Politechnika Warszawska

Projekt stacji uzdatniania wody powierzchniowej z przedmiotu

„Urządzenia do uzdatniania wody i oczyszczania ścieków”

Projekt ciągu technologicznego SUW składający się z mieszalników, klarowników, filtrów pośpiesznych grawitacyjnych

Przyjęto cztery mieszalniki pionowo - wirowe.

1. Objętość czynna jednego mieszalnika

gdzie Q - maksymalne natężenie wody przez jeden mieszalnik (2708/4 = 677 m³/h)

2. Powierzchnia górnej (cylindrycznej ) części mieszalnika

gdzie: v_g- prędkość pionowa w górnej części mieszalnika

(na poziomie koryt zbiorczych ), przyjęto v_g= 0,025 m/s

3. Średnica górnej części mieszalnika

4. Wysokość dolnej (stożkowej) części mieszalnika

gdzie : d - średnica przewodu doprowadzającego wodę do mieszalnika , przy założeniu utrzymania prędkości dopływowej v_d=1÷1,2 m/s, przyjęto v_d=1,2m/s

α - kąt rozwarcia stożka; α = 30 ÷ 40 ˚; przyjęto α = 40 ˚,

5. Objętość dolnej stożkowej części mieszalnika

6. Wysokość górnej części mieszalnika

7. Całkowita wysokość mieszalnika

gdzie : h_k= 0,3 ÷ 0,5 m - wzniesienie krawędzi mieszalnika ponad zwierciadło wody,

gdzie : v_k- prędkość przepływu wody w korycie zbiorczym , przyjęto v_k= 0,6 m/s

Przy założeniu szerokości koryta równej
wysokość słupa wody wyniesie

gdzie: v₀- prędkość przepływu wody przez otwory , przyjęto v₀= 1 m/s

gdzie : d₀= 0,06÷ 0,12 m - średnica otworu, przyjęto d₀= 0,1 m

Woda z mieszalnika pionowo - wirowego odprowadzana jest przewodem kołowym, przy zachowaniu prędkości v = 0,8 ÷ 1,2 m/s przy czym czas przebywania wody w przewodzie nie powinien przekraczać 2 minut .

Dla przepływu 677 m³/h = 0,19 m³/s , przyjęto przewód o średnicy d = 0,45 m co zapewnia prędkość przepływu v =1,2 m/s.

Klarowniki z zawieszonym osadem są urządzeniami służącymi do klarowania i odbarwiania wody w drodze stosowania koagulacji i sedymentacji. Uzdatniana woda, po wymieszaniu z koagulantem oraz z innymi reagentami, doprowadzana jest do klarownika z zawieszonym osadem, gdzie zachodzi zarówno proces koagulacji i sedymentacji. Zaprojektowano klarowniki z zawieszonym osadem o jednostajnym przepływie.

Q_u - wymagana użyteczna wydajność klarownika w okresie letnim Q_u= 2708 m³/h

Q_u^' - wymagana użyteczna wydajność klarownika w okresie zimowym Q_u^'= 2292 m³/h

Z - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie surowej w okresie letnim Z = 290 g/m³

Z^'- minimalna zawartość zawiesin w wodzie surowej w okresie zimowym Z^' = 400 g/m³

B - barwa wody surowej w okresie letnim B = 30 gPt/m³

B^' - barwa wody surowej w okresie zimowym B = 65 gPt/m³

D_k - dawka koagulantu w okresie letnim D_k = 65 g/m³

D_k^' - dawka koagulantu w okresie zimowym D_k = 45 g/m³

D_w - dawka wapnia w okresie letnim D_w = 13 g/m³

D_w^' - dawka wapnia w okresie zimowym D_w = 9 g/m³

2. Obliczeniowa wydajność klarowników

Koncentracja zawiesin w wodzie dopływającej do klarownika

Średnią koncentrację zawiesin w usuwanym osadzie przyjęto przy czasie zagęszczania T = 6h

Obliczeniowa wydajność klarowników

Przy założeniu koncentracji zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika

C_o = C`_o = 12 g/m³, obliczeniowa wydajność klarowników

Strefa klarowania powinna posiadać powierzchnię

4. Powierzchnia komory zagęszczacza

Powierzchnię komory zagęszczacza oblicza się po uwzględnieniu poprzednich danych oraz współczynnika α = 0,9

F^' = F_k^' + F_zg^' = 567 + 270 = 837 m²

Do dalszych obliczeń przyjęto większe powierzchnie, czyli dla okresu zimowego F' = 837 m²

Przy założeniu, że powierzchnia 1 klarownika nie powinna przekraczać 100 m², przyjęto

n = 10 klarowników, o powierzchni każdego z nich

Powierzchnia każdej z 2 części strefy klarowania ponad zawieszonym osadem, w jednym klarowniku

Przy założeniu szerokość sfery klarowania b_k = 3 m, długość klarownika

6. Powierzchnia zagęszczacza w jednym klarowniku

Przy długości klarownika l_k = 9,5 m, szerokość zagęszczacza

7. Doprowadzenie wody do strefy klarowania

Woda do strefy klarowania doprowadzana będzie przewodami perforowanymi ułożonymi

Maksymalny dopływ wody do jednego przewodu

Ponieważ prędkość przepływu wody na początku przewodu powinna być utrzymana w granicach od 0,4 ÷ 0,6 m/s przyjęto przewód o zmiennej średnicy.

Poszczególne odcinki przewodu mają następujące długości i średnice oraz na początku każdego z nich panuje prędkość

Przy założonej prędkości v₀ = 1,8 m/s oraz średnicy otworu d₀ = 0,02 m wymagana liczba otworów wynosi

8. Odprowadzenie wody sklarowanej na zewnątrz klarownika

Woda sklarowana gromadząca się ponad warstwą zawieszonego osadu odprowadzana będzie za pomocą koryt zbiorczych umieszczonych przy ścianach strefy klarowania wzdłuż całej długości klarownika.

Ponieważ z jednej strefy klarowania odprowadzana będzie woda w ilości q_k = 0,0318 m³/s, to przy zachowaniu prędkości przepływu wody w korycie v_k = 0,6 m/s, wymagany przekrój koryta

szerokość b = 0,2 m, maksymalne napełnienie h = 0,135 m.

Woda sklarowana do koryta zbiorczego dopływać będzie przez przelewy Thomsona.

Przy łącznej długości koryt w jednej strefie klarowania 2 ∙ l_k = 2 ∙ 9,5 = 19 m

oraz ilości wody odprowadzanej: 0,0318 ∙ 3600 = 114,5 m³/h, obciążenie krawędzi przelewu

q = 114,5 : 19 = 6,03 m³/(h ∙ m) będzie mniejsze od wartości krytycznej wynoszącej

Dla q = 6,03 m³/(h ∙ m) napełnienie przelewów wynosi około 4cm.

Przyjęto całkowitą wysokość koryta h = 0,260 m.

9. Odprowadzenie nadmiaru osadu do zagęszczacza

Nadmiar osadu zawieszonego, ze strefy klarowania do komory zagęszczacza, odpływać będzie przez otwory umieszczone w ścianie pionowej rozdzielającej klarownik na te dwie części.

Ilość odpływającego przez otwory nadmiernego osadu

Prędkość przepływu osadu przez otwory powinna być utrzymana w granicach

v_ot = 36 ÷ 54 m/h. Przy założeniu prędkości v_ot = 42 m/h. Powierzchnia otworów

Przyjmuję otwory o przekroju prostokątnym i wysokości h_ot = 0,3 m.

Przyjęto 10 otworów o szerokości jednego b_ot = 0,27 m i odległości miedzy osiami

10. Odprowadzenie wody z komory zagęszczacza

Woda sklarowana z komory zagęszczacza odprowadzana jest za pomocą perforowanych przewodów ułożonych na głębokości 0,3 m poniżej zwierciadła wody. Odległość od osi tych przewodów do górnej krawędzi otworów między strefą klarowania i komorą zagęszczacza nie może być mniejsza niż 1,5 m. Woda sklarowana odprowadzana będzie dwoma przewodami.

Ilość wody odprowadzanej każdym przewodem, przy uwzględnieniu strat wody przy usuwaniu osadu

gdzie: K_r - współczynnik uwzględniający rozcieńczenie usuwanego osadu,

n - liczba klarowników w stacji, n = 10

Przy utrzymaniu warunku, że prędkość wypływu wody z przewodu nie może przekraczać prędkości v_oz = 0,6 m/s, przyjęto średnicę przewodu d_oz = 0,15m, co odpowiada prędkości wypływu wody z przewodu v_oz = 0,51 m/s.

Woda dopływa do przewodów przez otwory o osiach odchylonych od osi pionowej przewodu o 45°, umieszczone w dolnej jego części.

Przy założeniu średnicy otworu d₀ = 0,018 m oraz prędkości przepływu wody przez otwór

V₀ = 1,5 m/s liczba otworów o jednym przewodzie

Przy długości klarownika l_k = 9,5 m odległość między osiami otworów

Wysokość klarownika liczona od osi przewodu doprowadzającego wodę do strefy klarowania do górnej krawędzi koryt zbiorczych w strefie klarowania

gdzie: b_k - szerokość jednej części strefy klarowania, przyjęto b_k = 3,0 m

b - szerokość koryta odprowadzającego wodę sklarowaną ze strefy klarowania, przyjęto b = 0,2 m

α - kąt zawarty między prostymi przeprowadzanymi od osi przewodu doprowadzającego wodę do górnej krawędzi koryt zbiorczych,

Wysokość warstwy wody ponad zawieszonym osadem przyjęto h_w = 1,7 m.

Wysokość dolnej części klarownika o ścianach odchylonych od pionu

gdzie: a - szerokość dna dolnej części strefy klarowania, przyjęto a = 0,4 m

β - kąt nachylenia ścianek względem poziomu, przyjęto β = 70°

Przy uwzględnieniu powyższych wymiarów oraz wysokości otworów prostokątnych do odprowadzania nadmiaru osadu h_ot = 0,3 m, wysokość warstwy zawieszonego osadu w klarowniku

Spełniony zostaje warunek: 1,5 m ≤ h_z ≤ 2,5 m

12. Sprawdzenie czasu przebywania osadu w komorze zagęszczacza

gdzie: b_zg - szerokość całkowita zagęszczacza, przyjęto b_zg = 2,85 m

Ilość osadu dopływającego w ciągu godziny do zagęszczacza

Ponieważ w obu przypadkach czas zagęszczania przekracza 12h należy przewidzieć konieczność usuwania osadu dwukrotnie w ciągu doby (1 raz na 12h).

13. Odprowadzenie osadu z komory zagęszczacza

Osad z zagęszczacza odprowadzany jest dwoma przewodami perforowanymi.

Czas przepływu osadu przez przewód przyjęto t_p = 0,33 h.. Prędkość przepływu osadu na końcu przewodu: v₁ ≥ 1,0 m/s. Prędkość przepływu osadu w otworach: v₂ ≥ 3,0 m/s.

Biorąc pod uwagę najniekorzystniejsze warunki (wypełnienie całej objętości zagęszczacza), wymagana przepustowość przewodu odprowadzającego

Przyjęto przewód o średnicy d_p = 0,2 m. Przy tej średnicy, prędkość przepływu na końcu przewodu v₁ = 1,39 m/s. Przy założonej prędkości przepływu wody w otworach v₂ = 4 m/s i przy średnicy otworu d₀ = 0,02 m, wymagana liczba otworów w jednym przewodzie:

Przy długości klarownika l_k = 9,5 m, odległość między osiami otworów

Klarownik korytarzowy z zawieszonym osadem

1. Doprowadzenie wody; 2. Koryta zbiorcze wody sklarowanej; 3. Odprowadzenie wody;

4. Odprowadzenie wody ze strefy zagęszczania; 5. Odprowadzenie osadu zagęszczonego

Zaprojektowano filtry pospieszne dwuwarstwowe otwarte (grawitacyjne) wypełnione złożem filtracyjnym z piasku kwarcowego i antracytu.

Maksymalna dobowa przepustowość Q = 65000 m³/d.

1. Charakterystyka złoża filtracyjnego

Przyjęto filtr pospieszny grawitacyjny dwuwarstwowy.

- minimalna średnica ziaren d_min ≤ 0,4 mm

- maksymalna średnica ziaren d_max = 1,2 mm

- średnica miarodajna (wymiar czynny) d₁₀ = d_m = 0,455 mm

- średnica przeciętna d₆₀ = d_śr = 0,76 mm

- średnica przeciętna, wg normatywów radzieckich d₈₀ = d_śr = 0,87 mm

- współczynnik nierównomierności uziarnienia K = 1,91

- minimalna średnica ziaren d_min ≤ 0,85 mm,

- maksymalna średnica ziaren d_max = 1,8 mm,

Całkowita wysokość warstwy H = H_p+ H_a = 1,3 m

Przyjęto warstwę filtracyjną o wysokości H_p = 0,35 m ze żwiru o uziarnieniu 2 ÷ 40 mm.

2. Powierzchnia całkowita i liczba filtrów

gdzie: v_f - obliczeniowa prędkość filtracji: przyjęto v_f = 10 m/h

Q - wymagana maksymalna dobowa wielkość dostawy wody do sieci wodociągowej

T - nominalny czas pracy filtru w ciągu doby; przyjęto T = 24 h

n - liczba płukań każdego filtru na dobę; przyjęto n = 2 d^-1

t₁ - średni czas wyłączenia filtru z efektywnego działania w związku z jego płukaniem,

t₂ - średni czas płukania filtru; przyjęto t₂ = 6 min = 0,1 h

q - intensywność płukania wodą i powietrzem filtru ustalana dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania:

Uwzględniając zalecenia dotyczące powierzchni pojedynczego filtru oraz ich liczby ze względu na utrzymanie odpowiednich parametrów pracy przyjęto N = 12 filtrów.

Przyjęto filtry o wymiarach: szerokość B = 5 m, długość L = 5 m, co odpowiada powierzchni każdego filtru 25 m². Powierzchnia łączna filtrów wynosi F = 25 ·12 = 300 m².

4. Prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów

Zakładając, że płukaniu poddawany jest tylko jeden filtr oraz, że jeden filtr wyłączony jest do remontu, prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów wyniesie

gdzie: v_f - obliczeniowa prędkość filtracji; przyjęto v_f = 10 m/h

N - liczba wszystkich filtrów na stacji o sumarycznej powierzchni F: przyjęto N = 12

N₁ - liczba filtrów wyłączonych do remontu; przyjęto N₁ = 2

Przyjęto drenaż płytowy z dyszami filtracyjnymi.

Przyjęto dysze grzybkowe z polistyrenu produkcji ZM „Elwo” w Pszczynie.

Czasza dyszy posiada 36 szczelin o wymiarach 0,8 x 10 mm.

Łączna powierzchnia szczelin w 1 dyszy wynosi

Sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach

gdzie: F - powierzchnia filtru; przyjęto F = 26 m²

p - procentowy stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni

Projektuje się płyty drenażowe o wymiarach 1×1 m w osi. Liczba płyt wynosi 24. W każdej z płyt powinno być n₁= 1007/24 = 42 dysze (przyjmuje się n₁ = 42 dysz rozstawionych równomiernie w układzie 6 ×7 sztuk). Stąd dysze powinny być rozstawione w odstępach

6. Wysokość strat ciśnienia przy płukaniu filtru

gdzie: q- intensywność płukania filtru [l/s]: przyjęto 13,24 l/s

gdzie: α, β - współczynniki zależne od rodzaju dyszy, dla dysz nie zatkanych: przyjęto α = 1120, β = 2,00

Strata wysokości ciśnienia w warstwach podtrzymujących

gdzie : H_p- wysokość warstwy podtrzymującej,

Strata wysokości ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej

Przy założeniu ρ_z = 2,65 g/m³, ρ_w = 1 g/m³ oraz porowatości m_o = 40 % strata wysokości ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej wynosi

h = h_d + h_p+ h_f= 1,15 + 0,37 + 1,29 = 2,81 m

Przyjęto koryta zbiorcze o przekroju złożonym:

w górnej części o ścianach pionowych, a w dolnej o kształcie trójkąta.

Przy długości filtru L = 5 m, przyjęto n_k = 2 koryta zbiorcze, o długości między osiami

Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości

gdzie: q_pl - ilość wody niezbędna do płukania filtru [m³/s]

gdzie: q_max - maksymalna intensywność płukania przy temp. wody 20⁰C

f − powierzchnia jednego filtru: przyjęto f = 24,2 m²

Wykorzystując zależności przedstawione w nomogramie do określenia wymiarów koryt zbiorczych filtrów pospiesznych przy zbiorczego = 1,5, szerokość koryta zbiorczego wyniesie B_k= 0,45 m

Wysokość prostokątnej części koryta

Wzniesienie krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego:

Do obliczenia wzniesienia krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego przyjęto e = 45 % i H =1,20 m

Ponieważ ∆h_k > h_k przyjęto ostatecznie h_k = 0,89 m

Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości B_kz = 1,0m.

Wysokość kanału zbiorczego mierzona od dna koryt zbiorczych

8. Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę

Przewód doprowadzający wodę uzdatnioną

Przewód doprowadzający wodę do każdego z filtrów

Przewody odprowadzające wodę przefiltrowaną

Przewód doprowadzający wodę do płukania

Przyjęto średnicę jak głównego przewodu drenażowego, czyli 900 mm

Przewód odprowadzający wodę do płukania

Całkowita strata wysokości ciśnienia przy przepływie wody przez filtr w czasie płukania

- wysokość geometryczna od dna komory do krawędzi koryta zbiorczego[m]

Filtr pospieszny dwuwarstwowy grawitacyjny

Nr odcinka przewodu	Długość [m]	Średnica [mm]	Prędkość [m/s]
1	3,1	300	0,44
2	3,1	250	0,43
3	3,0	200	0,57

Liczba dni	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
		90	93	85	97
	Dawka siarczanu glinu [g/m³] Dawka wapna [g/m³]	50	60	45	65
		10	12	9	13