*. OBLICZANIE DAWKI REAGENTA:

Dawka koagulantu:

Siarczan glinu Al₂(SO₄)₃⋅18 H₂O - bezwodny

1. ze względu na zawiesinę

Z- zawiesina w [g/cm³]

dla Z=180[mg/cm³] D=40[g/m³]

2. ze względu na mętność

D=k·0,3·M

M - mętność wody w jednostce krzemionki [mg/l]

M = 80[mg/l]

k - zależne od temperatury

dla zimy k=0,52

D=0,52·0,3·80=13[g/m³]

3. ze względu na barwę wody

D = a*

B - barwa wody

a - współczynnik zależny od barwy

dla B = 55[mgPt/l] a = 8,75

D =8,75⋅√55 = 65 [g/m³]

Dawka Al₂(SO₄)₃ D_Al2(SO4)3 = 65[g/m³]

Woda surowa:

Zasadowość200[mgCaCO₃/l]

ph = 7,1

D_Al2(SO4)3 = 65[g/m³]

Z monogramu:

CO_2w = 32[g/m³]

Po koagulacji:

↑ΔCO₂ = 65*0,4=26[g/m³]

↓Δzas.=65*0,45=29,25[g/m³]

CO_2w=32+26=58[g/m³]

Zasad.=200−29,25=170,75[g/m³]

Z monogramu:

ph=6,8

CO_2R=2,3[g/m³]

CO_2agr=68,4-2,3=66,1[g/m³]

I przybliżenie

wiążę 30 g CO_2w

D_Ca(OH)2 = 0,841*30=25[g/m³]

Ca(OH)₂+2CO₂→CaCO₃+H₂O+CO₂

74 100

25 x₁

x₁ =35[g/m³]

CO_2w=58-30=28[g/m³]

zasad.=170,75+35=205,75[g/m³]

z monogramu:

ph=7,2

CO_2R=20[g/m³]

CO_2agr=28 -20=8[g/m³]

II przybliżenie

wiążę 37 g CO_2w

D_Ca(OH)2 = 0,841*37=31[g/m³]

Ca(OH)₂+2CO₂→CaCO₃+H₂O+CO₂

74 100

31 x₂

x₂ =43,6[g/m³]

CO_2w=58 -37=21[g/m³]

zasad.=170,75+43,6=214,35[g/m³]

z monogramu:

ph=7,3

CO_2R=21,7[g/m³]

CO_2agr=21,7 -21=0,7[g/m³]

Dawka Ca(OH)₂ - D_Ca(OH)2=31 [g/m³]

II. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW:

Dobowe zużycie reagenta:

Md = Qd*D*f*10^-3 [kg/d]

Qd = 91400[m³/d]

- dla Al₂(SO₄)₃

D _Al2(SO4)3 = 65[g/m³]

Rodzaj „17” → f = 2,10

Md = 91400*65*2,10*10^-3 =12476,1[kg/d]

- dla Ca(OH)₂

D_Ca(OH)2 = 31[g/m³]

gat I → f = 1,46

Md =91400*31*1,46*10^-3 =4136,8[kg/d]

Zapas reagenta:

Z = Md*Τ [kg]

Przyjmuję Τ =15 [d]

- dla Al₂(SO₄)₃

Z = 12476,1*15=187141,5 [kg]

- dla Ca(OH)₂

Z = 4136,8*15=62052 [kg]

Powierzchnia magazynowania (brutto):

F = α*
[m]

Przyjmuję: α =1,2

Al₂(SO₄)₃
r_n=1000[kg/m³]

h_s = 1,8[m]

F_Al2(SO4)3 =(1,2*187141,5)/(1100⋅1,8)= 113,42[m²]

Ca(OH)₂

r_n =1000[kg/m³]

h_s = 1,8[m]

F_Ca(OH)2=(1,2*62052)/(1000⋅1,8)= 41,37[m²]

III. OSADNIKI POZIOME:

Zawiesina 180[mg/L] → u =0,47[mm/s]

Przyjmuję:

= 15 ⇒ k = 10

V ≤ k*u

V ≤ 10* 0,47

V ≤ 4,7

przyjmuję V = 4,7[mm/s]

Długość osadnika

przyjmuję: H = 4[m] - głębokość

B = 5[m] - szerokość

L=(4⋅4,7)/0,47=40 w teorii

α=1/(1- k/30)=1/(1- 10/30)=15 -współczynnik zapasu

L = α*L

L = 15*40 = 60[m]

sprawdzenie: L/B >4 → 60/5=12 B/H >1 →5/4=1,25 zgadza się

Powierzchnia osadników:

Q = 1/24*Q_d[m³/h] Q=1/24*91400 =3808,3[m³/h]

F=α⋅Q/(3,6⋅u)=1.5⋅3808,3/(3,6⋅0,47) = 3376,2 [m²]

szerokość osadników: ΣB=F/L=3376,2/60=56,27[m]

n=ΣB/B = 56,27/5 =11,254

n'= 12 - ilość osadników

B'=ΣB/B= 4,7m

Liczba Freude'a:

Fr = V²/(R_h⋅g)

g = 9,81[m/s²]

V = 4,7 [mm/s] = 4,7*10^-3[m/s]

R_h = B′⋅H/(2H + B′) = 1,48m

Fr = 0,0047²/(1,48⋅9,81) = 3,2⋅10 ^-4

sprawdzenie: Fr > 10^-6

3,2*10^-4 > 10^-6 zgadza się

Liczba Reynolds'a:

Dla 10^oC
ν = 1,306*10^-6 [m²/s] - lepkość kinematyczna

Re =V⋅R_h/ν = 0,0047⋅1,48/1,306⋅10^-6 = 5326,2

sprawdzenie: Re < 12500

5326,2< 12500 zgadza się

Komora osadowa - wymiary:

zakładam:

h_k = 0,4[m] - wysokość nad taflą wody

h_o = 0,6[m] - wysokość na osad sedymentujący

i = 3% - spadek dna

H_c = H + h_o + h_k = 4 + 0,6 + 0,4 = 5m - w środku

H_c′ = H_c + L/2 ⋅ i = 5 + 60/2 * 0,03 = 5,9m - na wlocie

H_c* = H_c - L/2 ⋅ i = 5 -60/2 * 0,03 = 4,1m - na wylocie

Przegroda wlotowa:

przyjmuję:

V_o =0,15[m/s]

d_o = 7[cm] = 0,07[m]

Q₁ = Q_d/24 = 91400/24 = 3808,3[m³/h]

n′ = 12

powierzchnia otworów:

Σf_o = Q₁/(n′⋅V_o⋅3600) = 3808,3/(12⋅0,15⋅3600) = 0,59 [m²]

powierzchnia jednego otworu:

f_o = *d²/4 = Π⋅0,07² /4 = 0,004 [m²]

liczba otworów:

n_o = Σf_o/f_o = 0,59/0,004 = 147,5

n_o ≈ 150

n_k = 15

n_rz = 10

e₁ = B′/(n_k+1) = 4,7/(15+1) = 0,29m - odległość między otworami poziomo

e₂ = H/(n_rz+1) = 4/(10+1) = 0,36m - odległość między otworami pionowo

Koryta przelewowe −przelewy Thompsona (trójkątne):

q_max = 30[m³/mh]

przyjmuję: q < q_max

q =25[m³/mh]

l = Q₁/(n′⋅q) = 3808,3/(12⋅25) =12,69m - długość krawędzi przelewowych

zakładam: m = 3 - liczba krawędzi przelew.

l' = m*B′ = 3*4,7 = 14,1m l'≈l → 14,1≈12,69 zgadza się

q′ = Q₁/(n′⋅l′) = 3808,3/(12⋅14,1) = 22,5

sprawdzenie: q'
q_max → 22,5
30 zgadza się

Liczba przelewów:

zakładam: l_p = 20[cm] = 0,2[m] - odległość między przelewami

n _p = l′/l_p = 14,1/ 0,2 = 70,5 ≈ 71

odległość między ścianami koryt:

a = 0,7⋅H = 0,7⋅4 = 2,8m

Komora osadowa:

zakładam:

b = 1,3[m]

α = 55^o

• wysokość komory osadowej:

h_os =√2/2(B′−b)tgα = √2/2(4,7-1,3)tg55° = 3,4m

• objętość komory osadowej:

V_os = 1/3⋅h_os(B′²+B′⋅b+b²) = 1/3⋅3,4(4,7²+4,7⋅1,3+1,3²) = 33,87m³

przyjmuję:

T = 14h

C_o = 8 mg/dm³ - stężenie zawiesin na odpływie z osadnika

k = 0,55 - siarczan oczyszczony

Z = 180[mg/L]

B = 55[mgPt/L]

D_w = 31[g/m³]

D_k = D _Al2(SO4)3 = 65[g/m³]

Cp= Z + k*D_k + 0,25*B + 0,6*D_w= 180 + 0,55*65 + 0,25*55 + 0,6*31= 248,1mg/dm³

C_p= 100÷400 i dla T =12h → C_os = 27000[g/m³]

• objętość osadu:

V′_os= (T⋅Q₁⋅(C_p−C_o))/(n′⋅C_os) = (12⋅3808,3⋅(248.1−8))/(12⋅27000) = 33,87m³

• rzeczywisty czas zagęszczania:

T′ = T⋅V_os/V′_os= 12⋅33,87/33,87 = 12h

IV. KOMORY FLOKULACJI (mechaniczne):

zakładam liczbę komór: 3

• wydajność jednej komory:

Q_k= Q/3 = 91400/3 = 30467m³/d = 1269,46m³/h

• objętość komory:

zakładam t = 30[min] = 0,5[h]

V = Q_k*t

V = 1269,46*0,5 = 634,7m³

Zakładam

liczba osi mieszadeł: z = 3

głębokość wody w komorze: H = 3m

współczynnik β = 1,25

• długość komory:

L = β⋅H⋅z = 1,25⋅3⋅3 = 11,25m

• szerokość komory:

B = V/L⋅H = 634,7/11,25⋅3 = 18,8m

• powierzchnia łopatek:

a₁ = 20%⋅A, gdzie A = B⋅H = 18,8⋅3 = 56,4m² − pole przekroju poprzecznego komory

a₁ = 20%⋅56,4 = 11,3m²

• moc na wale mieszadeł:

zakładam:

liczba obrotów mieszadeł: n = 0,08 obr/s

stosunek prędkości względnych wody i łopatek mieszadła: k = 0,8

liczba łopatek na jednej osi: m = 8

gęstość wody: ρ = 1000 kg/m³

ilość łopatek na dwóch osiach: N = 4⋅2 = 8

odległość łopatki od ściany: p = 0,35

długość łopatki: l = (B-(N+1)⋅p)/N = (18,8-(8+1)⋅0,35)/8 = 2m

szerokość łopatki: b = 0,1⋅l = 0,1⋅2 = 0,2m

współczynnik oporów kinetycznych: ζ= 1,3

odległość łopatki od dna: h = 0,15m

średnica ramy mieszadła: D_r = H-2h = 3-2⋅0,15 = 2,7m

promień łopatki: r₂ = 0,5⋅D_r = 0,5⋅2,7 = 1,35m

r₁ = r₂ -b = 1,35-0,2 = 1,15m

N_w = k³⋅z⋅m⋅Π³⋅n³⋅ρ⋅l⋅( r₂⁴- r₁⁴)⋅ζ= 0,8³⋅3⋅8⋅⋅Π³⋅0,08³⋅1000⋅2⋅(1,35⁴-1,15⁴)⋅1,3 = 797,6

• moc silnika:

k₁= 1,75 - wsp. zapasu mocy

η= 0,9 - sprawność przekładni

N_s = k₁⋅N_w/η = 1,75⋅797,6/0,9 = 1551

• sprawdzenie warunków mieszania:

N′_w = N_w⋅(k′/k)³ =797,6⋅(0,75/0,8)³ = 657,2 - całkowite zapotrzebowanie na moc

G = (N′_w/ν⋅ρ ⋅V)^0,5 = (657,2/1,3⋅10^-6⋅1000⋅634,7)^0,5 = 28,2 1/s

warunek spełniony, G = 25÷65 1/s

liczba kryterialna: M = G⋅t = 28,2⋅1800 = 5,1⋅10⁴ (t = 30min = 1800 s )

warunek spełniony, M = (4÷21)⋅10⁴

V. KOMORY MIESZANIA SZYBKIEGO (mieszalniki)

komora hydrauliczna pionowo- wirowa

1). Objętość

zakładam

α = 30°

t = 120[s]

V_d = 1,0[m/s]

V_g = 0,025[m/s]

V = Q₁*t = 1,06m³/s⋅120s = 127,2[m³]

Zakładam 6 mieszalników, objętość 1-go mieszalnika: V₁ = 127,2/6 = 21,2m³

2). Wymiary mieszalnika

•część górna f_g = Q/V_g =0,18/0,025 = 7,2m² , d_g = √(4f_g/Π) = 3m

•część dolna f_d = Q/V_d =0,18/1,0 = 0,18m² , d_d = √(4f_d/Π) = 0,5m

•wysokość dolnej części h_d = 0,5(d_g-d_d)ctgα/2 = 0,5(3 - 0,5)ctg15°= 4,7m
•objętość dolnej części V_d = 1/3Πh_d(d_g²/4 + d_gd_d/4 + d_d²/4) = 13,2m³

•wysokość górnej części h_g = (V₁-V_d)/f_g = (21,2 - 13,2)/ 7,2 = 1,1m

•całkowita wysokość mieszalnika H_c =h_d + h_g + h_k = 4,7+1,1+0,40 = 6,2m

3). Koryta zbiorcze

• przekrój poprzeczny f_k = Qm³/h / (2⋅3600⋅ V_k) = 3808,3/(2⋅3600⋅0,6) = 0,15m²

• ustalenie wymiarów: b_k =0,3m , h_k = 0,5m , b_k⋅h_k = 0,3⋅0,5 = 0,15 = f_k

• powierzchnia otworów na obwodzie mieszalnika Σf_o = Q/ V_o = 0,18/1,0 = 0,18m²

• liczba otworów: zakładam d = 12cm , n = 4Σf_o/Πd² = 4⋅0,18/Π⋅0,12² = 16

• odległość między osiami otworów e = Πd_g/n = Π⋅3/16 = 60cm

VI. URZĄDZENIA DO PRZYGOTOWANIA ROZTWORÓW REAGENTÓW I ICH DAWKOWANIA

ZBIORNIKI Al₂(SO₄)₃

Zbiornik zarobowy:

1).Objętość zbiornika,

zakładam: c = 15%, ρ = 1000[kg/m³], Q_d = 91400[m³/d] → n = 4

M_d = 12476,1[kg/d]

V = (M_d⋅100)/(cρn) = (12476,1⋅100)/(15⋅1000⋅4) = 20,8m³

objętość 1-go zbiornika: zakładam 3 zbiorniki V₁ = 20,8/3 = 7m³

2). Wymiary zbiornika:

przyjmuję:

h_z = 2[m]

F = V₁/h_z = 7/2 = 3,5m²

B = √F = √3,5 = 1,9m

3).wymiary komory do gromadzenia części nierozpuszczalnych

zakładam:

α = 60°

b =0,5[m]

h_s = √2/2(B - b)tgα = √2/2(1,9 - 0,5)tg60°= 1,7 [m]

V_os = 1/3h_s(B²+B⋅b+b²) = 1/3⋅1,7(1,9²+1,9⋅0,5+0,5²) = 2,7[m³]

5). Całkowita wysokość H

zakładam:

h_o = 0,4[m]

h_r = 0,2[m]

h_p = 0,5[m]

H = h_o + h_z + h_r + h_p + h_s = 0,4 + 2 + 0,2 + 0,5 + 1,7 = 4,8[m]

6). Ilość powietrza do mieszania: q = 10[ l/s*m²],

Q_p = q*F = 10*3,5 = 35[l/s]

Zbiornik roztworowy:

1).objętość

zakładam: c = 8%, ρ = 1000[kg/m³], Q_d = 91400[m³/d] → n = 4

M_d = 12476,1[kg/d]

V = (M_d⋅100)/(cρn) = (12476,1⋅100)/(8⋅1000⋅4) = 39m³,

objętość 1-go zbiornika: zakładam 3 zbiorniki V₁ = 39/3 = 13m³

2). Wymiary części użytecznej

przyjmuję h_z = 2m

powierzchnia zbiornika w rzucie F = V₁/h_z = 13/2 = 6,5[m]

przyjmuję: b = 2,4 [m], s = 2,7 [m]

3). Wysokość całkowita

zakładam: h_o = 0,4[m]

H = h_z + h_o = 2 + 0,4 = 2,4[m]

4). Ilość powietrza do mieszania

zakładam: q = 5[ l/s*m³]

Q_p = q*F = 5*6,5 = 32,4[m²]

ZBIORNIK CaO

Zbiornik do przygotowania roztworu wapnia:

1).objętość

zakładam:

c = 5%

ρ = 1000[kg/m³]

Q_d = 91400[m³/d] → n = 2

Md = 4136,8[kg/d]

V = (M_d⋅100)/(cρn) = (4136,8⋅100)/(5⋅1000⋅2) = 41,4[m³],

objętość 1-go zbiornika: zakładam 3 zbiorniki V₁ = 41,4/3 = 13,8[m³]

2). Wymiary: dla H = D

D = (4V₁/Π)^1/3= 2,6[m] = H

3). mieszadło

powierzchnia f = (0,2)*V₁ = 0,2*13,8 = 2,8[m²]

średnica d = 0,80*D = 0,80*2,6 =2,08[m]

szerokość b = f/d = 2,8/2,08 = 1,3[m]

4). Moc na wale i moc silnika

zakładam: m = 2 -ilość łopatek b = 0,44[m] - szerokość łopatki

n = 0,33[obr/s] ρ = 1000[kg/m³]

r/b =2,36 → ζ = 1,19

N_w = m*Π³*n³*ρ*b*r⁴*ζ [W]

N_w = 2*Π³*0,33³*1000*0,44*1,04⁴*1,19 = 1365[W]

Moc silnika

zakładam: k₁ = 2,0 η = 0,9

N_s = kN_w/η=2⋅1365/0,9 = 3033[W] = 3,03[kW]

Dawkowniki:

1). Wydajność dawkowania

a) roztworowy Al₂(SO₄)₃

Qd = 91400[m³/d] = 1,06[m³/s]

D_k = 65[mg/m³]

f = 2,10

dla c = 8% → ρ = 1,083[T/m³]

q₁ = (QDf)/(cρ10)= (1,06⋅65⋅2,1)/(8⋅1,083⋅10) = 1,67[l/s]

wydajność pompy do dawkowania:

Q_p=1,67/3 = 0,56[l/s] = 2004[l/h]

dobór pompy

pompa Ps 80/125mm

V_H = 245,44[cm³]

b) dla wapna

D_w = 31[mg/m³]

f = 1,46

dla c = 5% → ρ = 1,05[T/m³]

q₁ = (QDf)/(cρ10)=(1,06⋅31⋅1,46)/(5⋅1,05⋅10) = 0,91[l/s]

wydajność pompy do dawkowania:

Q_p=0,91/3 = 0,30[l/s] = 1092[l/h]

dobór pompy

pompa Mf 600/55

V_H = 95,03[cm³]

VII. FILTRY (pospieszne)

Zakładam:

T = 24[h/d]

n = 1

t₁ =20[min] = 0,33[h]

t₂ =6[min] = 0,1[h]

przyjmuję filtr średnioziarnisty

- d_min = 0,7[mm] , d_max = 1,6[mm] , d_e = 0,9[mm] - średnice zewnętrzne

K = 1,9

H = 1,3 - wysokość złoża

V_f = 8[m/h] - prędkość filtracji (przy pracy normalnej)

V_fp = (8 ÷ 10)[m/h] - prędkość filtracji (przy obciążeniu)

q = 55[m³/h*m²]=15,278[dm³/s*dm²]

e = 30% - ekspansja złoża

[m²]

liczba filtrów:

N=0,5*

N=0,5*
=11,6≈12

Powierzchnia 1 filtru

F₁=
[m²]

Wymiary filtru:

L/B>2

B =5[m]

L =9[m]

Sprawdzenie prędkości filtracji przy obciążeniu:

N₁=2 -liczba filtrów nie pracujących w danej chwili

V_fp=V_f
[m/h]

V_fp =(8 ÷ 10)[m/h] zgadza się

Drenaż rurowy:

-powierzchnia otworów drenażu

Σf_o=(0,20%)*F₁

Σf_o

-przepływ wody płuczącej

q_f = q*F₁ = 55*45=247[m³/h*m²]=0,69[m³/s*m²]

-średnica przewodu głównego

zakładam:

V_g=1,75 [m/s]

0,71[m]

n - liczba przewodów bocznych

zakładam:

l = 25 [cm]=0,25 [m]

n = 70

-średnica przewodu bocznego:

zakładam:

V_b=1,25 [m/s]

0,1[m]

-ilość otworów drenażu:

zakładam:

d_o=12[mm]

948

Koryta popłuczyn:

q_f = 0,69 [m³/s*m²]

Zakładam ilość koryt n_k =4

[m³/s*m²]

-przekrój poprzeczny koryta:

x = 0,49*q_k^0,4 = 0,49*0,1725^0,4 = 0,24

-wysokość koryta:

1,5*x + x ≤ Δh_k

1,5*0,24 + 0,252 = 0,64

Δh_k=
zgadza się

-obniżenie dna koryta popłuczyn do dna kanału popłuczyn:

zakładam B_kz = 0,70

H_kz=0,8*
0,99[m]

-całkowita wysokość zbiornika:

przyjmuję:

h_o= 40[cm]

h_p>0,35+d_g = 0,35 + 0,71=1,06[m]

H_c= h_p+H+(≥2)+h_o

H_c= 1,2+1,3+2,1+0,40 = 5,0 [m]

Straty podczas płukania filtru:

1) straty na drenażu

V_g=1,75[m/s]

V_b=1,25[m/s]

d_g=0,71[m]

n_o= 948

d_o= 0,012[m]

2) straty w warstwie podtrzymującej

h_r= 0,08*h_p*q

h_p=1,1[m]

q =55[m³/h*m²] = 0,0153[m³/s*m²]

h_r = 0,08*1,1*0,0153 = 0,00135[m]

3) straty na złożu filtracyjnym:

ρ_w =1000[kg/ m³]=1[T/m³]

ρ_z =2,65[T/m³] -(piasek kwarcowy)

m_o= 40[%]

H = 1,3[m]

Suma strat:

Δh_str = 6,73+ 0,00135 +1,287 = 4,02[m]

Odstojnik popłuczyn:

Objętość użyteczna:

t₂ = 6[min]=360[s]

V_uż = q_f*t₂

V_uż = 0,69*360=248,4[m³]

1 filtrat

V_1f = t*Q₁

H = 6[m]

D = 6,5[m]

Zakładam:

T = 4[min]=0,066[h]=0,00278[d]

Q₁=
[m³/d]

V_1f =0,00278*7617 =21,17[m³]

VIII. URZĄDZENIA DO DEZYNFEKCJI WODY I ZBIORNIKI CZYSTEJ WODY:

Dezynfekcja:

Przyjmuję:

D_Cl2 =1,0[g/m³]

Dobowe zużycie reagenta:

M_Cl2 = Q_d* D_Cl2*10^-3[kg/d]

Q_d = 91400[m³/d]

M_Cl2 = 91400*1,0*10^-3 = 91,4[kg/d]

Dobieram chlorator:

C7 z zakresu II 50 o średniej wydajności 1000[g/h]

Liczba chloratorów:

N_Cl2=
2

przyjmuję 2 chloratory pracujące i 1 chlorator rezerwowy

chlor przechowywany w beczkach po 0,5[T]

zapas na 30 dni

30*91,4 = 2742[kg/d]-6 beczek

magazyn na około 6 beczek

objętość zbiorników awaryjnych

V_Cl2 = 0,348*G

G = 500[kg]

V_Cl2 = 0,348*500=174

Ilość zasady sodowej

M_NaOH =1,2*G =1,2*500=600

Zbiorniki czystej wody:

Objętość zbiorników: V = V₁+V₂+V₃

V₁ = Q_d ⋅u = 91400 ⋅16% = 14624[m³]

V₂ = Q_h⋅t = 3808,3⋅1h = 3808,3[m³]

V₃ = q_f ⋅t⋅z = 0,69⋅360⋅2 = 496,8[m³]

V = 14624+3808,3+496,8 = 18929[m³]

Zakładam:

H=8[m]

h_o=40[cm]]

Wysokość całkowita zbiornika:

H_c=8+0,40 = 8,4[m]

Objętość 1 zbiornika:

Ilość zbiorników :2

V₁=
[m³]

F =
[m²]

średnica zbiornika:

38[m]

1