWW
8.2 Obliczanie powierzchni i liczby filtrów
Całkowita wymagana powierzchnia filtrów
gdzie:
Vf - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] (przy normalnym obciążeniu filtrów)
T - nominalny czas pracy filtrów w ciągu doby [h/d]
n - ilość płukań każdego filtru na dobę [d-1]
t1 - średni czas wyłączenia filtru z efektywnego działania w związku z jego płukaniem [h]
t2 - średni czas wyłączenia filtru [h]
q - intensywność płukania wodą filtru ustalana dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [dm3/sm2] (dla średniej temperatury)
Zasady szczegółowe:
Z1: Prędkość liniowa (prędkość filtracji) 10-20 m/h.
Przyjęto następujące wielkości:
Q = 22800 m3/d
T = 24 h (ciągła praca SUW)
Vf = 15 m/h (wg Z1)
n = 1 d-1
t1 = 10 min = 0,33 h
t2 = 6 min. = 0,1 h
q = 8dm3/sm2
Dobór ilości filtrów - ze względów ekonomicznych prowadzony jest w oparciu o następujące zasady:
wymiary filtrów w rzucie są identyczne jak filtrów piaskowych, jeśli jest możliwe stosuje się tę samą wysokość konstrukcyjną
nie stosuje się filtrów rezerwowych, oblicza się za to prędkość filtracji przy wyłączeniu jednego z filtrów, tak aby nie przekroczyła ona 20-25 m/h
Ponieważ filtry piaskowe mają wymiary:
szerokość 5m
długość 8m
zatem jednostkowa powierzchnia filtra wynosi:
f1w = 40 m2
Przyjęto: 2 filtry o łącznej powierzchni 80 m2 i następujących parametrach pracy:
rzeczywista prędkość filtracji: Vf = 22800/(24*80) = 11,9 m/h
prędkość filtracji przy wyłączeniu 1 filtra: Vf = 22800/(24*40) = 23,75 m/h, jest to prędkość zgodna z założeniami
8.3. Obliczenia sprawdzające zwymiarowanie złoża metodą ETBC
Przyjęto czas kontaktu w pustym filtrze: tk = 10 min
Stąd wymagana pojemność łączna złóż:
Vzw = (Qd/24)*(tk/60) = (22800/24)*(10/60) =158,3 m3
Wysokość czynna złożą
H = Vzw / F = 158,3/80 = 1,98 m
Wartość ekspansji: 30% →0,3*1,978= 0,59 m
Wyniesienie koryt 0,7 m ponad ekspansję = 0,70 m
Wysokość koryt = 0,65 m (z nomogramu)
Wolna przestrzeń nad korytami = 1,5 m
Razem nad warstwą podtrzymującą 5,42 m.
8.4 Oszacowanie czasu wyczerpania zdolności sorpcyjnych metodami: pojemności sorpcyjnej oraz WWW
8.4.1 Założenia do prowadzenia procesu
Cel stosowania: usuwanie epichlorohydryny
Z tabeli odczytano: WWW = 100000 m3/m3
Skład wody surowej: stężenie epichlorohydryny = 0,20 μg/l
Dopuszczalne stężenie = 0,1 μg/l
Założona wartość wskaźnika w wodzie oczyszczonej:
Stężenie= 0,0000008 g/m3 (80% dopuszczalnej wartości).
Dobrano wegiel :
8.4.3. Obliczenie parametrów kontrolnych
Obliczamy okres między regeneracyjny wg wskaźnika WWW
pojemność łączna złóż Vzw = 158,3 m3
zdolność sorpcyjna wg Σ WWW= Vzw * WWW = 158,3*100000 = 15830000
okres międzyregeneracyjny T = Σ WWW/ Qd = 15830000/22800 = 694 d
8.5. Obliczenia i wymiarowanie pozostałych elementów
8.5.1. Drenaż filtrów
Zaprojektowano drenaż płytowy z dyszami do płukania wodno -powietrznego. Czasza dyszy posiada 36 szczelin o wymiarach 0,8 cm x 1 mm co daję łączną powierzchnię szczelin:
fd = 288 *10-6 m2
sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach
Fd = F
[m2]
Gdzie:
F- powierzchnia jednego filtra F=40 m2
p- stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtra, przyjęto p = 1,2%
Fd =40 *0,012= 0,48 m2
liczba dysz wymagana
n =
=
= 1667 sztuki
Rozmieszczenie dysz : mając na uwadze względy konstrukcyjne przyjęto 40 płyt o powierzchni 0,97 m2 każda i o wymiarach 98,4 x 98,4 cm . W każdej płycie umieszczono 49 dysz .Rozstaw w osiach 16,4 cm . Łączna liczba dysz rzeczywista :
n1 = 40* 49 = 1960 sztuk
8.5.2 Zbiornik płuczący (wodny) - rezerwa w zbiorniku końcowym
Przyjęto intensywność płukania qpł = 10 [l/s m2]
Założona maksymalna wartość ekspansji = 20 % , co przy jednostkowej powierzchni filtra F=40 m2 daje ilość wody niezbędnej do płukania:
Qwpł = F * qpł = 40 *10 = 400 [l/s]= 24[ m3/min]
Co przy założeniu zalecanego czasu płukania t2 = 6 min daje
Vpł = Qwpł * t2 = 24 * 6 = 144 [m3]
Pojemność rezerwowa na wodę do płukania filtrów powinna wystarczać na 1,5 - 2 płukań.
Przyjęto 2 płukania
Vzbpł = 2* 144 = 288 [m3]
O taką wielkość należy powiększyć pojemność zbiornika na wodę czystą, z tego bowiem zbiornika pompy pobierać będą wodę do płukania .
8.5.3 Płukanie wodą i powietrzem
Układ płukania filtrów - wykorzystanie układu do płukania filtrów piaskowych - z zastosowaniem reduktorów ciśnienia.
Założono intensywność płukania powietrzem qp = 20[ l/s m2]
Ilość powietrza do płukania:
Qp = qp * F * 3,6= 20 * 40* 3,6= 2880 [m3/h]
Straty ciśnienia powietrza na rurociągu dopływowym, w drenażu rozdzielczym, w otworach, na przepływie powietrza przez warstwę filtracyjną wynoszą około 0,2 m H2O
8.5.4 Koryta zbiorcze
Zaprojektowano koryta zbiorcze o przekroju złożowym : w górnej części o ścianach pionowych , a w dolnej części o kształcie trójkąta. Przyjęto nk= 2 koryta zbiorcze w odległości między osiami 2,2 m. Koryta zbiorcze mają spadek dna w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wody po płukaniu wynoszący 2% . Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości :
qk = qpł / nk = 0,4/2 = 0,2 m3/s = 200 dm3/s
Do określenia wymiarów koryt zbiorczych skorzystano z nomogramu. Wartość parametru pomocniczego x wynosi x = 29 cm
szerokość koryta zbiorczego B= 2x = 0,58 m
wysokość prostokątnej części koryta hp = 1,5x= 0,44 m
całkowita wysokość koryta hk =2,5x = 0,73 m
Minimalne wzniesienie krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego. Przyjmując projektowaną ekspansję e = 20% i wysokość warstwy filtracyjnej H = 0,7 m:
∆hk=
+ 0,25 =
+0,25 = 0,4
Wysokość warstwy wody nad krawędzią koryt;
na początku cyklu : 0,5 m
na końcu cyklu :1,5 m
8.6. Prędkości wody w rurociągach:
Rurociąg wody doprowadzanej do filtra
V= 1 m/s
Q = 0,264 m3/s
d=
= 0,579
drz = 0,6 m
vrz = 0,93
Q/2= 0,132
d= 0,40
drz = 0,4 m
vrz = 1,05
Dla rurociągu wody przefiltrowanej przyjęto te same średnice rurociągów z tym że rozstaw jest na odwrót.
Rurociąg do powietrza
v= 16 m/s , Q = 0,264m3/s
d=
=
= 0,144=0,15 m
spr. v 15 m/s
Rurociąg wody popłucznej i filtratu
Q wpł = 24 m3/min= 0,4 m3/s, v = 1,5 m/s
d=
= 0,582 m= 0,600 m
spr. v = 1,42 m/s
Rurociąg wody do płukania
V= 1,6 m/s
d=
= 0,458 m= 0,500 m
Pompa
Pompa II stopnia służy do przepompowania wody z filtrów piaskowych do filtrów węglowych. Nie ma zastrzeżeń przeciwdyspersyjnych jak w przypadku osadnik - filtr. Przyjmuje się wysokość podnoszenia wskaźnikowo ok. 7 m słupa wody.
9. Układ dezynfekcji z wykorzystaniem dwutlenku chloru
9.1. Dane:
Parametry projektowe:
Q = 22800 m3/d = 7950 m3/h
Temperatura = 18 0C
Założona dawka dwutlenku chloru: 0-0,8 gClO2/dm3
Dwa generatory dwutlenku chloru, w przypadku awarii jeden przejmuje funkcję obu generatorów.
Wytwarzanie dwutlenku chloru w generatorze na miejscu dawkowania z chlorynu sodowego i kwasu solnego.
9.2. Dobór generatora dwutlenku chloru
Dawka maksymalna: 0,8 gClO2/dm3
Projektowana przepustowość stacji: 22800 m3/d =950 m3/h
Dobowe zapotrzebowanie dwutlenku chloru: DClO2 = 0,8*22800*0,001 = 18,2 g ClO2/d
Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie dwutlenku chloru: GClO2 =18,2/24= 0,760 kg ClO2/h
Wydajność nominalna jednego generatora powinna być nie niższa niż 0,76 kg/h
Przyjęto dwa chloratory typu Prominent CDka 1500
Parametry chloratora: max. wydajność 1500 gClO2/h - dla reagentów niskostężonych
wymiary każdego z generatorów:
Wysokość HCl = 1850 mm
Szerokość WCl = 1300 mm
Głębokość DCl = 430 mm
Masa pojedynczego generatora 135 kg
Obliczenie zużycia reagentów
Stechiometria wytwarzania
4HCl + 5NaClO2 4ClO2 + 5NaCl + H2O
4(1+35,5)g + 5(23+35,5+2*16) 4(35,5+2*16) g
14g + 452g 270g
1g ClO2 = 0,541 g HCl + 1,674 g NaClO2
Wytworzenie 1 g ClO2 wymaga zużycia:
9% roztwór HCl 1g ClO2 = 0,541*11,1 = 6,01 cm3 HCl
7,5% roztwór NaClO2 1g ClO2 = 1,674*13,3 = 22,26 cm3 NaClO2
Wytworzenie dobowej ilości zużywanego dwutlenku chloru wymaga zużycia następującej ilości reagentów:
9% roztwór HCl 18,2 kg ClO2 = 109,38 dm3 HCl/d
7,5% roztwór NaClO2 18,2 kg ClO2 = 405,132 dm3 NaClO2/zbiorników
Zapas 30-dniowy:
9% roztwór HCl 30*109,38 = 3281,4 dm3 HCl
7,5% roztwór NaClO2 30*405,132 = 12154 dm3 NaClO2
Dobór zbiorników do magazynowania
Wybrany producent: Metalchem Plasticon typ AC-A
z laminatu poliestrowo-szklanego (TWS)
Do gromadzenie HCl:
Dwa zbiorniki typ 120 AC - 4 A
Objętość 4 m3
Średnica 1,2 m
Długość 4,195 m
Do gromadzenie NaClO2:
Dwa zbiorniki typ 160 AC - 6,3 A
Objętość 6,3 m3
Średnica 1,6 m
Długość 3,65 m
10. ODSTOJNIK
10.1. Ilość popłuczyn
ilość popłuczyn z filtrów
Vpł = q ⋅ npł ⋅ ΣF ⋅ tpT
gdzie:
q - intensywność płukania [m3/m2⋅s]
npł - ilość płukań w dobie
ΣF - powierzchnia wszystkich filtrów [m2]
tpT - czas płukania [s]
Vpł= 0,01 ⋅ 1 (4* 40) ⋅360 = 576 [m3/d]
10.2. Ilość osadu z osadników
ilość osadów z osadników
Objętość osadu z 1 osadnika Vos = 19,52 m3 co 12 godzin tj. 39,04 m3 na dobę. Przy liczbie czterech osadników Vos = 156 m3/dobę.
objętość odstojnika
V = Vpł+ Vos
V = 576 + 156 = 732 [m3]
Zaprojektowano dwa odstojniki o wymiarach:
głębokość 3 m
szerokość 12 m
długość 21 m
Osad po 24 godzinnym czasie grawitacyjnego zagęszczania odprowadzić należy na laguny lub poletka, z których będzie usuwany okresowo. Ciecz nadosadową po zagęszczaniu osadu należy po zdekantowaniu odprowadzić do odbiornika poniżej ujęcia lub kanalizacji.
ZBIORNIK WODY CZYSTEJ
Zaprojektowano zbiornik terenowy składający się z komory wodnej i komory zasuw. Pojemność użytkowa zbiornika wynosi 30% wydajności dobowej zakładu oczyszczania wody tj. 6840 m3. Zbiornik będzie miał kształt prostokątny o następujących wymiarach:
h0 = 0,5 m
hk = 6,0 m
bz = 28 m
lz = 41 m
VZb = 6888 m3