Politechnika Warszawska
Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Oczyszczania Ścieków
Wydział Inżynierii Środowiska
Ćwiczenie projektowe
z przedmiotu
„Urządzenia do oczyszczania wody
i ścieków”
Artur MELCHIOR
ISIW1
2005/2006
Opis techniczny
Zaprojektowano urządzenia do uzdatniania wody powierzchniowej ma wydajność średnią dobową Qdśr= 20000 m3, oraz maksymalną dobową Qdmax=26000 m3. W celu uzdatnienia wody do wymaganych parametrów zastosowano technologię koagulacji objętościowej z siarczanem glinu i wapnem jako koagulantami.
Urządzenia do przygotowania roztworów reagentów ( dla obydwu wariantów) składają się odpowiednio:
- dla siarczanu glinu z 3 zbiorników magazynujących na mokro o V=257,1m3 oraz z 3 zbiorników roztworowych o 85,7 m3.
- dla wapna ze zbiornika do przygotowania mleka wapiennego o objętości użytecznej 5,3 m3, w którym zawartość jest mieszana 2 mieszadłami,
Reagenty dawkowane są 2 pompami dozującymi do mieszalnika gdzie następuje szybkie mieszanie z wodą w czasie 40 sekund..
Należy przedstawić obliczenia dla dwóch wariatów technologicznych:
WARIANT A- urządzenia do przygotowania roztworów reagentów wraz z magazynem, mieszalniki, komory flokulacji, osadniki i filtry pospieszne jednowarstwowe;
Woda wymieszana z reagentami trafia do dwukomorowej komory flokulacji o objętości każdej części V=542m3 gdzie następuje proces koagulacji- faza flokulacji podczas której tworzy się kłaczkowata zawiesina, zawartość komory mieszana jest za pomocą mieszadła łopatkowego a czas przebywania uzdatnianej wody wynosi 30minut.
Zawiesina zostaje oddzielona od wody poprzez sedymentacje w 4 osadnikach poziomych podłużnych o łącznej powierzchni 820m2 i długości 52,5 metrów. Następnie w 8 filtrach pośpiesznych jednowarstwowych o łącznej powierzchni F=180m2 zachodzi proces filtracji.
WARIANT B- urządzenia do przygotowania roztworów reagentów wraz z magazynem, mieszalniki, klarowniki i filtry pospieszne dwuwarstwowe
Woda wymieszana z reagentami trafia do 4 klarowników korytarzowych o łącznej powierzchni F= 354.1m2, gdzie następuje proces zarówno koagulacji jak i sedymentacji. Klarowniki spełniają zatem role komory flokulacji i osadnika poziomego podłużnego z wariantu A. Woda po sklarowaniu poddana jest procesowi filtracji na 8 filtrach pośpiesznych dwuwarstwowych.
Woda i wszystkie roztwory reagentów są rozprowadzane przewodami. Ścieki po płukaniu filtrów są odprowadzane do kanalizacji.
Wielkość zużycia reagentów, niezbędny zapas i wymiary magazynu.
Urządzenia należy obliczyć na podstawie danych zawartych w projekcie:
średnia dobowa wydajność stacji: Qdśr = 20000 m3/d,
maksymalna dobowa wydajność stacji: Qmax = 26000 m3/d,
Przewidywalne dawki reagentów:
|
Lato |
Jesień |
Zima |
Wiosna |
Liczba dni |
90 |
93 |
85 |
97 |
Dawka siarczanu glinu [g/m3] |
50 |
60 |
45 |
65 |
Dawka wapna [g/m3] |
10 |
12 |
9 |
13 |
Siarczan glinowy
1. Zużycie koagulantu.
1.1 Całkowite roczne zużycie koagulantu.
Gdzie f -współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego
1.2 Średnie dobowe zużycie koagulantu
1.3 Maksymalne dobowe zużycie koagulantu
1.4. Zapas Koagulantu
Przy minimalnym dobowym zużyciu koagulantu Dmin=45
i:
zapewniony czas zapasu to:Z=53995,5 kg
Wielkość powierzchni magazynowania netto:
Wielkość powierzchni magazynowania brutto:
1.7. Magazyn „Na mokro”
Magazynowanie na „mokro” polega na częściowym rozpuszczeniu i doprowadzeniu do nasycenia siarczanu glinowego (25%).
1.8. Obliczenie powierzchni magazynu:
1.9. Obliczenie liczby i wymiarów zbiornika
Liczba zbiorników n = 3 o objętości V = 85,7m3. Ustalono napełnienie zbiornika H = 3 m B=5 m i L=6 m. Rzeczywista objętość zbiornika V=90 m3- jednej sekcji przy założeniu zapasu Tmin=5 dni. Dolna część zbiornika o wysokości 0,6 m zostanie wykorzystana dla umieszczenia rusztu drewnianego i dla gromadzenia zanieczyszczeń.
Mieszanie zawartości zbiornika poprzez instalację sprężonego powietrza.
Ilość powietrza niezbędna do mieszania pojemności każdej sekcji magazynu na mokro.
Qp =b∙l∙q=5∙6∙10=300
q-intensywność doprowadzania powietrza q= 10
2. Zbiorniki dla siarczanu glinowego w postaci suchej.
2.1 Zbiornik zarobowy.
c - wymagane stężenie roztworu w stosunku do bezwodnej substancji [%]c = 10%
ρr - gęstość roztworu [kg/m3]
n - liczba przygotowań roztworu w ciągu doby [1/d]
Vz - objętość zbiornika zarobowego [m3]
Należy przyjąć 2 zbiorniki o objętości użytecznej:
Vz1=Vz
2=16,4
2 = 8,2 m3
Wymiary zbiornika :wys. użyteczna hz = 2,05 m ,szerokość bz = 2 m ,długość lz = 2 m
Koagulant spoczywać będzie na ruszcie z beleczek drewnianych wymiennych o wysokości hr = 0,2 m i prześwitach 0,02 m.
W dolnej części zbiornika przewidziano komorę do gromadzenia części nierozpuszczalnych, zawartych w koagulancie.
Komora ta powinna mieć kształt ostrosłupa ściętego:
Wysokość komory osadowej
Objętość komory zarobowej
Całkowita wysokość zbiornika zarobowego
ho = 0,4 m - wysokość położenia krawędzi zbiornika ponad zwierciadłem roztworu
hz = 2,05 m - wysokość zbiornika
hp = 0,5 m -wysokość przeznaczona na umieszczenie przewodów powietrznych i przewodów do odprowadzenia roztworu
Ilość powietrza niezbędna do mieszania pojemności zbiorników zarobowych
n = 1 liczba pracujących jednocześnie zbiorników zarobowych
qp = 9
intensywność doprowadzenia powietrza
2.2. Zbiornik roztworowy.
Stężenie roztworu w zbiorniku cr = 5%
Przyjęto 2 zbiorniki roztworowe każdy o V każdego z nich 16,4 m3 wymiarach:
h = 2,7 m, b = 2,5 m, l = 2,5 m
Całkowita wysokość zbiornika przy założonej części niewypełnionej roztworem
Ilość powietrza niezbędna do mieszania pojemności zbiorników roztworowych
n = liczba pracujących jednocześnie zbiorników roztworowych
qp = intensywność doprowadzenia powietrza
Łączna ilość powietrza : Qp + Qp=36 + 25 = 61
Wapno
3. Zużycie koagulantu.
3.1 Całkowite roczne zużycie koagulantu.
3.2 Średnie dobowe zużycie wapna
3.3 Maksymalne dobowe zużycie wapna
3.4 Zapas wapna
Przy minimalnym dobowym zużyciu koagulantu
i:
zapewniony czas zapasu to:
3.5 Wielkość powierzchni magazynowania netto
3.6 Wielkość powierzchni magazynowania brutto
F b =α ∙F
F b = 1,2∙5,27m2=6,32 m2
4. Zbiorniki do przygotowania mleka wapiennego.
4.1. Objętość zbiornika.
n - liczba przygotowań roztworu w ciągu doby [1/d]
Wymiary zbiornika
Wymiary zbiornika ustalono przy założeniu, że średnica zbiornika D równa jest jego wysokości czynnej wypełnionej roztworem. Wówczas stosunek D : H = 1 i średnica zbiornika:
Przyjęto ostatecznie wymiary zbiornika: D = 1,9 m, H = 1,9 m oraz Hc = 2,3 m
4.3 Wymiary mieszadła.
Powierzchnia łap:
Długość łapy ( licząc po obu stronach osi mieszadła):
Przy założeniu, że łapy umieszczone są na dwóch poziomach, czyli liczba par łap na jednej osi z = 2, szerokość łapy wyniesie:
4.4 Moc silnika poruszającego mieszadło.
5.Dawkowniki
5.1. Do dozowania siarczanu glinu
Do obliczeń przyjęto następujące wartości:
f = 2,13; c = 5%;
;D=65
;Qdmax=26000
=0,3
Przewiduje się dawkowanie roztworu siarczanu glinowego do przewodu przed mieszalnikiem.
Dobrano pompę nurnikową dozującą typu ND produkcji Wojewódzkiego Zakładu Doskonalenia Zawodowego wielkości B, wykonanej ze stali kwasoodpornej, pracującą w zespole dwóch pomp o teoretycznej wydajności 2900 [l/h], średnicy nurnika D = 80 mm i dopuszczalnym przeciwciśnieniu 100 m H2O, oraz skoku nurnika od 0 do 60 mm.
5.2. Do dozowania mleka wapiennego
[l/s]
gdzie:
qd - wydajność dawkownika [l/s]
Q - natężenie przepływu uzdatnianej wody [m3/s]
D - dawka reagentu, D = 13 g/m3
c - stężenie roztworu ustalone w stosunku do produktu technicznego, c = 5 %
ρr - gęstość dawkowanego roztworu ρ = 1,0 t/m3
f - współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego, f = 1,46
Qd max - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody brutto [m3/d]
Wymagana wydajność pompy:
Dobrano pompę nurnikową dozującą typu ND produkcji Wojewódzkiego Zakładu Doskonalenia Zawodowego wielkości B, wykonanej ze stali kwasoodpornej, pracującą w zespole dwóch pomp o teoretycznej wydajności 462 [l/h], średnicy nurnika D = 32 mm i dopuszczalnym przeciwciśnieniu 640 m H2O, oraz skoku nurnika od 0 do 60 mm.
6. Mieszalnik
Projektuje się mieszalnik z mieszadłem dwułapowym, bez przegród .
6.1 Objętość czynna zbiornika
przyjmuje się t = 40 s
6.2. Średnica i wysokość czynna mieszalnika
α = 1,2-rozbieżność w stosunku do proporcji standartowych
Przyjmujemy D = 2,4 m
Wysokość czynna
Stąd
6.3 Wymiary mieszadła
6.3.1. Szerokość mieszadła
Przyjęto mieszadło o d = 0,8 m
6.3.2. Wysokość łapy mieszadła
6,4 Sprawdzenie warunków mieszania.
Ponieważ Re jest większe od 104 zapewnione jest mieszanie w warunkach burzliwych.
6.5. Moc na wale mieszadła
Od warunków standardowych odbiegają wymiary mieszalnika i wymiary mieszadła. Wobec tego moc na wale będzie wynosić:
Gdzie:
C = 0,6 f h=
h = 0,6
n = 1 1/s f D=
= 1000
d = 0,8
D =2,4
6.6. Moc silnika
k = 2 - współczynnik zapasu mocy
=0,9 - sprawność przekładni
7. Mechaniczna komora flokulacji
7.1. Objętość i wymiary komory flokulacji
7.1.1 Objętość komory flokulacji
T = 30 min
Przyjęto dwuczęściowa komorę flokulacji o objętości każdej części V1 = 271m3
7.1.2 Długość komory flokulacji:
gdzie:
=1,5 (1,0 - 1,5)
z = 2 (2 - 5)-liczba osi mieszadeł
H = 3,4 - głębokość wody w komorze H=(3 − 4)m
Szerokość każdej części komory:
7.2 Ustalenie wymiarów mieszadła łopatkowego.
Przyjęto, że obracająca się rama będzie wyposażona w cztery wzajemnie prostopadłe łopatki..
Średnicę ramy mieszadła D ustalono przy założeniu odległości łopatek od zwierciadła wody i od dna komory h = 0,15 m
Długość łopatki l ustalono przy założeniu, że w jednej części komory na z = 2 osiach mieszadeł będą umieszczone po dwa mieszadła, czyli że w każdej części komory będą n=4 mieszadła.
Ponadto przyjęto, że odległość między końcami łopatek a ścianą komory, a także między łopatkami umieszczonymi na sąsiednich osiach, wynosi p = 0,25 m. Stąd długość łopatki wyniesie:
gdzie:
l - długość łopatki [m]
B - szerokość komory [m]
n - liczba mieszadeł w jednej części komory umieszczonych na dwóch osiach, w układzie szachowym
p - odległość między końcami łopatek i ścianą komory, a także pomiędzy łopatkami umieszczonymi na sąsiednich osiach [m]
Szerokość łopatki obliczono przy założeniu stosunku szerokości łopatki b do jej długości wynoszącym 1/12
7.3. Zapotrzebowanie na moc na wale mieszadła:
Dane:
z = 2
m = 4n = 16
Stąd:
Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło:
7.4. Sprawdzenie warunków mieszania.
Średni gradient prędkości
Wartość
mieści się w przedziale
Bezwymiarowa liczba kryterialna :
M=37
Oba kryteria są spełnione
8. Osadnik poziomy podłużny
- Koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie Z = 600
- Średnia dawka koagulantu Dk = 55
- Barwa ujmowanej wody B = 56
- Średnia dawka wapna Dw = 11
8.1. Prędkość opadania zawiesin biorąc pod uwagę koncentrację zawiesin w ujmowanej wodzie przyjęto u = 0,55
Przy założeniu , że L/H=15 i odpowiadający mu współczynnik k = 10 pozioma prędkość przepływu wyniesie:
8.2 Współczynnik zapasu.
8.2 Długość osadnika.
Przyjmując średnią głębokość części przepływowej osadnika H = 3,5 m, znajdujemy długość osadnika:
8.3 Powierzchnia osadników rzucie poziomym
8.4 Szerokość osadnika
Sumaryczna szerokość wszystkich osadników:
Przyjęto n = 4 osadniki o szerokości B = 4,0 m. Spełnione są warunki ,że
> 1 i
> 4.
8.5 Sprawdzenie liczby Reynoldsa i liczby Froude'a
Przy H = 3,5 m i B = 4,0 m promień hydrauliczny wynosi:
8.5.1 Sprawdzenie liczby Reynoldsa
8.5.2. Sprawdzenie liczby Froude'a
8.6. Obliczenie głębokości osadnika
Całkowita średnia głębokość osadnika
Hc = H + hk + h0 [m]
gdzie:
hk - wysokość wyniesienia ściany osadnika nad zwierciadło wody,
h0 - wysokość części osadnika przeznaczonej na osad i zgrzebło zgarniacza,
Przyjmuję: hk = 0,4 m; h0 = 0,5 m.
Hc = 3,5 + 0,4 + 0,5 = 4,4 m
Przyjmuje się spadek dna osadnika w kierunku do wlotu wody do osadnika i = 2 %, uwzględniając tę wartość całkowita wysokość osadnika przy wlocie wynosi:
zaś przy wylocie
8.7. Doprowadzenie wody do osadnika.
Dla zapewnienia równomiernego rozdziału wody w poprzecznym przekroju osadnika projektuje się przegrodę perforowaną, przy czym otwory powinny być umieszczone na wysokości
licząc od zwierciadła wody.
Wymagana powierzchnia otworów jest określona wzorem:
gdzie:
n - liczba osadników n = 4
v0 - prędkość przepływu wody przez otwory przyjęto v0 = 0,18 m/s
Przyjmując średnicę otworu d0 = 0,10 m, co odpowiada powierzchni f0 = 0,00785 m2, liczba otworów wynosi:
8.8. Odprowadzenie wody z osadnika
Odprowadzenie wody z osadników przewidziano za pomocą koryt umieszczonych w poprzek osadnika z wycięciami w kształcie przelewu Thomsona.
Wymagana długość koryt przelewowych w jednym osadniku:
[m]
gdzie:
qk - dopuszczalne obciążenie krawędzi koryta zbiorczego, przyjęto qk = 25 m3/h⋅m
Przy szerokości osadnika B = 4,0 m przyjęto jedno koryto jednostronnie zasilane i drugie zasilane dwustronnie (rzeczywista długość koryt przelewowych lk = 12 m).
Rzeczywiste obciążenie hydrauliczne krawędzi przelewowych
Koryta będą wyposażone w typowe przelewy pilaste, na podstawie nomogramu odczytano napełnienie przelewów h' = 6 cm, na podstawie qk = 22,56
Przekroje czynne koryt zbiorczych obliczono przy założeniu prędkości przepływu
vk = 0,6 m/s.
Przekrój czynny koryta o jednostronnym zasilaniu:
Przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu:
Przyjęto następujące wymiary koryt:
dla koryt zasilanych jednostronnie: szerokość - 0,20 m , wysokość czynna - 0,21 m
dla koryt zasilanych dwustronnie: szerokość - 0,3 m , wysokość czynna - 0,28 m
8.9. Obliczenie wymiarów komory osadowej
Ze względów konstrukcyjnych przyjęto komorę osadową o kształcie ostrosłupa ściętego w podstawie prostokątnego o następujących wymiarach podstawowych:
boki większej podstawy B = 4,0 m
bok mniejszej podstawy b = 0,5 m
kąt pochylenia krawędzi bocznej względem poziomu α = 50°
Wysokość komory osadowej:
Objętość komory osadowej:
Dla ustalenia czasu zagęszczania ustalono objętość zatrzymanego osadu:
[m3]
gdzie:
T - okres pracy pomiędzy kolejnymi opróżnieniami komory osadowej przyjęto T = 6 h
Q - obliczeniowa wydajność stacji uzdatniania wody [m3/h]
Co - koncentracja zawiesin w wodzie odprowadzanej z osadnika, przyjęto Co = 12 g/m3
Cos - średnia koncentracja zagęszczonego w komorze osadowej osadu [g/m3]
Dla Z = 600 g/m3 i T = 6 h → Cos = 60000 g/m3.
Cp - koncentracja zawiesin w wodzie doprowadzanej do osadnika [g/m3]
Cp = Z + K
Dk + 0,25
B +0,6
Dw= 600 + 0,55
55 + 0,25
56 + 0,6
= 651 g/m3.
Ponieważ objętość komory osadowej w ciągu godzin nieznacznie przekracza objętość osadu zatrzymanego , to rzeczywisty czas zagęszczania wyniesie:
9. Klarownik korytarzowy
Dane do obliczeń:
Wymagana użyteczna wydajność klarownika w okresie letnim: Qu=1083
Wymagana użyteczna wydajność klarownika w okresie zimowym:0,9Qu=Q'u=975
Maksymalna zawartość zawiesiny w wodzie w okresie letnim:
Minimalna zawartość zawiesiny w wodzie w okresie zimowym:
Barwa wody surowej w okresie letnim:
Barwa wody surowej w okresie zimowym:
Dawka koagulantu w okresie letnim:
Dawka koagulantu w okresie zimowym:
Dawka wapna w okresie letnim:
Dawka wapna w okresie zimowym:
9.1 Obliczenie wydajność klarownika.
9.1.1 Stężenie zawiesin w wodzie dopływającej do klarownika
Przyjęto K = 0,68 dla lata i 0,73 dla zimy
9.1.1.1 W okresie letnim
9.1.1.2 W okresie zimowym
9.1.2 Średnie stężenie zawiesin w usuwanym osadzie przyjęto z tablicy dla T = 6 h
Dla okresu letniego:
Dla okresu zimowego:
Przy czasie zagęszczania T = 6 h
Obliczeniowa wydajność klarownika
Dla okresu letniego:
Qu = 1083 m3/h
Dla okresu zimowego:
Qu' = 975 m3/h
9.2 Powierzchnia klarownika.
Przyjmujemy dane:
Współczynnik rozdziału
Dla okresu letniego: K = 0,65
Dla okresu zimowego: K'= 0,70
Pionowa prędkość przepływu
Dla okresu letniego:
Dla okresu zimowego:
Powierzchnia strefy klarowania.
W okresie letnim:
W okresie zimowym:
Powierzchnia komory zagęszczacza
dla α = 0,9
Dla okresu letniego:
Dla okresu zimowego:
Łączna powierzchnia klarownika
Dla okresu letniego:
Dla okresu zimowego
Liczba i wymiary klarowników.
Przyjęto
powierzchnia dla okresu zimowego. Przy założeniu, że powierzchnia nie powinna przekraczać
przyjęto n = 4 klarowniki o powierzchni każdego z nich
Powierzchnia każdej z 2 części strefy klarowania ponad osadem zawieszonym
Przy założeniu szerokości klarownika bk = 3m, długość strefy klarowania
Powierzchnia zagęszczacza w każdym z 2 klarowników
Przy długości klarownika lk =10 m szerokość strefy zagęszczania :
Doprowadzenie wody do klarownika.
Woda do strefy klarowania doprowadzana będzie przewodami perforowanymi ułożonymi na dnie. Maksymalny dopływ wody do jednego przewodu strefy klarowania
Ponieważ prędkość przepływu wody w przewodzie powinna wynosić 0,4 - 0,6 m/s przyjęto przewody o następujących długościach i średnicach:
l1 = 3,1 m d1 = 300 mm V1 = 0,44 m/s
l2 = 3,1 m d2 = 250 mm V2 = 0,43 m/s
l3 = 3,0 m d3 = 200 mm V3 = 0,57 m/s
Woda do strefy klarowania będzie wpływać przez otwory o średnicy d0 = 0,02 m. Przy założonej prędkości wypływu z otworów vo = 1,8 m/s liczba ich wyniesie:
otworów
Przy rozmieszczeniu otworów w dwóch rzędach odległość między osiami wyniesie.
Odprowadzenie wody ze strefy klarowania:
Woda sklarowana będzie odprowadzana za pomocą koryt zbiorczych umieszczonych przy ścianach.
Ilość wody dopływającej do jednego koryta wyniesie:
Przy prędkości przepływu wody w korycie Vkz = 0,6 m/s wymagany przekrój koryta:
Szerokość koryta zbiorczego:
Wysokość czynna koryta:
Woda sklarowana będzie dopływać do koryta zbiorczego przez przelewy Thompsona.
Przy łącznej długości koryt 2
lk = 2
10 = 20m oraz ilości wody odprowadzanej 0,037
3600 = 135,4 m3/h obciążenie krawędzi przelewu :
od wartości krytycznej
Dla
napełnienie przelewów wynosi 4cm.
Przyjęto całkowitą wys. Koryta h = 0,3 m
Odprowadzenie nadmiaru osadu do strefy zagęszczania.
Powierzchnię i liczbę okien wlotowych określa się przy założeniu odprowadzania wody łącznie z osadem w ilości:
Przy założeniu prędkości przepływu wody przez okna wlotowe Vok = 47 m/h wymagana ich powierzchnia
Przy wysokości okien hot = 0,3 m i przekroju prostokątnym. Całkowita długość wyniesie:
Ostatecznie przyjęto 10 otworów o szerokości 0,33 m i odegłościa między osiami otworów:
Odprowadzenie wody ze strefy zagęszczania
Woda sklarowana ze strefy zagęszczania będzie odprowadzana dwoma przewodami perforowanymi zatopionymi 0,3 m pod zwierciadłem wody. Ilość wody odprowadzanej tymi przewodami wynosi:
0,98 - współczynnik uwzględniający odprowadzanie wody z zagęszczonym osadem.
Prędkość przepływu wody w przewodzie przyjęto zgodnie z zaleceniami v = 0,51 m/s i wówczas średnica przewodu d = 150 mm. Średnicę otworów przyjęto 180 mm, a prędkość wypływu z nich 1,5 m/s liczba otworów w jednym przewodzie wynosi:
otworów
Przy długości klarownika lk = 10 m oraz umieszczonych otworach w dwóch rzędach, odległość między osiami przewodów wynosi:
9.10Wysokość klarownika
Przyjmujemy bk = 3 m; oraz b = 0,2 m, β = 25º
bk = szerokość jednej części klarowania
b = szerokość koryta doprowadzającego wodę
α = kąt zawarty między prostymi przeprowadzonymi od osi przewodu
Wysokość warstwy wody ponad zawieszonym osadem hw = 1,7m
Wysokość dolnej części klarownika o ścianach odchylonych od pionu wyznaczono przyjmując bk = b = 3 m; oraz a= 0,4 m, β = 70º
a = szerokość dolnej części strefy klarowania
Grubość warstwy wody ponad zawieszonym osadem przyjęto hw = 1,7 m.
Przy wysokości okien wlotowych hot = 0,3 m grubość warstwy osadu zawieszonego wyniesie
Sprawdzenie czasu przebywania osadu w komorze zagęszczania
Objętość zagęszczacza:
Ilość osadu dopływającego w ciągu godziny do zagęszczacza:
- w okresie letnim
- w okresie zimowym
Czas zagęszczania osadu (T
3h)
- dla okresu letniego
- dla okresu zimowego
W zimie należy przewidzieć usuwanie osadu dwukrotnie w ciągu doby , bo czas zagęszczania przekracza 12h (jeden raz na 12h).
9.11 Odprowadzanie osadu z komory zagęszczania:
Osad z zagęszczacza odprowadzany jest dwoma przewodami perforowanymi. Czas przepływu osadu przez przewód t = 0.33h , prędkość przepływu osadu na końcu przewodu 1,34 m/s.
Wymagana przepustowość przewodu odprowadzającego wynosi:
Przyjęto przewód o średnicy dp = 0,02 m
Przy założeniu prędkości przepływu wody w otworach v2 = 4 m/s i przy średnicy otworu do = 0,02 m wymagana liczba otworów wynosi:
otworów
Przy długości klarownika lk = 10 m odległość między osiami otworów wynosi:
Filtr pospieszny jednowarstowy
Dane do obliczeń
Złoże średnioziarniste dmin = 0,7 mm, dmax = 1,6 mm, de = 1 mm, k = 1,8, H = 1,2 m
Prędkość filtracji Vf = 7 m/h, przy przeciążeniu Vfp = 10 m/h.
Płukanie wodą przy
, liczba płukań n = 2/d, czas płukania t2 = 10 min = 0,17 h; czas wyłączenia filtru t = 0,33 h
Drenaż płytowy z dyszami filtracyjnymi o szczelinie 0,8
10 mm,α=1120,β=2,00
Powierzchnia filtrów
T - czas pracy filtrów, przyjęto T = 24 h/d
F - całkowita powierzchnia filtrów na stacji [m2]
Q - wymagana maksymalna dobowa dostawa wody dla wodociągu [m3/d]
νf - obliczeniowa prędkość filtracji przy normalnym obciążeniu filtrów [m/h]
n - liczba płukań każdego filtru w ciągu doby [1/d]
t1 - czas wyłączenia filtru w związku z płukaniem [h]
t2 - średni czas płukania filtru wodą [h]
q =15,29[l/s∙m2]intensywność płukania filtru]
10.2 Wymiary pojedynczego filtru oraz liczba filtrów
Przyjmuje się wymiary jednego filtru w rzucie poziomym B x L = 4,5 x5 m tj. Fj = 22,5 m2
; przyjmuje się N = 8 filtrów o łącznej powierzchni 180 m2
Sprawdzenie prędkości filtracji przy przeciążeniu.
Zakładamy, że jeden filtr wyłączony do płukania drugi jest remontowany.
Obliczenie liczby dysz filtracyjnych filtracyjnych dnie filtru.
10.4.1 Wymagana sumaryczna powierzchnia otworów w dyszach przy założeniu procentowego stosunku powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtru p = 1,2 %
10.4.2. Liczba dysz przy założeniu, że dysza ma 36 szczelin o wymiarach 0,35 x 20 mm
szt.
Rozwiązanie drenażu i dna filtru
Przewiduje się płyty drenażowe o wymiarach 1 x 1 m w osi. Liczba płyt wyniesie 30.
W każdej z płyt powinno być
dysz; przyjmuje się n = 36 dysz rozstawionych w układzie 6 x 5 sztuk.
Stąd dysze powinny być rozstawione:
Łączna liczba zainstalowanych dysz wyniesie 26 x 36 = 936 dysz
Strata ciśnienia w drenażu w czasie płukania.
Przepływ przez jedną dyszę w czasie płukania:
Strata ciśnienia w drenażu
Warstwa podtrzymująca złoże filtracyjne
Przyjęto warstwę filtracyjną o wysokości
ze żwiru o uziarnieniu 2 - 4 mm
Strata ciśnienia w warstwie filtracyjnej w czasie płukania
Wysokość straty ciśnienia w warstwie podtrzymującej:
H2O
Strata ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej w trakcie płukania
Przy założeniu
; mo = 40 % dla H = 1,2 m wysokość straty
ciśnienia wyniesie:
Całkowita strata przy płukaniu:
h = hf + hp + hd = 1,19 + 0,67 + 1,53 =3,39 mH2O
Koryto zbiorcze
Przyjęto koryta zbiorcze p przekroju złożonym w górnej części o ścianach pionowych , a w dolnej w kształcie trójkąta przy L = 5 m, przyjęto nk=3 koryt zbiorczych o długości między osiami 1,67 m.
jednym korytem zbiorczym odprowadzania będzie woda po płukaniu w ilości:
Z nomogramu odczytano szerokość koryta zbiorczego:
Przyjęto
Wysokość prostokątnej części koryta :
;
Całkowita wysokość koryta :
h k=1,25B=1,25
Minimalna wysokość wyniesienia krawędzi koryta ponad powierzchnię złoża wynosi:
Ponieważ
przyjęto ostatecznie hk=0,64 m
Kanał zbiorczy
Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości
.
Wysokość kanału zbiorczego mierzona od dna koryt zbiorczych wynosi:
Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.
Przewód doprowadzający wodę do wszystkich filtrów:
Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:
;
Przewód doprowadzający wodę do jednego filtru
Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:
;
Przewody odprowadzające wodę po filtracji są identyczne jak doprowadzające wodę.
Przewód doprowadzający wodę do płukania:
Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:
;
Przewód odprowadzający ścieki po płukaniu.
Odczytano dla
z nomogramu d = 700 mm przy
oraz
Straty ciśnienia przy płukaniu filtru obliczona w miejscu wejścia przewodu wody do płukania do komory filtru.
- wysokość geometryczna od dna komory do krawędzi koryta zbiorczego.
11. filtr pospieszny dwuwarstwowy
dane do obliczeń
Złoże z piasku drobnoziarnistego o wysokości H = 0,7 m; dmin = 0,5 mm; dmax = 1,25 mm; de = 0,8 mm; K = d80/d10 = 2,0 i piasku antracytowego: H = 0,5 m; dmin = 0,8 mm; dmax = 1,8 mm; de = 1,1 mm; K = d80/d10 = 2,0;
Prędkość filtracji vf = 8 m/h ;
płukanie wodą przy intensywności : qpł = 14 l/s⋅m2, liczba płukań n = 2/d, czas płukania t2 = 7 minut = 0,12 h, czas wyłączenia filtru t1 = 20 minut = 0,33 h;
Drenaż płytowy z dyszami filtracyjnymi typu „Degremont”
Powierzchnia filtrów
gdzie:
T - czas pracy filtrów (przyjmuję jako T = 24 h/d).
Obliczenie wymiarów pojedynczego filtru oraz liczby filtrów:
Przyjmuję wymiary jednego filtru w rzucie poziomym (szerokość × długość) B×L = 5× 5 m, tj. powierzchnia każdego filtru wynosi F1 = 25m2.
Liczba filtrów wynosi:
filtrów
Przyjmuję liczbę filtrów N = 6
Łączna powierzchnia filtrów: F = 6⋅25 = 150 [m2]
Sprawdzenie prędkości filtracji przy przeciążeniu:
Zakładając, że jeden filtr jest wyłączony oraz jeden jest remontowany, mamy:
11.4 Obliczenie liczby dysz filtracyjnych w dnie filtru:
a) p = 1,2 % - procentowy stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtru
b) Liczba dysz przy założeniu, że dysza ma 36 szczelin o wymiarach 0,25×20 mm, wynosi:
11.5Rozwiązanie drenażu i dna filtru:
Projektuję 46 płyt drenażowych o wymiarach 1×1 m w osi z 36 dyszami w każdej płycie. Rozstaw dysz około 150 mm. Łączna liczba dysz:
n1 = 46 ⋅ 36 = 1656 szt.
11.6 Straty ciśnienia w drenażu w czasie płukania:
Przepływ przez jedną dyszę:
q = 14 l/s⋅m2 - intensywność płukania filtru
Strata ciśnienia w drenażu:
α = 480, β = 1,74 - współczynniki zależne od rodzaju dyszy (dla dyszy Degremont)
11.7 Warstwa podtrzymująca złoże filtracyjne:
Przyjęto warstwę filtracyjną o wysokości Hp = 0,5 m ze żwiru o uziarnieniu 2 ÷ 4 mm.
Strata ciśnienia w warstwie podtrzymującej:
Strata ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej w trakcie płukania:
Dla piasku kwarcowego:
Przy założeniu, że ρz = 2,65 g/m3 - gęstość ziaren złoża filtracyjnego, ρw = 1 g/m3- gęstość wody, porowatość m0 = 40 %, dla H = 0,7 m :
Dla antracytu:
Przy założeniu, że ρz = 1,2 g/m3 - gęstość ziaren złoża filtracyjnego, ρw = 1 g/m3- gęstość wody, porowatość m0 = 40 %, dla H = 0,5 m :
Całkowita strata wysokości ciśnienia przy przepływie wody przez filtr w czasie płukania:
h = hd + hp + hf =0,32+0,15+0,76=1,23 m
Obliczenie koryt zbiorczych:
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 nk = 3 koryta zbiorcze, o długości między osiami 1,67 [m].
Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda w ilości:
Wykorzystując monogram przy a = 1,5:
Szerokość koryta:
Wysokość prostokątnej części koryta: 0,75⋅B = 0,75 ⋅ 0,46 = 0,35 m
Całkowita wysokość koryta: hk = 1,25⋅B = 1,25 ⋅ 0,46 = 0,58 m.
Minimalna wysokość wzniesienia krawędzi koryta ponad powierzchnię złoża:
gdzie:
e - ekspansja (e = 50 %)
Obliczenie kanałów zbiorczych:
Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości Bkz = 1,0 m (przyjmuje się powyżej 0,8 m). Wysokość kanału zbiorczego jest mierzona od dna koryt zbiorczych:
gdzie:
qpk - natężenie przepływu ścieków z płukania filtru (przyjęto qpk = qk = 0,35 m3/s).
11.12 Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę:
11.13Przewód doprowadzający wodę do jednego filtru
Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:
;
Przewody odprowadzające wodę po filtracji są identyczne jak doprowadzające wodę.
przewód doprowadzający wodę do płukania:
Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:
;
przewód odprowadzający ścieki po płukaniu.
Odczytano dla
z nomogramu d = 700 mm przy
oraz
24