Politechnika Wrocławska Rok akademicki 2011/2012

Wydział Inżynierii Środowiska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Ćwiczenie projektowe
z Odnowy wody

Projekt koncepcyjny zakładu odnowy wody

Wstęp

Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest ćwiczenie projektowe dotyczące projektu koncepcyjnego zakładu odnowy wody.

Zakres opracowania

Opracowanie to zawiera, zgodnie z wydanym tematem przez Prowadzącego, część opisowo-obliczeniową, w której ujęto:

• dobór schematu technologicznego zakładu odnowy wody (ZOW)

• obliczenia technologiczne

• obliczenia urządzeń ZOW

• opis techniczny

Wykonano część rysunkową, na którą składa się rysunek profilu przez urządzenia ZOW w skali 1:500/100.

Podstawa opracowania

Podstawą opracowania jest temat wraz z założeniami wydany przez Prowadzącego dla studentki. Czas realizacji zadania to semestr letni roku akademickiego 2011/2012.

Wykorzystane materiały

[1] A. Kowal i inni – Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997r.

[2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego

[3] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

[4] Notatki własne z wykładu Odnowa wody oraz ćwiczenia projektowego

Dane wyjściowe do projektu

Zgodnie z tematem ćwiczenia, danymi wyjściowymi są:

Tabela 1. Wartości wskaźników ścieków biologicznie oczyszczonych i dla wody po odnowie.

Wskaźnik	Jednostka	Ścieki biologicznie oczyszczone	Woda po odnowie
Wydajność zakładu	m^3/d	5100	-
Odczyn	pH	6,5	7,7
Barwa	gPt/m^3	39	8
Mętność	NTU	39	1
ChZT	gO2/m^3	61	4
BZT5	gO2/m^3	25	0
Azot azotanowy	gN/m^3	16	7
Azot azotynowy	gN/m^3	-	-
Azot amonowy	gN/m^3	26	0,3
Azot organiczny	gN/m^3	2,5	0
Fosforany	$$\frac{\mathrm{\text{gPO}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3 -}}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$$	24	0,1
Chlorki	val/m^3	1,7	0,4
Siarczany	val/m^3	2,3	0,3
Sód	val/m^3	0,1	0,1
Potas	val/m^3	0,1	0,1
Wapń	val/m^3	4,3	0,8
Magnez	val/m^3	2,75	0,4
Zasadowość	val/m^3	3,2	2,8
Ciała rozpuszczone	g/m^3	690	170

Układ technologiczny odnowy wody

Przyjęto następujący układ technologiczny dla odnowy wody:

Odnowiona woda będzie mieć charakter i jakość wody do spożycia przez ludzi. Część z tych zasobów zostanie przeznaczona na cele przemysłowe.

Obliczenia technologiczne

Dawka wapna do procesu koagulacji

Do koagulacji przyjęto wapno jako koagulant. Dawkę uzależniono od zasadowości ścieków i pH. Przyjęta zasadowość ścieków to:

$$Z = 3,2\frac{\text{val}}{m^{3}} = 3,2 \bullet 50 = 160,0\frac{\text{g\ CaCO}_{3}}{m^{3}}$$

Rysunek 1. Ilość wapna potrzebna do podniesienia pH do 11,0 jako funkcja zasadowości ścieków.

Z wykresu odczytano dawkę wapna $D_{\text{CaO}} = 325,0\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$.

Z nomogramu równowagi węglanowo-wapniowej odczytano zawartość dwutlenku węgla wolnego $\text{CO}_{2w} = 120,0\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$ oraz zawartość dwutlenku węgla przynależnego $\text{CO}_{2p} = 11,0\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$. Tym samym zawartość dwutlenku agresywnego wynosi:

$$\text{CO}_{2a} = \text{CO}_{2w} - \text{CO}_{2p} = 120,0 - 11,0 = 109,0\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$$

Kwasowość wody wynosi:

$$Kw = \frac{\text{CO}_{2a}}{22} = \frac{109,0}{22} = 5,0\frac{\text{val}}{m^{3}}$$

Dawka wapna niezbędna do dekarbonizacji wyznaczana jest ze wzoru:

$$D_{CaO - dek.} = 28 \bullet \left( Z + Kw \right) = 28 \bullet \left( 3,2 + 5,0 \right) = 28 \bullet 8,2 = 229,6\ \frac{\text{gCaO}}{m^{3}}\ $$

Przyjęta reakcja strącania fosforanów to:

$$3\text{PO}_{4}^{3 -} + 5{\text{Ca}\left( \text{OH} \right)}_{2}\overset{\rightarrow}{}\text{Ca}_{5}{\text{OH}\left( \text{PO}_{4} \right)}_{3} + 9\text{OH}^{-}$$

3 • 31, 0 gP − 5 • 56, 0 gCaO

1, 0 gP − x

$x = \frac{1 \bullet 5 \bullet 56,0}{3 \bullet 31,0} = \frac{280}{93} = 3,01\ \frac{\text{gCaO}}{\text{gP}}$

Ilość fosforu w fosforanach w tej reakcji wynosi:

95, 0gPO₄³⁻ − 1 • 31, 0 gP

1, 0 gPO₄³⁻ − x

$x = \frac{1 \bullet 1 \bullet 31,0}{95,0} = \frac{31,0}{95,0} = 0,33\ \frac{\text{gP}}{g\text{PO}_{4}^{3 -}}$

Przyjęto, że w 100% wytrącą się fosforany. Tym samym dawka wapna ze względu
na usuwanie fosforanów wynosi:

$$D_{CaO - fosf.} = 3,01 \bullet 0,33 \bullet 24 = 23,8\ \frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$$

Pozostała ilość dawki wapna w roztworze wynosi:

$$D_{CaO - dek.} + D_{CaO - fosf.} = 229,6 + 23,8 = 253,4\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$$

$$D_{CaO - pozost.} = D_{\text{CaO}} - \left( D_{CaO - dek.} + D_{CaO - fosf.} \right) = \left( 325,0 - 253,4 \right)\frac{\text{gCaO}}{m^{3}} = 71,6\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$$

Dawka dwutlenku węgla do procesu rekarbonizacji

Proces rekarbonizacji można prowadzić jako rekarbonizacja jednostopniowa, czyli jedna komora saturacji, w której następuje przemiana:

${\text{Ca}\left( \text{OH} \right)}_{2} + 2\text{CO}_{2}\overset{\rightarrow}{}{\text{Ca}\left( \text{HCO}_{3} \right)}_{2}$

56, 0 gCaO − 2 • 44, 0 gCO₂

71, 6 gCaO − x $x = 112,5\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$

Drugą możliwością jest rekarbonizacja dwustopniowa, czyli komora saturacji I^o, osadnik i komora saturacji II^o :

Pierwsza reakcja: ${\text{Ca}\left( \text{OH} \right)}_{2} + \text{CO}_{2}\overset{\rightarrow}{} \downarrow \text{CaCO}_{3} + H_{2}O$

56, 0 gCaO − 44, 0 gCO₂

71, 6 gCaO − x $x = 56,3\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$

Ilość osadów CaCO₃: 56, 0 gCaO − 100, 0 gCaCO₃

71, 6 gCaO − x $x = 127,9\frac{\text{gCa}\text{CO}_{3}}{m^{3}}$

Przyjęto sprawność osadnika równą η = 85%. Zatem ilość osadów jaka pozostanie to:

$$\left( 1 - 0,85 \right) \bullet 127,9 = 19,2\frac{\text{gCa}\text{CO}_{3}}{m^{3}}$$

Druga reakcja: $\downarrow \text{CaCO}_{3} + H_{2}O + \text{CO}_{2}\overset{\rightarrow}{}{\text{Ca}\left( \text{HCO}_{3} \right)}_{2}$

100, 0 gCaCO₃ − 44, 0 gCO₂

19, 2 gCaCO₃ − x $x = 8,4\ \frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$

Łączne zużycie CO₂ wynosi:

$$56,3 + 8,4 = 64,7\frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$$

Dawka chloru do procesu dezynfekcji

Wielkość dawki chloru wynika ze względu na utlenienie azotu amonowego przy chlorowaniu do punktu przełamania:

D_{N − NH4⁺} = 10 • [N−NH₄⁺]

Dla $\left\lbrack N - \text{NH}_{4}^{+} \right\rbrack = 0,30\frac{\text{gN}}{m^{3}}$ $D_{N - \text{NH}_{4}^{+}} = 10 \bullet 0,30 = 3,0\frac{g\text{Cl}_{2}}{m^{3}}$

Istotna jest też dawka chloru ze względu na utlenienie związków organicznych:

D_zw.org. = Cl_{2 − pozost.} + 0, 79 • Utl

Dla $Utl = 4,0\frac{gO_{2}}{m^{3}}$

Przyjęto $\text{Cl}_{2 - pozost.} = 0,25\frac{g\text{Cl}_{2}}{m^{3}}$

$$D_{\text{zw.org.}} = 0,25 + 0,79 \bullet 4,0 = 0,25 + 3,20 = 3,45\frac{g\text{Cl}_{2}}{m^{3}}$$

Dawka chloru wynosi:

$$D_{\text{Cl}_{2}} = D_{N - \text{NH}_{4}^{+}} + D_{\text{zw.org.}} = 3,0 + 3,45 = 6,5\frac{g\text{Cl}_{2}}{m^{3}}$$

Obliczenia urządzeń ZOW

Poniższe obliczenia zawierają dobór istotnych parametrów konstrukcyjnych
i procesowych poszczególnych urządzeń i obiektów układu technologicznego odnowy wody.

Koagulacja

Dobrano komorę szybkiego mieszania z mieszadłem mechanicznym i klarownik korytarzowy.

Komora szybkiego mieszania z mieszadłem mechanicznym

Przyjęty czas mieszania t = 2 min = 0, 033h

Przyjęty strumień $Q = 5100\frac{m^{3}}{d} = 212,5\frac{m^{3}}{h}$

Objętość komory V_k:

V_k = Q • t = 212, 5 • 0, 033 = 7, 0m³

Przyjęto ilość sztuk komór n = 1

Objętość jednej komory V₁ wynosi:

$$V_{1} = \frac{V_{k}}{n} = \frac{7,0}{1} = 7,0m^{3}$$

Wysokość komory H = 3, 0m.

Pole powierzchni dna jednej komory F₁ wynosi:

$$F_{1} = \frac{V_{1}}{H} = \frac{7,0}{3,0} = 2,3m^{2}$$

Średnica komory D_k wynosi:

$$D_{k} = \sqrt{\frac{4 \bullet F_{1}}{\pi}} = \sqrt{\frac{4 \bullet 2,3}{\pi}} = 1,71m$$

Przyjęto średnicę D_k = 1, 80m.

Klarownik korytarzowy

Powierzchnia klarownika składa się z strefy klarowania F_s.kl i strefy zagęszczania F_s.z.

$$F_{\text{klarownik}} = F_{\text{s.kl}} + F_{\text{s.z}} = \frac{K \bullet Q}{v_{p}} + \ \frac{\left( 1 - K \right) \bullet Q}{\alpha \bullet v_{p}}$$

gdzie:

Q - strumień objętościowy ścieków przeznaczony do odnowy, $\frac{m^{3}}{h}$,

α - współczynnik zmniejszający prędkość przepływu wody w komorze zagęszczania, α = 0, 90,

v_p - prędkość przepływu wody w strefie klarowania, $\frac{\text{mm}}{s}$,

K - współczynnik rozdziału wody między strefą klarowania a zagęszczania, -,

Tabela 2. Prędkość przepływu v_p oraz współczynnik rozdziału K wody w klarowniku korytarzowym w zależności od stężenia zawiesin w dopływie[2].

Stężenie zawiesin, g/m^3	Prędkość vp, $\frac{\mathbf{\text{mm}}}{\mathbf{s}}$	Współczynnik K
	zima	lato
10-100	0,7-0,8	0,9-1,0
100-400	0,8-1,0	1,0-1,1
400-1000	1,0-1,1	1,1-1,2
1000-2500	1,1-1,2	1,1-1,2

Z procesu dekarbonizacji powstają osady według reakcji:

${\text{Ca}\left( \text{HCO}_{3} \right)}_{2} + {\text{Ca}\left( \text{OH} \right)}_{2}\overset{\rightarrow}{} \downarrow {2CaCO}_{3} + 2H_{2}O$

56, 0 gCaO − 200, 0 gCaCO₃

229, 6 gCaO − x $x = 820,0\ \frac{\text{gCa}\text{CO}_{3}}{m^{3}}$

Na podstawie obliczonej ilości zawiesin przyjęto współczynnik rozdziału K = 0, 66,
prędkość przepływu wody dla okresu zimowego $v_{p} = 1,06\frac{\text{mm}}{s}$, prędkość przepływu wody dla okresu letniego $v_{p} = 1,17\frac{\text{mm}}{s}$.

Obliczenia dla okresu zimowego

$$F_{\text{klarownik}} = \frac{0,66 \bullet 212,5}{1,06 \bullet 3,6} + \frac{\left( 1 - 0,66 \right) \bullet 212,5}{0,90 \bullet 1,06 \bullet 3,6} = 36,8 + 21,0 = 57,8m^{2}$$

Obliczenia dla okresu letniego

$$F_{\text{klarownik}} = \frac{0,66 \bullet 212,5}{1,17 \bullet 3,6} + \frac{\left( 1 - 0,66 \right) \bullet 212,5}{0,90 \bullet 1,17 \bullet 3,6} = 33,3 + 19,1 = 52,4m^{2}$$

Przyjęto powierzchnię strefy sklarowania równą 36, 8m² i powierzchnię strefy zagęszczania 21, 0m². Sumaryczna powierzchnia jest mniejsza niż 100m² - będzie tylko jeden klarownik korytarzowy.

Dla projektowanej długości klarownika L = 10m, szerokość strefy klarowania jest równa $\frac{36,8}{2 \bullet 10,0} = 1,90m$, a szerokość strefy zagęszczania wynosi $\frac{21,0}{10,0} = 2,1m$.

Wysokość warstwy wody wynosić będzie H_w = 2, 0m, a wysokość warstwy osadu zawieszonego H_os = 2, 5m.

Rekarbonizacja II^o

Przyjęto czas kontaktu w komorach saturacji t = 15min = 0, 25h. Dla osadnika przyjęto czas przetrzymania t = 50min = 0, 83h. Obciążenie hydrauliczna osadnika nie może być większe od $O_{h} \leq 4\frac{m^{3}}{m^{2} \bullet s}$.

Objętość osadnika V_os:

V_os = Q • t = 212, 5 • 0, 83 = 176, 4m³

Przyjęto ilość sztuk osadników n = 1

Objętość jednego osadnika V₁ wynosi:

$$V_{1} = \frac{V_{\text{os}}}{n} = \frac{176,4}{1} = 176,4m^{3}$$

Wysokość osadnika H = 3, 0m.

Pole powierzchni jednego osadnika wynosi:

$$F_{1} = \frac{V_{1}}{H} = \frac{176,4}{3,0} = 58,8m^{2}$$

Przyjęto szerokość osadnika B = 5, 0m.

Długość osadnika wynosi:

$$L = \frac{F_{1}}{B} = \frac{58,8}{5,0} = 11,8m$$

Objętość komory saturacji V_sat:

V_sat = Q • t = 212, 5 • 0, 25 = 53, 1m³

Przyjęto po jednej komorze saturacji I^o oraz jednej komorze saturacji II^o ze względu na to, iż zaprojektowano jeden osadnik.

Objętość jednej komory saturacji V₁:

$$V_{1} = \frac{V_{\text{sat}}}{n} = \frac{53,1}{1} = 53,1m^{3}$$

W celu obliczenia wymiarów komory, przyjęto, jak dla osadnika, wysokość H = 3, 0m.

Pole powierzchni jednej komory saturacji F₁:

$$F_{1} = \frac{V_{1}}{H} = \frac{53,1}{3,0} = 17,7m^{2}$$

Przyjęto szerokość komory saturacji B = 5, 0m.

Długość komory saturacji L wynosi:

$$L = \frac{F_{1}}{B} = \frac{17,7}{5,0} = 3,5m$$

Filtracja

Przyjęto filtry grawitacyjne piaskowe oraz prędkość filtracji $v_{f} = 5\frac{m}{h}$.

Powierzchnia filtrów F_filtr:

$$F_{\text{filtr}} = \frac{Q}{v_{f}} = \frac{212,5}{5,0} = 42,5m^{2}$$

Liczba filtrów n:

$$n = \frac{1}{2} \bullet \sqrt{F_{\text{filtr}}} = \frac{1}{2} \bullet \sqrt{42,5} = 3,3$$

Przyjęto n = 4 filtry.

Powierzchnia jednego filtra F₁:

$$F_{1} = \frac{F_{\text{filtr}}}{n} = \frac{42,5}{4} = 10,6m^{2}$$

Wymiary pojedynczej płyty drenażowej to 0, 60x1, 00m. Dobrano wymiary filtra 2, 40x4, 00m (16 płyt drenażowych) dając rzeczywistą powierzchnię filtra F_1rz = 9, 60m².

Prędkość rzeczywista filtracji v_frz:

$$v_{\text{frz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1rz}} = \frac{212,5}{4 \bullet 9,60} = 5,5\frac{m}{h}$$

Prędkość filtracji przy jednym wyłączonym filtrze v_{frz − 1}:

$$v_{frz - 1} = \frac{Q}{\left( n - 1 \right) \bullet F_{1rz}} = \frac{216,7}{3 \bullet 9,60} = 7,4\frac{m}{h}$$

Obliczona prędkość podczas płukania jednego filtra jest większa niż maksymalna, zalecana równa $7,00\frac{m}{h}$.

Parametry przyjętego złoża filtracyjnego:

• d₁₀ = 0, 4mm,

• WR = 1, 5,

• wysokość złoża filtracyjnego H = 1, 0m,

• wysokość wody nad złożem H_w = 1, 5m,

• wysokość warstwy podtrzymującej H_podt = 0, 5m,

• obciążenie hydrauliczne $O_{h} = 5\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$.

  1. Adsorpcja

Złożem adsorpcyjnym wybrano węgiel aktywny oraz przyjęto prędkość adsorpcji równą $v_{\text{ads}} = 10\frac{m}{h}$. Powierzchnia filtrów F_ads:

$$F_{\text{ads}} = \frac{Q}{v_{\text{ads}}} = \frac{212,5}{10,0} = 21,3m^{2}$$

Przyjęta średnica pojedynczego filtru D = 3, 0m. Powierzchnia pojedynczego filtru wynosi:

$$F_{1} = \frac{\pi \bullet D^{2}}{4} = \frac{\pi \bullet {3,0}^{2}}{4} = 7,1m^{2}$$

Liczba filtrów:

$$n = \frac{F_{\text{ads}}}{F_{1}} = \frac{21,3}{7,1} = 3$$

Przyjęto n = 4 filtry

Prędkość rzeczywista adsorpcji v_adsrz:

$$v_{\text{adsrz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1}} = \frac{212,5}{4 \bullet 7,1} = 7,5\frac{m}{h}$$

Prędkość filtracji przy jednym wyłączonym filtrze v_{adsrz − 1}:

$$v_{adsrz - 1} = \frac{Q}{\left( n - 1 \right) \bullet F_{1}} = \frac{212,5}{3 \bullet 7,1} = 10,0\frac{m}{h}$$

Obliczona prędkość podczas płukania jednego filtra mieści się w zalecanym zakresie prędkości do $12,00\frac{m}{h}$.

W celu regeneracji złoża przyjęto płukanie wodno-powietrzne:

• założona intensywność płukania $q_{pl\ wod} = 20,0\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$,

• natężenie przepływu wody płuczącej:

$$Q_{pl\ wod} = q_{pl\ wod} \bullet F_{1} = 20,0 \bullet 7,1 = 142,0\frac{m^{3}}{h} = 0,04\frac{m^{3}}{s}$$

• intensywność płukania powietrzem $q_{pl\ pow} = 72,0\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$

• natężenie przepływu powietrza:

$$Q_{pl\ pow} = q_{pl\ pow} \bullet F_{1} = 72,0 \bullet 7,1 = 511,0\frac{m^{3}}{h} = 0,14\frac{m^{3}}{s}$$

Wymiana jonowa

Bilans jonów w ściekach biologicznie oczyszczonych zestawiono w poniższej Tabela 3.

Tabela 3. Bilans jonów w ściekach oczyszczonych biologicznie.

Kationy
Jon
N−NH4^+
Na^+
K^+
Ca^2+
Mg^2+
Suma
Aniony
N−NO3^−
PO4^3−
Cl^−
SO4^2−
HCO3^−
Suma

Przyjęto strumień objętościowy ścieków biologicznie oczyszczonych w wysokości 20% nominalnego strumienia, tj. $Q = 1020\frac{m^{3}}{d} = 42,5\frac{m^{3}}{h}$.

Dobór kationitu

Dobrano kationit silnie kwasowy Wofatit KPS o następujących parametrach:

• zakres pH 2÷14,

• wysokość warstwy 600÷1800mm,

• woda do spulchniania złoża 2 • V₁,

• zalecana ekspansja w czasie spulchniania E=60%,

• regeneracja jonitu $50 \div 150\frac{\text{gHCl}}{\text{dm}^{3}}\text{\ kationitu}$,

• stężenie środka regenerującego 5÷10%,

• czas regeneracji minimum 30 minut,

• woda do płukania (4÷8) • V₁,

• prędkość w czasie płukania $\leq 15\frac{m}{h}$,

• prędkość w czasie pracy $5 \div 60\frac{m}{h}$,

• robocza zdolność jonowymienna $Z_{w} = 1,25\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$.

Ilość jonów do wymiary:

$$n_{\text{jon}} = \sum_{}^{}\text{kation} \bullet Q = 9,11 \bullet 1020 = 9292,2\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$$

Objętość jonitu:

$$V_{\text{jon}} = \frac{n_{\text{jon}}}{Z_{w}} = \frac{9292,2}{1,25} = 7433,8\frac{\text{dm}^{3}}{d} = 7,5\frac{m^{3}}{d}$$

Ilość jonitów n_jonit = 2 o średnicy D = 2, 0m. Powierzchnia jonitu:

$$F_{1} = \frac{\pi \bullet D^{2}}{4} = \frac{\pi \bullet {2,0}^{2}}{4} = 3,14m^{2}$$

Wysokość złoża:

$$H_{zl} = \frac{V_{\text{jon}}}{n_{\text{jonit}} \bullet F_{1}} = \frac{7,5}{2 \bullet 3,14} = 1,19m$$

Przyjęto wysokość złoża kationitu H_zl = 1, 20m.

Prędkość przepływu:

$$v = \frac{Q}{n_{\text{jonit}} \bullet F_{1}} = \frac{42,5}{2 \bullet 3,14} = 6,77\frac{m}{h}$$

Dobór anionitu

Dobrano anionit silnie kwasowy Wofatit SBK o następujących parametrach:

• zakres pH <10,5,

• wysokość warstwy 600÷1800mm,

• woda do spulchniania złoża 2 • V₁,

• zalecana ekspansja w czasie spulchniania E=70%,

• regeneracja jonitu $20 \div 120\frac{\text{gNaOH}}{\text{dm}^{3}}\text{anionitu}$,

• stężenie środka regenerującego 5÷10%,

• czas regeneracji minimum 30 minut,

• woda do płukania (4÷8) • V₁,

• prędkość w czasie płukania $\leq 15\frac{m}{h}$,

• prędkość w czasie pracy $5 \div 60\frac{m}{h}$,

• robocza zdolność jonowymienna $Z_{w} = 1,15\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$.

Ilość jonów do wymiary:

$$n_{\text{jon}} = \sum_{}^{}\text{anion} \bullet Q = 9,11 \bullet 1020 = 9292,2\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$$

Objętość jonitu:

$$V_{\text{jon}} = \frac{n_{\text{jon}}}{Z_{w}} = \frac{9292,2}{1,15} = 8080,2\frac{\text{dm}^{3}}{d} = 8,1\frac{m^{3}}{d}$$

Ilość jonitów n_jonit = 2 o średnicy D = 2, 0m. Powierzchnia jonitu:

$$F_{1} = \frac{\pi \bullet D^{2}}{4} = \frac{\pi \bullet {2,0}^{2}}{4} = 3,14m^{2}$$

Wysokość złoża:

$$H_{zl} = \frac{V_{\text{jon}}}{n_{\text{jonit}} \bullet F_{1}} = \frac{8,1}{2 \bullet 3,14} = 1,29m$$

Przyjęto wysokość złoża anionitu H_zl = 1, 40m.

Prędkość przepływu:

$$v = \frac{Q}{n_{\text{jonit}} \bullet F_{1}} = \frac{42,5}{2 \bullet 3,14} = 6,77\frac{m}{h}$$

Opis techniczny

Koagulacja

W celu przeprowadzenia procesu koagulacji przyjęto komorę szybkiego mieszania oraz klarownik korytarzowy. Dobrano jedną komorę szybkiego mieszania o objętości V₁ = 7, 0m³, tj. wysokości H = 3, 0m i średnicy D_k = 1, 80m. Przyjęty czas mieszania to t = 120s.

Klarownik korytarzowy charakteryzuje się następującymi parametrami:

• prędkość przepływu wody dla okresu zimowego $v_{p} = 1,06\frac{\text{mm}}{s}$,

• prędkość przepływu wody dla okresu letniego $v_{p} = 1,17\frac{\text{mm}}{s}$,

• powierzchnia strefy sklarowania 36, 8m²,

• powierzchnia strefy zagęszczania 21, 0m²,

• długość klarownika L = 10m,

• szerokość strefy sklarowania 1, 9m,

• szerokość strefy zagęszczania 2, 1m,

• wysokość warstwy wody H_w = 2, 0m,

• wysokość warstwy osadu zawieszonego H_os = 2, 5m.

Całkowita dawka wapna wynosi $D_{\text{CaO}} = 325,0\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$. Dawka wapna niezbędna
do dekarbonizacji to $D_{CaO - dek.} = 229,6\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$. Dawka dla usunięcia fosforanów
$D_{CaO - fosf.} = 23,8\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$. Pozostała dawka wapna to $D_{CaO - pozostale} = 71,6\frac{\text{gCaO}}{m^{3}}$.

Rekarbonizacja II^o

Przyjęto proces rekarbonizacji II^o, dla której charakterystyczne wymiary komór podano poniżej:

• komory saturacji I^o i II^o – przyjęto czas kontaktu t = 15min = 0, 25h,  po jednej sztuce komory dla każdego z stopnia saturacji o objętości V₁ = 53, 1m³, tj. wysokości
  H = 3, 0m, szerokości B = 5, 0m i długości L = 3, 5m,

• osadnik - przyjęto czas kontaktu t = 50min = 0, 83h,   jedną sztukę o objętości
  V₁ = 176, 4m³, tj. wysokości H = 3, 0m, szerokości B = 5, 0m i długości L = 11, 8m. Sprawność sedymentacji osadnika przyjęto η = 85%.

Dawka dwutlenku węgla niezbędna do przeprowadzenia tego procesu
wynosi $64,7\frac{g\text{CO}_{2}}{m^{3}}$.

Filtracja

Jako złoża filtracyjne wybrano filtry grawitacyjne piaskowe. Przyjęto prędkość filtracji $v_{f} = 5\frac{m}{h}$. Powierzchnia filtrów wynosi F_filtr = 42, 5m², a liczba filtrów n = 4 filtry. Powierzchnia jednego filtra to F₁ = 10, 6m².

Wymiary pojedynczej płyty drenażowej to 0, 60x1, 00m. Tym samym przyjęto wymiary filtra 2, 40x4, 00m(16 płyt drenażowych) dając rzeczywistą powierzchnię filtra F_1rz = 9, 60m². Prędkość rzeczywista filtracji jest równa $v_{\text{frz}} = 5,5\frac{m}{h}$, a prędkość filtracji przy jednym wyłączonym filtrze $v_{frz - 1} = 7,4\frac{m}{h}$.

Parametry przyjętego złoża filtracyjnego:

• d₁₀ = 0, 4mm,

• WR = 1, 5,

• wysokość złoża filtracyjnego H = 1, 0m,

• wysokość wody nad złożem H_w = 1, 5m,

• wysokość warstwy podtrzymującej H_podt = 0, 5m,

• obciążenie hydrauliczne $O_{h} = 5\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$.

  1. Adsorpcja

Jako złoża adsorpcyjne wybrano węgiel aktywny. Przyjęto prędkość adsorpcji równą $v_{\text{ads}} = 10\frac{m}{h}$. Powierzchnia adsorberów wynosi F_ads = 21, 3m². Przyjęta średnica pojedynczego filtru to D = 3, 0m. Powierzchnia pojedynczego filtru wynosi F₁ = 7, 1m². Liczba filtrów jest równa n = 4 filtry. Prędkość rzeczywista adsorpcji to $v_{\text{adsrz}} = 7,5\frac{m}{h}$. Prędkość filtracji przy jednym wyłączonym filtrze wynosi $v_{adsrz - 1} = 10,0\frac{m}{h}$.

W celu regeneracji złoża przyjęto płukanie wodno-powietrzne:

• założona intensywność płukania $q_{pl\ wod} = 20,0\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$,

• natężenie przepływu wody płuczącej $Q_{pl\ wod} = 142,0\frac{m^{3}}{h} = 0,04\frac{m^{3}}{s}$,

• intensywność płukania powietrzem $q_{pl\ pow} = 72,0\frac{m^{3}}{\left( m^{2} \bullet h \right)}$,

• natężenie przepływu powietrza $Q_{pl\ pow} = 511,0\frac{m^{3}}{h} = 0,14\frac{m^{3}}{s}$.

  1. Wymiana jonowa

Bilans jonów w ściekach biologicznie oczyszczonych jest następujący:

Kationy
Jon
N−NH4^+
Na^+
K^+
Ca^2+
Mg^2+
Suma
Aniony
N−NO3^−
PO4^3−
Cl^−
SO4^2−
HCO3^−
Suma

Przyjęto strumień objętościowy ścieków biologicznie oczyszczonych w wysokości 20% nominalnego strumienia, tj. $Q = 1020\frac{m^{3}}{d} = 42,5\frac{m^{3}}{h}$.

Dobór kationitu

Dobrano kationit silnie kwasowy Wofatit KPS o następujących parametrach:

• zakres pH 2÷14,

• wysokość warstwy 600÷1800mm,

• woda do spulchniania złoża 2 • V₁,

• zalecana ekspansja w czasie spulchniania E=60%,

• regeneracja jonitu $50 \div 150\frac{\text{gHCl}}{\text{dm}^{3}}\text{\ kationitu}$,

• stężenie środka regenerującego 5÷10%,

• czas regeneracji minimum 30 minut,

• woda do płukania (4÷8) • V₁,

• prędkość w czasie płukania $\leq 15\frac{m}{h}$,

• prędkość w czasie pracy $5 \div 60\frac{m}{h}$,

• robocza zdolność jonowymienna $Z_{w} = 1,25\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$.

Ilość jonów do wymiary wynosi $n_{\text{jon}} = 9292,2\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$, a objętość jonitu $V_{\text{jon}} = 7,5\frac{m^{3}}{d}$.
Ilość jonitów to n_jonit = 2 o średnicy D = 2, 0m. Powierzchnia jonitu jest równa F₁ = 3, 14m². Przyjęto wysokość złoża kationitu H_zl = 1, 20m. Prędkość przepływu przez złoże
wynosi $v = 6,77\frac{m}{h}$.

Dobór anionitu

Dobrano anionit silnie kwasowy Wofatit SBK o następujących parametrach:

• zakres pH <10,5,

• wysokość warstwy 600÷1800mm,

• woda do spulchniania złoża 2 • V₁,

• zalecana ekspansja w czasie spulchniania E=70%,

• regeneracja jonitu $20 \div 120\frac{\text{gNaOH}}{\text{dm}^{3}}\text{anionitu}$,

• stężenie środka regenerującego 5÷10%,

• czas regeneracji minimum 30 minut,

• woda do płukania (4÷8) • V₁,

• prędkość w czasie płukania $\leq 15\frac{m}{h}$,

• prędkość w czasie pracy $5 \div 60\frac{m}{h}$,

• robocza zdolność jonowymienna $Z_{w} = 1,15\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$.

Ilość jonów do wymiary wynosi $n_{\text{jon}} = 9292,2\frac{\text{val}}{\text{dm}^{3}}$, a objętość jonitu $V_{\text{jon}} = 8,1\frac{m^{3}}{d}$. Ilość jonitów to n_jonit = 2 o średnicy D = 2, 0m. Powierzchnia jonitu jest równa F₁ = 3, 14m². Przyjęto wysokość złoża anionitu H_zl = 1, 40m. Prędkość przepływu przez złoże
wynosi $v = 6,77\frac{m}{h}$.

Dezynfekcja

Do dezynfekcji zastosowano roztwór chloru. Dawka dezynfektanta oparta jest na dwóch wartościach wskaźników odnowionej wody, tj. dawce chloru ze względu na utlenienie azotu amonowego przy chlorowaniu do punktu przełamania oraz dawce chloru ze względu na utlenienie związków organicznych.

Ostatecznie przyjęto dawkę dezynfektanta $D_{\text{Cl}_{2}} = 6,5\frac{g\text{Cl}_{2}}{m^{3}}$.