Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Inżynieria Środowiska

Oczyszczanie wody i ścieków

KONCEPCJA TECHNOLOGICZNA STACJI UZDATNIANIA WÓD POWIERZCHNIOWYCH

Wykonały:

Beata Moszczenko

Karolina Mrozowska

Rok II

Sprawdził:

Dr inż. Marek Rynkiewicz

Koncepcja technologiczna stacji uzdatniania:

- Liczba mieszkańców: 65 000

- Temperatura wody: 8 - 20 ⁰ C

- Barwa wody: 50 - 70 [mgPt/dm³]

- Odczyn w skali pH : 7,0

- Zasadowość: 1,1 [mval/dm³]

- Mętność wody: 50-60 [mg/dm³]

- Koagulant: glinowy

-Zawartość zawiesin w wodzie surowej: 40 mg/dm³

- 10 % mieszkańców klasa 4, 90 % mieszkańców klasa 5

Schemat podstawowy stacji uzdatniania wody:

Woda powierzchniowa z ujęcia

Skratki Krata(sito)

Roztwór

Mieszalnik Dawkownik

koagulantu

Komora fluktuacji Zbiornik roztworowy

Osady Osadnik Zbiornik zarobowy

Magazyn koagulantu

Ścieki po Filtr pospieszny

płukaniu filtru

Urządzenie do dezynfekcji Dowóz koagulantu

Zbiornik wody czystej

Do pompowni i do sieci wodociągowej

Wskaźniki zapotrzebowania na wodę

1) Średnie zapotrzebowanie dobowe na wodę w ciągu roku

Q_dśr=q_dśr*j.o.

kl. 4 Q_dśr4=100*10%*65 000=650 000
=650

kl. 5 Q_dśr5=160*90%*65 000=9 360

Q_dśr=Q_dśr4+Q_dśr5=650+9 360=10 010

2) Przewidywane sumaryczne zapotrzebowanie na wodę w ciągu roku

Q_r=Q_dśr*365dni

Q_r=10 010*365=3 653 650 [
]

3) Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę w ciągu rozpatrywanego roku

Q_dmax=Q_dśr*N_d

Q_dmax=10 010*1.5=15 015

4) Średnie godzinowe zapotrzebowanie na wodę

Q_hśr=

Q_hśr=15 015/ 24 = 625,6

5) Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę

Q_hmax=Q_hśr*N_h

Q_hmax= 625,6*1.6=1 001

Koagulant glinowy- rodzaj 14, gatunek I

6) mętność:

D=7*

D₁=7*
=49.50

D₂=7*
=51.91

D₃=7*
=54.22

7) barwa:

D=7*

D_min =7*
=49.50
(min.)

D_śr = 7*
=54,22

D₃=7*
=58,56
(max.)

Do dalszych obliczeń przyjmujemy dawkę 58,56
, 49.50
.

8) zasadowość:

dana zas.M=1.1
=1.1

obliczenia:

W*D+0.7=0.009*58.56+0.7=1.227

1.1<1.227- należy dodać wapna

W - współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody w

procesie hydrolizy koagulantu ( dla siarczanu glinu W = 0,009 )

M - zasadowość naturalna

0,7 - zapas zasadowości naturalnej wody warunkujący właściwy przebieg hydrolizy

koagulantu

9) dawka wapna:

D_CaO=28*(W*D+0.7-zas.M)

D_CaO=28*(0.009*58.56+0.7-1.1)=3.557

10) Zapas koagulantu

D₁=49,50

D₂=58,56

Obliczanie rocznego zużycia koagulantu:

M_r=Q_d*f*(D₁*181dni+D₂*181dni)*10^-3[
]

M_r=10 010*2.12*(58,56*182+49,50*183)*10^-3 = 418 406,09[
]

-całkowite roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego

- średnie dobowa wydajność stacji uzdatniana wody brutto (
/dobę)

- współczynnik przeliczeniowy koagulantu chemicznego czystego i bezwonnego na

produkt techniczny

-dawka reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwonnej

Maksymalne dobowe zużycie koagulantu:

M_dmax=Q_dmax*D_max*f*10^-3

M_dmax=15 015 * 58,56* 2,12 *10^-3= 1864,07

Minimalne dobowe zużycie koagulantu:

M_dmin=Q_dśr*D_min*f*10^-3

M_dmin=10 010*49,50*2,12*10^-3=1050,24

Średnie dobowe zużycie koagulantu:

M=

M= 1146,32

Zapas koagulantu:

Z₁=T_min*M_dmax

Z₁=15dni*1864,07
=27 961,05

Z₂=T_max*M_dmin

Z₂=30dni*1050,24
=31 507,20

Do dalszych obliczeń przyjęto zapas 31 507,20

T- czas, na jaki wystarczy reagenta przy maksymalnym dobowym zużyciu

Powierzchnia magazynowania

1.)Objętość magazynu na mokro:

- współczynnik zapasu uwzględniający możliwość przyjęcia do całkowicie wypełnionego

magazynu jedną dostawą reagenta.

- gęstość roztworu reagenta przy danym stężeniu

z - zapas reagenta.

c - stężenie roztworu reagenta w zbiorniku magazynującym

Przyjęto zbiornik o pojemności 135
( wymiary 5 x 9 x 3 )

Objętość czynna zbiorników

1.) Objętość zbiorników:

V_m =

zarobowy V_m =
= 3,20 [m³

roztworowy V_m =
= 20,43m³ ≈ 20,5 m³

C - wymagane stężenie roztworu (zarobowy - 20 %, roztworowy - 4%)

p - gęstość roztworu ( zarobowy - 1453kg/m
, roztworowi - 1140 kg/m
)

n - liczba przygotowań roztworu w ciągu doby zależna od dobowej wydajności stacji

(Q
10000 m
/d
n = 1~ 2 d
)

Przyjęto wymiary zbiorników:

Zarobowy : l = 1m b = 1m H = 3,0 m

Roztworowy: l = 2,5 m b = 2,5 m H = 3,5 m

Dawkownik

1. Wydajność dawkownika roztworu i suspensji:

- wydajność dawkownika mokrego [m³/s]

Q - średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody[m³/d]

D - dawka reagenta (g/m³)

c - stężenie dawkowanego roztworu [%]

- gęstość roztworu [kg/m³]

- zawartość substancji aktywnej w dawkowanym reagencie [%]

2. Objętość użyteczna dawkownika:

V = 3,6 * q_d * T = (3,6 * 0,165 * 8) = 4,76 m³ → dwa dawkowniki po 2,5 m³ każdy

- wydajność dawkownika mokrego [dm³/s]

T - czas, na jaki powinna wystarczyć jednorazowo przygotowana zawartość zbiornika [h]

Mieszalnik

=0,174*30=5,22 m³

-wymagana wydajność [m³/s]

- czas mieszania 30s

-wymagany stosunek długości i szerokości czynnej

=
=1,53m

-sprawdzenie warunków mieszania

Komora flokulacji

1. Objętość komory flokulacji:

Q - godzinowa wydajność SUW [m
/h]

T - czas przebywania wody w komorze [min.]

2) Powierzchnia komory flokulacji

3) Długość komory flokulacji

-szerokość korytarza pierwszego

-szerokość korytarza ostatniego

Przyjmujemy n=8, a zatem liczba korytarzy m=9

Nr. korytarza	Szerokość [m]
b1	0,23
b2	0,273
b3	0,316
b4	0,359
b5	0,402
b6	0,445
b7	0,488
b8	0,531
b9	0,57
L= 3,614 m

4) Szerokość komory flokulacji

5) Obliczenie wysokości strat ciśnienia

Osadnik

Koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie 40 [g/m
]

Prędkość opadania zawiesin (z tabeli)
=0,42 [mn/s]

1) Pozioma prędkość przepływu wody

[mm/s]

k - współczynnik zależny od stosunku długości osadnika L do jego głębokości

przepływowej H mierzonej w środku drogi przepływu

2) Współczynnik zapasu

3) Długość osadnika

V - pozioma prędkość przepływu wody [mm/s]

u- prędkość opadania najmniejszych cząstek [mm/s]

- współczynnik zapasu

H - średnia głębokość przepływowej osadnika [m]

4) Powierzchnia osadników w rzucie poziomym

- współczynnik zapasu

Q - obliczeniowa wydajność SUW [m
/h]

u - prędkość padania zawiesin [mm/s]

5) Szerokość osadnika

Przyjmujemy 2 osadniki o szerokości 9,10 m i długości 38m

6) Sprawdzenie warunków panujących w osadniku

Promień hydrauliczny:

B - szerokość osadnika [m]

H - średnia głębokość części przepływowej osadnika [m]

Liczba Reynoldsa

Warunek spełniony

V -pozioma prędkość przepływu wody [m/s]

v - współ. lepkości kinematycznej wody w 16°C [m
/s]

- promień hydrauliczny [m]

Liczba Froude'a

Warunek spełniony

V- pozioma prędkość przepływu wody [m/s]

- promień hydrauliczny [m]

u - przyspieszenie ziemskie [m/s
]

7) Głębokość osadnika

Całkowita średnia głębokość osadnika

H- średnia głębokość części przepływowej osadnika [m]

- wysokość wyniesienia ściany osadnika ponad zwierciadło wody [m]

- wysokość części osadnika przeznaczonej na osad i zgrzebło zgarniacza [m]

Całkowita wysokość przy wlocie

H_c' = H_c +

L - długość osadnika , i - spadek hydrauliczny

Całkowita wysokość przy wylocie

H_{c'' =} H_c -

8) Doprowadzenie wody do osadnika

Wymagana powierzchnia otworów

f₀=

n - liczba osadników

v₀ - prędkość przepływu wody przez otwory

Liczba otworów

n₀ =
otworów

f₀ - powierzchnia otworów Πr² =3,14*0,05²= 0,00785m²

9) Odprowadzanie wody z osadnika:

Długość ścianki koryta

l_k=

q_k - dopuszczalne obciążenie krawędzi koryta zbiorczego

Przekrój czynny koryta o jednostronnym zasilaniu

f_k1=

v_k - prędkość przepływu wody w korytach odpływowych [m/s]

Przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu

f_k2=

10) Komora osadowa

Wysokość komory osadowej

h_os =

- kąt nachylenia krawędzi bocznych do poziomu

b - szerokość dolnej ściętej krawędzi komory osadowej [m]

Objętość komory osadowej

V_{os =}

Okres pracy między kolejnymi opróżnieniami komory osadowej

T =

C_os = 8000 g/m³

C_o = 10 g/m³

Cp = z + k*Dk +0,25*B + A = 40 + 0,6*54,22 + 0,25*60 + 50= 137,53g/m³

Objętość zatrzymanego osadu

V_os'=

T - okres pracy między opróżnieniami

T' = T x

Filtr pośpieszny grawitacyjny

Na podstawie analizy sitowej próbki 100 g piasku kwarcowego rzecznego, średnio

ziarnistego stwierdzono

- minimalna średnica ziaren - d_min = 0,7mm

- maksymalna średnica ziaren - d_max = 1,6mm

- równoważna średnica ziaren d_e = 0,9mm

- d₁₀=0,7mm

- d₆₀=1,12mm

- współczynnik nierównomierności uziarnienia k = 1,6

Przyjęto: - wymagana ekspansja złoża e=30%

- porowatość złoża filtracyjnego m_o=45%

- wartość f ekspansji złoża f( m_o,e )=0,44

f(m_o,e)=

- średni czas wyłączania filtru w okresie jego płukania t₁ = 20 min

- czas płukania filtra t₂ = 8 min

- obliczeniowa prędkość filtracji v_f = 7,0 m/h

- czas pracy filtrów w ciągu doby T = 24 h/d

- wysokość złoża filtracyjnego =1,2m

- współczynnik kształtu ziaren = 1,2

- gęstość wody w 16°C ρ = 998,195kg/m³ / gęstość wody 5^oC ρ = 999,84kg/m³

- gęstość właściwa materiału filtracyjnego ρ_w = 2,65 g/cm³

1) Całkowita powierzchnia filtrów:

F₁=

F₂=

2) Liczba filtrów :

N₁ = ½*

N₂ = ½*

3) Długość cyklu filtracyjnego (między płukaniami):

T_f1 =
dla (20^oC)

T_f2 =
dla (8^oC)

Δh_gr- graniczna maksymalna strata ciśnienia przy przepływie wody przez złoże

B - stała wyznaczona doświadczalnie zależna od właściwości wody surowej i złoża

filtracyjnego wyrażająca wysokość przyrostu straty ciśnienia

Δh₀ - początkowa strata ciśnienia

Δh₀₁ =
dla (20^oC)

Δh₀₂ =
dla (8^oC)

H - wysokość złoża filtracyjnego (filtracyjnego)

α - współczynnik kształtu ziaren

V_f - obliczeniowa prędkość filtracji

M_o - porowatość złoża filtracyjnego

Ψ - kinematyczny współczynnik lepkości wody

d_e - równoważna średnica ziaren (mm)

4) Liczba płukań na dobę:

n₁=
co 1,5 dnia (20^oC)

n₂=
co 3 dni (8^oC)

5) Wymagana intensywność płukania filtrów:

q = 73,5 x

q₁=
dla (20^oC)

q₂=
dla (8^oC)

ρ - gęstość wody

ρ_w - gęstość właściwa materiału filtracyjnego

d_e - równoważna średnica ziaren

α - współczynnik kształtu ziaren

ψ - kinematyczny współczynnik lepkości wody

Zbiornik wody czystej

V = 2 x Q_dmax = 2 x15 015 = 30030 m³

2 zbiorniki po 15 015 m³ wymiary : 25 x 50 x 12 m

---