Politechnika Wrocławska Wrocław , 10.02.2015

Wydział Inżynierii Środowiska

Inżynieria Środowiska

Studia niestacjonarne I st.

Zakład Oczyszczania Wody

Magdalena Grabowska 193482

rok III

rok akademicki

2014/2015

SPIS TREŚCI

1. DANE PROJEKTU 3

1.1 ORZECZENIE O JAKOŚCI WODY SUROWEJ 3

1.2 UKŁAD TECHNOLOGICZNY 3

2. OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE

2.1 OBLICZANIE ZASADOWOŚCI M 3

2.1.1 PARAMETRY WODY 4

2.2 USTALENIE DAWKI KOAGULANTU 4

2.3 KOREKTA PH – DAWKA WAPNA 5

2.3.1 PARAMETRY WODY SUROWEJ 5

2.3.2 PARAMETRY WODY SUROWEJ PO KOAGULACJI 5

2.4 DEZYNFEKCJA - CHLOR 6

3. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW 6

3.1.MAKSYMALNE DOBOWE ZUŻYCIE REAGENTÓW 6

3.2 NIEZBĘDNY ZAPAS REAGENTÓW 7

4. OBLICZENIA URZĄDZEŃ

4.1 URZĄDZENIA DO ROZTWARZANIA I DAWKOWANIA REAGENTÓW 8

4.2 ZBIORNIKI DO PRZYGOTOWANIA MLEKA WAPIENNEGO 9

4.3 KOMORA SZYBKIEGO MIESZANIA Z MIESZADŁEM MECHANICZNYM 9

4.4 KOMORA WOLNEGO MIESZANIA Z MECHANICZNYMI MIESZADŁAMI ŁOPAKOWYMI 12

4.5 OSADNIK O PRZEPŁYWIE POZIOMYM 12

4.6 FILTRY POSPIESZNE GRAWITACYJNE 15

4.7 DOBÓR UZIARNIENIA 18

5. ZBIORNIKI WODY CZYSTEJ

5.1 CAŁKOWITA OBJĘTOŚĆ ZBIORNIKA MAGAZYNUJĄCEGO CZYSTĄ WODĘ 24

5.2 OBJĘTOŚĆ POJEDYNCZEGOZBIORNIKA 24

5.3 POWIERZCHNIA POJEDYNCZEGO ZBIORNIKA 25

5.4 ŚREDNICA POJEDYNCZEGO ZBIORNIKA 25

5.5 RZECZYWISTA POWIERZCHNIA ZBIORNIKA 25

5.6 RZECZYWISTA V ZBIORNIKA 25

6. GOSPODARKA WODNO ŚCIEKOWA 26

6.1 ILOŚĆ POPŁUCZYN 26

7. DOBÓR RUROCIĄGÓW 28

7.1 DOPŁYW DO ZUW 28

7.2 DOPŁYW DO SZYBKIEGO MIESZACZA 28

7.3 DOPŁYW NA FILTRY 28

7.4 DOPŁYW WODY PŁUCZĄCEJ DO FILTRA 31

7.5 ODPŁYW POPŁUCZYN DO RUROCIĄGU 32

8.OPIS TECHNICZNY 33

1. DANE PROJEKTU

Pochodzenie wody : woda powierzchniowa

Przeznaczenie wody : woda do spożycia

Wydajność zakładu oczyszczania wody : 5 100 m³/d

Woda, która będzie oczyszczana w projektowanej stacji uzdatniania charakteryzuje się następującymi parametrami:

Wskaźnik	Wartość wskaźnika w wodzie surowej	Wartości dopuszczalne
Temperatura wody	10°C	-
Mętność	12 NTU	1 NTU
Barwa	35 gPt/m^3	15 gPt/m^3
Zapach	Z2R	akceptowalny
pH	6,9	6,5-9,5
Twardość ogólna	15,8°tw	-
Twardość niewęglanowa	6,9°tw	-
Żelazo ogólne	0,2 g/m^3	0,2 g/m^3
Mangan	0,05 g/m^3	0,05 g/m^3
Azot amonowy	0,35 g/m^3	0,5 g/m^3
Azot azotynowy	śladowy	-
Azot azotanowy	0,5 g/m^3	-
Utlenialność	8,4gO2/m^3	5,0gO2/m^3
Ciała rozpuszczone	285g/m^3	-
Ciała rozpuszczone mineralne	270g/m^3	-
Zawiesiny ogólne	5 g/m^3	-
Chlorki	60 g/m^3	250 g/m^3
Siarczany	100 gSO4^2-/m^3	250 g/m^3

1. ORZECZENIE O JAKOŚCI WODY SUROWEJ

Ujmowana woda to woda powierzchniowa mająca zwiększoną mętność, barwę i utlenialność. Charakteryzuje się średnią twardością i zapachem akceptowalnym. Dodatkowo stężenie jonów amonowych jest wyższe niż dopuszczalne. Woda wykazuje zwiększone wskaźniki zanieczyszczenia bakteriologicznego.

Na podstawie karty charakterystyki wody, stwierdzono, iż woda ta w stanie surowym nie nadaje się do spożycia, należy poddać ją procesowi oczyszczania, celem spełnienia Rozporządzenia Ministra z dnia 29 marca 2007.

UKŁAD TECHNOLOGICZNY.

Układ technologiczny zawiera kolejne etapy oczyszczania wody powierzchniowej.

Jest to układ poprawiający jakość wody, a także jej skład chemiczny.

Przyjęto następujące procesy oczyszczania wody:

• Koagulacja

• Sedymentacja

• Filtracja

• Dezynfekcja

Dobrano następujący układ technologiczny:

1. Komora szybkiego mieszania hydrauliczna( KOAGULACJA)

2. Osadnik pionowy zespolony z komorą reakcji

3. Filtr pospieszny, grawitacyjny, piaskowo- węglowy (z granulowanym węglem aktywnym)

4. Chlorator (DEZYNFEKCJA)

5. Zbiornik wody czystej

2. OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE

T­­_WO – 15,8 °tw

T_WN – 4,2°tw

2.1 OBLICZANIE ZASADOWOŚCI M

Zas M = T_WW

T_WO = T_WN + T_WW

T_WW = T_WO – T_WN = 15,8 - 4,2 = 11,6°tw

T_WW = 11,6/2,8 = 4,14 mval / dm³ = 207 g CaCO₃ / dm³

2.1.1 PARAMETRY WODY

Przed koagulacją	Po koagulacji
Zas M = 207 g CaCO3 / dm^3 CO2 wolny = 20 g CO2 / m^3 CO2 przynależny = 20 g CO2 / m^3 CO2 agresywny = 0 g CO2 / m^3	Zas M = 189 g CaCO3 / dm^3 CO2 wolny = 36 g CO2 / m^3 CO2 przynależny = 16 g CO2 / m^3 CO2 agresywny = 20 g CO2 / m^3

2.2 USTALENIE DAWKI KOAGULANTU

Mętność 30 NTU

Barwa 25 g Pt/m³

Mętność D = D = = 38,3 g / m³

Barwa D = D = = / m³

Zas M > W · D + 0,7

Przyjęto koagulant – siarczan glinu – Al₂(SO₄)₃ x 18 H₂O

Dawka D_k­ = 40 g / m³

Sprawdzenie zasadowości M po koagulacji.

Zas M < W · D + 0,7

Zas M – naturalna zasadowość wody, 4,07 mval / dm³

W – współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody (w procesie hydrolizy koagulantu) dla siarczanu glinu 0,009 val / dm³

D – dawka koagulantu, D_­k = / m³ [g Al₂(SO₄)₃ x 18 H₂O / m³]

0,7 – zapas zasadowości naturalnej wody, warunkujący właściwy przebieg hydrolizy koagulantu [val / dm³]

4,07 val / dm³ > 0,009 val / dm³ · 40 + 0,7

4,07 val / dm³ > 1,06 val / dm³

Zas M > W · D + 0,7

Naturalna zasadowość jest wystarczająca i umożliwia całkowitą hydrolizę dawkowanego koagulantu.

2.3 KOREKTA pH – DAWKA WAPNA

2.3.1 Parametry wody surowej.

pH – 7,3

Z nomogramu równowagi węglanowo – wapniowej dla wody surowej odczytano:

CO₂ wolny = 20 g CO₂ / m³

CO₂ przynależny = 20 g CO₂ / m³

CO₂ agresywny = 0 g CO₂ / m³

2.3.2 Parametry wody surowej po koagulacji:

Obniżenie zasadowości M

∆ Zas M = D · 0,45 = 40 ∙ 0,45 = 18[g CaCO₃ / m³],

Nowa Zas M = 207 – 18 = 189 [g CaCO₃ / m³].

Zwiększenie wartości CO₂ wolnego:

∆CO₂ = D ∙ 0,4 = 40 ∙ 0,4 = 16 [g CO₂ / m³]

CO₂ wolny = ∆CO₂ + CO₂ wolny [g CO₂ / m³],

CO₂ wolny = 16 + 20 = 36 [g CO₂ / m³]

Z nomogramu równowagi węglowo – wapiennej odczytano

CO₂ przynależne – 16 [g CO₂ / m³]

CO₂ agresywne = CO₂ wolne – CO₂ przynależne [g CO₂ / m³];

CO₂ agresywne = 36 - 16 = 20 [g CO₂ / m³].

Obliczanie dawki wapna niezbędnego do związania CO₂ agresywnego pozostałego w wodzie po procesie koagulacji.

Zakładamy, że zostanie związane wapna

2CO₂agr. = CaO + H₂O → Ca(HCO₃)₂

2 · 44	↔	56g
x (D CaO)	↔	16g

D Cao = 28,16 [g CaO / m³]

Parametry wody po dawkowaniu D CaO = 28,16 [g CaO / m³]

∆ Zas M = (28,16 · 50) / 28 = 50,29 [g CaCO₃ / m³]

Zas M’ = 189 + 50,29 = 239,29 [g CaO / m³]

Z nomogramu równowagi węglowo – wapiennej odczytano:

CO₂ przynależne – 28 [g CO₂ / m³],

CO₂ agresywny’ = 38 – 16 – 28 = -6 [g CO₂ / m³],

CO₂ agresywny’ = -6 [g CO₂ / m³] < 2 [g CO₂ / m³].

Przyjęto dawkę D CaO = 16 [g CaO / m³]

2.4 Dezynfekcja - Chlor

Potrzebna dawka chloru:

gCl₂/m³

3. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW

3.1 Maksymalne dobowe zużycie reagentów

(kg,d)

Q_dmax- maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, m³/d

D_max- maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na podstawie badań technologicznych, kg/m

f- współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.

• Maksymalne dobowe zużycie koagulantu:

• Maksymalne dobowe zużycie wapna:

• Maksymalne dobowe zużycie chloru:

3.2 Niezbędny zapas reagentów

T_m- czas składowania- 30 dni

• Zapas koagulantu:

• Zapas wapna:

• Zapas chloru:

  3. Powierzchnia magazynów

Obliczenie powierzchni magazynu „na sucho” :

F - powierzchnia magazynu, m²

α - współczynnik zwiększający ze względu na transport wewnętrzny

ρ_n – gęstość nasypowa reagenta, kg/m³

h_s – dopuszczalna wysokość składowania, m

Z – wymagany zapas reagenta, kg

KOAGULANT:

= 1,2

Z = 32544 kg

ρ_n = (1100÷1300) przyjęto : 1200 kg/m³

h_s = 2,0 m

Przyjmujęto powierzchnię magazynu koagulantu F=16,8 m² (4m×4,2m)

WAPNO:

= 1,2

Z= 13017,6 kg

ρ_n = 1000 kg/m³

h_s = 1,5 m

Przyjęto powierzchnię magazynu wapna 10,5 m² (3,0m×3,5m)

CHLOR:

Chlor jest przechowywany w 45 kg butlach i z 30-dniowym zużyciem. Jedna butla zajmuje , więc niezbędna powierzchnia magazynu wynosi:

Ilość butli: $\frac{2604}{45}$ =58 butli

Przyjęto powierzchnię magazynu F=58 • 0, 5 = 29 m² (5,0m×6,0m)

Przyjęto całkowitą powierzchnie chlorowni 30 m² o wymiarach 5x6 m.

4. Obliczenia urządzeń:

4.1 Urządzenia do roztwarzania i dawkowania reagentów

Zbiorniki zarobowy i roztworowy dla koagulantu:

• Zbiornik zarobowy:

V₁ - objętość zbiornika zarobowego, m³

Q_g - wydajność, m³/h

a - dawka koagulantu, g/m³

n - liczba zarobów w okresie doby

procentowe stężenie roztworu (przyjęto 20%)

Q_d = 22600 m³ / d

Q_g = 22600 / 24 = 942 m³ / h

Przyjęto zbiornik o objętości 1,6 m³. Wymiary: dł. 1,2 m, sz. 1,2 m, wys. 1,6m.

• Zbiornik roztworowy

V₂- objętość zbiornika roztworowego, m³

b- procentowe stężenie roztworu: 5-10%, przyjęto 10%

Przyjęto zbiornik o objętości 9,7 m³. Wymiary: dł. 2,2 m, sz. 2,2 m, wys. 2,0 m.

4.2. Zbiorniki do przygotowania mleka wapiennego.

Objętość zbiorników roztworowych :

gdzie:

Q_g = 22600 / 24 = 942 m³ / h

a – dawka wapna 16

b – stężenie roztworu wapna; b = 5%

n – liczba zarobów w ciągu doby; n = 2

Przyjęta całkowita objętość zbiorników : V= 3,7 m³

3,7 / 2 = 1,85 m³ objętość 1 zbiornika

Zakładając że H=D otrzymujemy:

Zatem przyjęto 2 zbiorniki o wymiarach: D = 1,33 m oraz H= 1,33 m

3. Komora szybkiego mieszania z mieszadłem mechanicznym:

• Objętość mieszacza:

Q - wydajność

t - przyjęto czas przetrzymywania wody w mieszaczu t =120 s

• Wysokość mieszacza:

Wysokość mieszacza przyjęto H=3,5 m

• Powierzchnia:

• Średnica mieszacza:

Przyjęto mieszacz cylindryczny, którego średnica wynosi 3 ,5 m.

• Projektowanie mieszadeł:

Średnica mieszadła (d)

d = 2,1 m

Szerokość łopatki (b)

b = 0,21 m

Wysokość zawieszenia mieszadła od dna mieszadła (h)

h = 0,42 m

Powierzchnia łopatek (f_o)

f₀=13% F₁

F₁=H

gdzie:

f_o- powierzchnia łopatek (zakres od 10% do 15 % F₁)

n- liczba łopatek

F₁- przekrój komory mieszacza

F₁=3,5 m12.25 m²

f_o=0,10 1,225 m²

Liczba łopatek(n)

== 2,78

Przyjęto 3 łopatki mieszadła.

4.4 Komora wolnego mieszania z mechanicznymi mieszadłami łopatkowymi

Q_g = 942 m³/h

t = 1200 s = 0,33 h (założenie)

V = Q * t  < = > V = 0, 33 * 942 = 314  m³

Dla głębokości H = 3m powierzchnia F = 105 m²

Przyjmuję 2 komory o powierzchni 53 m² o wymiarach 5,3m x 10m

W każdej komorze przyjęto 2 mieszadła o osi pionowej.

Założenie : G = 50 s^-1 dla T=288,5 ^oK h=1,14*10^-3 kg/(m*s)

Liczę zapotrzebowanie mocy na wałach mieszadeł:

N= h*G²*V = 1,14*10^-3*50²*314 = 894,9 kg*m²/s³

Założenie: V_p = 0,55 m/s V = 0,7 * V_p

V = 0,7 * 0,55 = 0,39 m/s

Dla d/2b = 19 przyjmuję x = 1,8

Powierzchnia łopatek : =

Łączna powierzchnia łopatek, wyznaczona jako 10% powierzchni przekroju komór wolnego mieszania, wynosi 10,5 m² .

4.5 Osadnik o przepływie poziomym

Projektuję osadnik poziomy o Q_g = 942 m³/h do usuwania zawiesiny kłaczkowej z wody o nast. wskaźnikach zanieczyszczenia:

Barwa: 25 g Pt/m³

Mętność: 30 NTU

Odczyn : 7,3 pH

Zas M : 4,14 Val/m³

Zawiesina 2 g/m³

Dawka koagulantu : 40 g/m³

• Obliczam ilość zawiesin po koagulacji dopływających do osadnika:

Przyjmuję wartości K = 1 i N = 0

C₀ = 2 + 40 + 0,25*25 + 0 = 48,25 g/m³ z czego przyjmujemy że V₀ = 0,35 mm/s

• Wymiaruję osadnik według jego powierzchni :

Dla L/H = 15 przyjęto k = 10

Przyjęto głębokość osadnika H = 3m dla L/H = 15 długość osadnika L = 45m

Szerokość osadnika B = 6,0 m , stąd liczba osadników

Przyjęto 4 osadniki.

Powierzchnia rzeczywista osadnika F_rz= 6*45 = 270 m²

Sprawdzam warunki stabilności:

Całkowita długość osadnika :

L_c= L + L_p , m L_p=2

L_c = 45 + 2,5 = 47,5 m

Objętość jednego osadnika V = 3 * 270 = 810 m³ stąd:

T = 810/250 = 3,24 h

Obliczam objętość eksploatacyjną :

Przelewy:

Obliczam długość osadnika:

= 1,5 * 3 * 10 * 0,35/0,35 = 45 m

Obliczam szerokość osadnika:

=

Przyjąłem cztery osadniki, każdy o szerokości B = 6 m.

4.6. Filtry pospieszne grawitacyjne:

Obliczenia filtrów

Zastosowano filtry ze złożem piaskowym, dla którego

WR=d₆₀/d₁₀=1,75

d₁₀ = 0,6 mm

Powierzchnia filtrów

O_h – obciążenie hydrauliczne filtru, przyjmuję O_h = 8 m³/m²h.

Przyjmuję F = 118 m².

Liczba filtrów

Przyjmuję 6 filtrów.

Powierzchnia jednego filtra

118 : 6 = 19,7 m²

Powierzchnia dna filtrów układana jest z płyt o wymiarach 0,6 x 1,0 m a więc na jeden filtr przypadają 32 płyty o łącznej powierzchni F₁= 4*4,8 = 19,2 m², łączna powierzchnia wszystkich filtrów F_c = 115,2 m²

Prędkość rzeczywista przepływu

- Prędkość filtracji przy wszystkich filtrach włączonych (rzeczywista):

$$v_{\text{rzecz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1}} = \frac{942}{6 \bullet 19,2} = 8,2\frac{m}{h}$$

- Przy jednym filtrze wyłączonym z eksploatacji

$$v_{\text{rzecz}} = \frac{Q}{n \bullet F_{1}} = \frac{942}{5 \bullet 19,2} = 9,8\frac{m}{h}$$

Filtr płukany jest wodą (tab.8.22)

Dla złoża o parametrach:

WR- współczynnik równomierności materiału filtracyjnego; WR =1,75

d₁₀- wymiar czynny piasku, d₁₀ = 0,6·10^-3m

temperatura 283 K

Intensywność płukania wyznaczono na podstawie nomogramu (rys.8.61)

d_z = (1,8WR−0,8) • d₁₀ = (1,8•1,75−0,8)0, 06 = 0, 14

Dla d_z=0,14 współczynnik zapasu K=1.

Z nomogramu (rys.8.61), uwzględniając powyższe wartości, odczytano q₁=9.2 dm³/sm²

Zatem intensywność płukania wynosi:

I_p = K • q₁ = 1, 0 • 9.2 = 9.2 dm³/sm²=0,0092 m³/s·m²

Popłuczyny

Natężenie przepływu popłuczyn:

$$Q_{p} = I_{p} \bullet F = 9.2 \bullet 19,2 = 176,64\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 0,177\frac{m^{3}}{s}\ $$

Prędkość wody w korycie:

2 • 0, 49 • q^0, 4 = 2 • 0, 49 • (0, 177)^0, 4 = 0, 5m

Przyjęto szerokość koryta popłuczyn 0,5 m

Odległość dna kanału zbiorczego:

$$L = 1,73\sqrt{\frac{q^{2}}{g \bullet B^{2}}} + 0,2 = 1,73\sqrt{\frac{{(0,177)}^{2}}{9,81 \bullet {0,5}^{2}}} + 0,2 = 0,4\ m$$

gdzie: q– natężenie przepływu popłuczyn w kanale, q=0,177 m³/s

B- szerokość kanału, B=0,5m

g - przyspieszenie ziemskie , g = 9,81m/s²

Przyjęto L=0,4 m

Obliczenie drenażu niskooporowego

Przyjmuję drenaż niskooporowy grzybkowy. Do celów obliczeniowych przyjmuję liczbę grzybków 100szt/1m² płyty drenażowej. Każdy grzybek ma na obwodzie 24 prostokątne szczeliny o wymiarach 10 mm x 0,7 mm.

Powierzchnia w jednym grzybku wynosi:

Całkowita liczba grzybków w drenażu 1 filtru N = 20 ⋅ 100 = 2000 szt, stąd całkowita powierzchnia szczelin wynosi:

Co stanowi około 1,7 % powierzchni filtru.

Straty ciśnienia w drenażu niskooporowym

- woda płucząca

$$Q_{pl} = I_{p} \bullet F = 9.2 \bullet 19,2 = 176,64\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 0,177\frac{m^{3}}{s}\ $$

- prędkość wody wypływającej ze szczeliny:

$$v_{1} = \frac{Q_{pl}}{f_{1,szcz}} = \frac{0,177}{0,336} = 0,53\frac{m}{s}$$

- straty ciśnienia

$$h = \frac{v_{1}^{2}}{2g} \bullet \frac{1}{\mu^{2}} = \frac{{(0,53)}^{2}}{2 \bullet 9,81} \bullet \frac{1}{{(0,65)}^{2}} = 0,034 = 3.4 \bullet 10^{- 2}m$$

gdzie: h- strata ciśnienia na grzybkach;

v₁– prędkość wody wypływającej ze szczeliny, v₁=0,55 m/s

μ- współczynnik wydatku (dla szczelin μ=0,65)

4.7 Dobór uziarnienia:

Wymiar czynny złoża piaskowego d₁₀ = 0,6 mm; WR = 1,75

WR = d₆₀ = WR ∙ d₁₀ = 1,75∙ 0,6 = 1.05 mm;

Gęstość piasku: ρ_p = 2,65 g/cm³;

Gęstość antracytu: ρ_a=1,6 g/cm³;

Z wykresu odczytano wartość d_5p = 0,52 mm;

Dla d_5p wyliczono czynnik średnicy korzystając ze wzorów:

S_s dla piasku:

$$\mathbf{S}_{\mathbf{s}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\rho}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{\rho}_{\mathbf{w}}}$$

gdzie: ρ_z – gęstość złoża (piasku);

ρ_w – gęstość wody 1,0 g/cm³;

υ – dla 10^oC = 1,31*10^-6

$$\left\lbrack \frac{g\left( S_{s} - 1 \right)}{\vartheta^{2}} \right\rbrack^{1/3}d_{5p} = \left\lbrack \frac{9,81\left( 2,65 - 1 \right)}{\left( 1,31 \bullet 10^{- 6} \right)^{2}} \right\rbrack^{1/3}0,52 \bullet 10^{- 3} = 11.95$$

Z wykresu odczytano czynnik prędkości dla d_5p = 5.5

Wyliczono prędkość opadania V_s;

V_s = 4, 5⌊g(S_s−1)ϑ⌋^1/3 = 5, 5⌊9,81(2,65−1)1,31•10⁻⁶⌋^1/3 = 0, 153

Stąd V_sd95antr.:

Obliczono czynnik prędkości dla antracytu:

$$\frac{V_{S}}{\left\lbrack g\left( S_{s} - 1 \right)\vartheta \right\rbrack^{1/3}} = \frac{0,15}{\left\lbrack 9,81\left( 1,6 - 1 \right)1,31 \bullet 10^{- 6} \right\rbrack^{1/3}} = 7.7$$

Odczytano czynnik średnicy dla d₉₅ antracytu=34

Stąd d₉₅ wynosi:

$$d_{95} = \frac{34}{\left\lceil \frac{9,81\left( 1,6 - 1 \right)}{\left( 1,31 \bullet 10^{- 6} \right)^{2}} \right\rceil^{1/3}} = 2.2 \bullet 10^{- 3}$$

Na tej podstawie uzyskano następujące parametry złoża filtracyjnego:

WR = 1,75 WR = 1,75

d_10p = 0,6 mm d_10a = 0,75 mm

d_60p = 1.05 mm d_60a = 1.4 mm

Straty hydrauliczne podczas filtracji i płukania złoża

a) podczas filtracji

gdzie: H – głębokość złoża, m,

H_p – wysokość złoża dla piasku; H_p = 1,0 m;

H_w - wysokość złoża dla antracytu; H_w = 0,3 m,

v – prędkość filtracji, przyjęto v = 6 m/h = 1,67 ∙ 10^-3 m/s,

α/β – współczynnik zależny od wielkości ziaren, przyjęto dla okrągłych (piasek) = 6

oraz dla ostro krawędziowych (antracyt) = 7,

g – przyśpieszenie ziemskie, 9,81 m/s²,

p – porowatość, przyjęto:

dla piasku p = 0,4; dla antracytu p = 0,6

λ_i – newtonowski współczynnik oporu frakcji i-tej,

X_i – udział wagowy frakcji i-tej,

d_i – średnica ziarna danej frakcji, m.

Współczynnik oporu λ wyznacza się na podstawie wzoru:

Re – liczba Reynoldsa wyznaczana ze wzoru

gdzie: v - prędkość filtracji,

d – średnica ziarna,

υ – lepkość kinematyczna wody, υ = 1,31ּ10^-6 m²/s

Tabela 1. Straty ciśnienia w warstwie piasku.

m	-	m^-1	-	-	m^-1
0,00052	0,05	96,15	0,79	33,94	3263,24
0,0006	0,05	83,33	0,92	29,67	2472,87
0,0008	0,2	250,00	1,22	22,70	5676,14
0,00105	0,3	285,71	1,60	17,68	5051,68
0,0018	0,35	194,44	2,75	10,88	2116,14
0,0038	0,05	13,16	5,80	5,72	75,29
∑	1			∑	18655,37

$$h_{p} = 1,0 \bullet 0,178\frac{{(1,67 \bullet 10^{- 3})}^{2} \bullet 6}{9,81\left( 0,4 \right)^{4}}18655.37 = 0,32\ mH_{2}O$$

Tabela 2. Straty ciśnienia w warstwie antracytu

m	-	m^-1	-	-	m^-1
0,00066	0,05	75,76	1,01	27,15	2056,58
0,00075	0,05	66,67	1,15	24,10	1606,90
0,00098	0,2	204,08	1,50	18,83	3843,56
0,0014	0,3	214,29	2,14	13,62	2918,69
0,0022	0,35	159,09	3,36	9,12	1451,29
0,0046	0,05	10,87	7,02	4,89	53,15
∑	1			∑	11930,17

$$h_{a} = 0,3 \bullet 0,178\frac{{(1,67 \bullet 10^{- 3})}^{2} \bullet 7}{9,81({0,6)}^{4}}11930.17 = 0,01\ mH_{2}O$$

Straty ciśnienia podczas filtracji wynoszą:

h_p + h_a = 0, 32 + 0, 01 = 0, 33 mH₂O

b) Straty hydrauliczne podczas płukania.

gdzie H_eks – wysokość złoża w czasie ekspansji,

γ_zł – ciężar właściwy złoża ,

γ – ciężar właściwy wody,

p – porowatość złoża,

1. Ekspansja poszczególnych warstw złoża

Porowatość złoża podczas ekspansji:

gdzie v- prędkość płukania złoża, v=0,01m/s=36 m/h.

v_s- prędkość swobodnego opadania ziarna.

Tabela 3. Ekspansja złoża i straty ciśnienia podczas płukania w warstwie piasku.

di	Xi	Vsi		Pexpi	1-Pexpi
0,00052	0,05	0,13	0,08	0,57	0,43	0,12
0,0006	0,05	0,15	0,07	0,56	0,44	0,11
0,0008	0,20	0,17	0,06	0,54	0,46	0,44
0,00105	0,30	0,23	0,05	0,51	0,49	0,61
0,0018	0,35	0,27	0,04	0,49	0,51	0,69
0,0038	0,05	0,65	0,02	0,40	0,60	0,08
	1,00				Σ	2,05

H_exp.p = 1, 0(1−0,4)2, 05 = 1, 23 m

$$h_{p} = 1,23\frac{2,65 - 1}{1}\left( 1 - 0,4 \right) = 1,22\ mH_{2}O$$

Tabela 4. Ekspansja złoża i straty ciśnienia podczas płukania w warstwie antracytu

antracyt
di	Xi	Vsi		Pexpi	1-Pexpi		cz. śr	cz. prędkości	pr. sed.
0,00066	0,05	0,12	0,09	0,59	0,41	0,12	13,80	4,2	0,12
0,00075	0,05	0,13	0,08	0,57	0,43	0,12	15,68	4,8	0,13
0,00098	0,20	0,15	0,07	0,56	0,44	0,45	20,49	5,4	0,15
0,0014	0,30	0,21	0,05	0,52	0,48	0,62	29,28	7,6	0,21
0,0022	0,35	0,23	0,05	0,51	0,49	0,71	46,01	8,4	0,23
0,0046	0,05	0,60	0,02	0,41	0,59	0,08	96,20	22	0,60
	1,00				Σ	2,11

H_exp.a = 0, 3(1−0,6)2, 11 = 0, 25 m

$$h_{a} = 0,25\frac{1,65 - 1}{1}\left( 1 - 0,6 \right) = 0,06mH_{2}O$$

Straty ciśnienia podczas płukania wynoszą:

h=h_p+h_a=1, 22 + 0, 06 = 1, 28 mH₂O

Wysokość usytuowania koryta popłuczyn od warstwy podtrzymującej:

h=H_exp.p+H_exp.a+0, 05 = 1, 23 + 0, 25 + 0, 05 = 1, 53 m

Ekspansja:

Ekspansję dla piasku i antracytu obliczono ze wzoru

$$\mathbf{exp =}\left( \frac{\mathbf{H}_{\mathbf{\exp}}}{\mathbf{H}_{\mathbf{zl}}}\mathbf{- 1} \right)\mathbf{100\%}$$

- dla piasku

$$\exp_{p} = \left( \frac{1,23}{1,0} - 1 \right)100\% = 23,0\%$$

- dla antracytu

$$\exp_{a} = \left| \frac{0,25}{0,3} - 1 \right|100\% = 16.6,0\%$$

5. Zbiorniki wody czystej

5.1. Całkowita objętość zbiornika magazynującego czystą wodę

Założono 40 % Q_d

Przyjęto 2 zbiorniki wody czystej.

5.2. Objętość pojedynczego zbiornika

Przyjęto wysokość każdego ze zbiorników

5.3. Powierzchnia pojedynczego zbiornika

5.4. Średnica pojedynczego zbiornika

Przyjęto średnicę każdego ze zbiorników równą D_{zb rz}= 31 m

5.5. Rzeczywista powierzchnia zbiornika

m²

5.6. Rzeczywista objętość zbiornika

6.Gospodarka ściekowo-osadowa

6.1 Ilość popłuczyn.

gdzie:

V_pł – objętość popłuczyn, m³,

q- intensywność płukania

n_pł – liczba płukań w dobie, Założono n_pł=1.

t_pł – czas płukania, t_pł = 15min= 900 s.

∑F- powierzchnia wszystkich filtrów, ∑F=115,2 m²

.

6.1.1.Objętość odstojnika.

gdzie:

V_pł- objętość popłuczyn,

V_os- objętość osadów.

Ilość osadów z 4 osadników wynosi 4 • 3 m³ co 12h.

Zatem dobowa ilość osadów przy

dwukrotnym odprowadzaniu z osadników wynosi:

Przyjęto 3 odstojniki, o objętości ok. 992 m³ i wymiarach: długość 16 m, szerokość 31 m, głębokość 2 m (zakres 2-3).

6.1.2.Objętość laguny:

gdzie:

V₁- ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn

V₂- ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku

t - czas eksploatacji laguny, t = 1 rok = 365 d

a – współczynnik zmniejszający objętość lagun ze względu na parowanie,

a =0,3(zakres 0,2-0,5)

6.1.3. Ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn

gdzie: u₀ - uwodnienie początkowe, u₀ = 99,9%,

u – uwodnienie końcowe, u = 96,0%,

6.1.4. Ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku do uwodnienia 96%

gdzie: u₀ - uwodnienie początkowe, u₀ = 99,6%,

u – uwodnienie końcowe, u = 96,0%,

Objętość laguny:

Przyjęto 2 laguny o V= 2880 m³ i wymiarach: długość 40 m, szerokość 24 m, głębokość 3 m (zakres 2-3m).

7. Dobór rurociągów

7.1Dopływ wody do ZUW.

zalecana prędkość (tab.11.1)

wydajność Q=22600 m³/d = 0,26 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 400

7.2 Dopływ wody do mieszacza szybkiego

zalecana prędkość (tab.11.1)

wydajność Q=22600 m³/d = 0,26 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 400

7.3Dopływ wody na filtry

• Dopływ do galerii filtrów (odcinek A – 1):

Wydajność: Q = 0,26 m³/s,

Założona prędkość:

Dobrano rurociąg: DN 400

• Odcinki: 1-1’, 2-2’, 3-3’, 4-4’, 5-5’, 6-6’ :

Q₁ =

Założono, że

m

Dobrano rurociąg: DN 200

• Odcinek 1-2:

Q_1-2 =

Założono, że

Dobrano rurociąg: DN 400

• Odcinek 2-3:

Q_2-3 =

Założono, że

Dobrano rurociąg: DN 400x

• Odcinek 3-4:

Q_3-4 =

Założono, że

Dobrano rurociąg: DN 400

• Odcinek 4-5:

Q_4-5 =

Założono, że

m

Dobrano rurociąg: DN 350

• Odcinek 5-6:

Q_5-6 =

Założono, że

m

Dobrano rurociąg: DN 200

4. Dopływ wody płuczącej do filtra.

Założono, że

m

Dobrano rurociąg: DN 80

7.5 Odpływ popłuczyn w rurociągu.

Założono, że

Dobrano rurociąg: DN 350

8. Opis techniczny

Zaprojektowana stacja uzdatniania wody zapewnia dobową wydajność Q = 22600 m³/d. Woda pobierana jest z ujęcia z rzeki skąd grawitacyjnie dopływa do zbiornika wody surowej, z którego z kolei pompownia pierwszego stopnia pompuje ją na kolejne urządzenia.

Pierwszym urządzeniem w ciągu technologicznym oczyszczania wody jest komora szybkiego mieszania. Zaprojektowano ją z mieszaczem mechanicznym śmigłowym. Parametry tego urządzenia to:

• Objętość komory szybkiego mieszania, V = 31,2 m³,

• wysokość komory h = 3,5 m,

• średnica komory 3,37 m

Następnie komora wolnego mieszania z mechanicznymi mieszadłami łopatkowymi

• Objętość komory wolnego mieszania, V = 314 m³,

• głębokość komory h = 3 m,

• powierzchnia komory F = 105 m²

Następnymi urządzeniami są cztery osadniki poziome z komorą reakcji o następujących parametrach:

• głębokość osadnika: H = 3 m,

• długość L = 45 m

• szerokość 6 m

• powierzchnia rzeczywista osadnika: 270 m²

• objętość jednego osadnika: V = 810 m³

• objętość strefy osadów : V₀ =3 m³

Zaprojektowano 6 filtrów płukanych wodą. Doprowadzenie wody płuczącej do filtru odbywa się drenażem grzybkowym niskooporowym, zaś prędkość płukania filtrów wynosi 0,0092 m³/s. Rzeczywista prędkość filtracji (przy wszystkich filtrach włączonych) wynosi 8,2 m/h

Oczyszczona woda gromadzona jest w dwóch zbiornikach wody czystej (każdy o średnicy D = 30,0 m).

Na terenie zakładu znajduje się chlorownia, która doprowadza wodę chlorową (dawka: 3,2 gCl₂/m³) do rurociągu wody uzdatnionej w celu jej dezynfekcji. Powierzchnia magazynu chloru oraz chlorowni wynosi 30 m².

Popłuczyny z filtrów kierowane są do dwoch odstojników o objętości 992 m³.

Wymiary odstojnika:

-głębokość: 2 m

-szerokość: 31 m

-długość: 16 m

Woda nadosadowa usuwana jest do kanalizacji. Osady z odstojników poddawane są dalszemu zagęszczeniu w lagunie. Zaprojektowano 2 laguny, każda o objętości 2880 m³.

Pracują one w cyklu 3-letnim.

Wymiary lagun:

• głębokość: 3 m

• szerokość: 24 m

• długość: 40 m

Zagęszczone osady wywożone są na składowisko odpadów, a odseparowana woda odprowadzana jest do kanalizacji.

Zaprojektowano budynek chemiczny o wymiarach 16,5 x 10 m co daje w sumie powierzchnię 165 m². Wielkość ta zapewnia optymalne warunki by pomieścić w niej niezbędne urządzenia o odpowiedniej kubaturze w zaprojektowanym ciągu technologicznym oczyszczania wody jak i miejsce na składowanie koagulantów glinu i wapna, a także swobodne warunki do komunikacji wewnątrz budynku. W budynku tym znajdować się będzie również komora szybkiego mieszania.

Przyjęto rurociągi o następujących średnicach:

• dla wody dopływającej do ZOW: Ø 400

• dla wody dopływającej do komory szybkiego mieszania: Ø 400

• dla komory wolnego mieszania Ø 400

• dla wody dopływającej do osadników: Ø 400

• dla wody dopływającej do poszczególnych osadników: Ø 250

• dla wody odpływającej z osadników poziomych: Ø 350, Ø 500, Ø 600, Ø 600

• odpływ osadu z osadnika poziomego: Ø 200

• dla wody dopływającej na filtry: Ø 400

• dla odprowadzanego filtratu: Ø 400, Ø 400, Ø 400, Ø 350, Ø 200;

• dla wody płuczącej dopływającej: Ø 80;

• dla odpływu popłuczyn: Ø 350;

• dla wody czystej w sieci wodociągowej: Ø 50.