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: Q_dśr = 20000 m³/d,

• maksymalna dobowa wydajność stacji: Q_max = 26000 m³/d,

Przewidywalne dawki reagentów:

	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
Liczba dni	90	93	85	97
Dawka siarczanu glinu [g/m^3]	50	60	45	65
Dawka wapna [g/m^3]	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 D_min=45
i:
zapewniony czas zapasu to:Z=53995,5 kg

1. Wielkość powierzchni magazynowania netto:

2. 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%

ρ_r - gęstość roztworu [kg/m³]

n - liczba przygotowań roztworu w ciągu doby [1/d]

V_z - 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 h_r = 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

h_o = 0,4 m - wysokość położenia krawędzi zbiornika ponad zwierciadłem roztworu

h_z = 2,05 m - wysokość zbiornika

h_p = 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

q_p = 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

q_p = intensywność doprowadzenia powietrza

Łączna ilość powietrza : Q_p + Q_p=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]

1. 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 H_c = 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:

q_d - 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 %

ρ_r - 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

Q_{d 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

1. 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 D_k = 55

- Barwa ujmowanej wody B = 56

- Średnia dawka wapna D_w = 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

H_c = H + h_k + h₀ [m]

gdzie:

h_k - wysokość wyniesienia ściany osadnika nad zwierciadło wody,

h₀ - wysokość części osadnika przeznaczonej na osad i zgrzebło zgarniacza,

Przyjmuję: h_k = 0,4 m; h₀ = 0,5 m.

H_c = 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:

q_k - dopuszczalne obciążenie krawędzi koryta zbiorczego, przyjęto q_k = 25 m³/h⋅m

Przy szerokości osadnika B = 4,0 m przyjęto jedno koryto jednostronnie zasilane i drugie zasilane dwustronnie (rzeczywista długość koryt przelewowych l_k = 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 q_k = 22,56

Przekroje czynne koryt zbiorczych obliczono przy założeniu prędkości przepływu

v_k = 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]

C_o - koncentracja zawiesin w wodzie odprowadzanej z osadnika, przyjęto C_o = 12 g/m³

C_os - średnia koncentracja zagęszczonego w komorze osadowej osadu [g/m³]

Dla Z = 600 g/m³ i T = 6 h → C_os = 60000 g/m³.

C_p - koncentracja zawiesin w wodzie doprowadzanej do osadnika [g/m³]

C_p = Z + K
D_k + 0,25
B +0,6
D_w= 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: Q_u=1083
  

• Wymagana użyteczna wydajność klarownika w okresie zimowym:0,9Q_u=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

1. Obliczeniowa wydajność klarownika

• Dla okresu letniego:

Q_u = 1083 m³/h

• Dla okresu zimowego:

Q_u^' = 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:
  

1. Powierzchnia strefy klarowania.

• W okresie letnim:

• W okresie zimowym:

1. Powierzchnia komory zagęszczacza

dla α = 0,9

• Dla okresu letniego:

• Dla okresu zimowego:

1. Łączna powierzchnia klarownika

• Dla okresu letniego:

• Dla okresu zimowego

• 
  

2. 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

3. Powierzchnia każdej z 2 części strefy klarowania ponad osadem zawieszonym

Przy założeniu szerokości klarownika b_k = 3m, długość strefy klarowania

4. Powierzchnia zagęszczacza w każdym z 2 klarowników

Przy długości klarownika l_k =10 m szerokość strefy zagęszczania :

5. 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 v_o = 1,8 m/s liczba ich wyniesie:

otworów

Przy rozmieszczeniu otworów w dwóch rzędach odległość między osiami wyniesie.

6. 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 V_kz = 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
l_k = 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

7. 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 V_ok = 47 m/h wymagana ich powierzchnia

Przy wysokości okien h_ot = 0,3 m i przekroju prostokątnym. Całkowita długość wyniesie:

Ostatecznie przyjęto 10 otworów o szerokości 0,33 m i odegłościa między osiami otworów:

8. 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 l_k = 10 m oraz umieszczonych otworach w dwóch rzędach, odległość między osiami przewodów wynosi:

9.10Wysokość klarownika

Przyjmujemy b_k = 3 m; oraz b = 0,2 m, β = 25º

b_k = szerokość jednej części klarowania

b = szerokość koryta doprowadzającego wodę

α = kąt zawarty między prostymi przeprowadzonymi od osi przewodu

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

Wysokość dolnej części klarownika o ścianach odchylonych od pionu wyznaczono przyjmując b_k = b = 3 m; oraz a= 0,4 m, β = 70º

a = szerokość dolnej części strefy klarowania

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

Przy wysokości okien wlotowych h_ot = 0,3 m grubość warstwy osadu zawieszonego wyniesie

9. 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 d_p = 0,02 m

Przy założeniu prędkości przepływu wody w otworach v₂ = 4 m/s i przy średnicy otworu d_o = 0,02 m wymagana liczba otworów wynosi:

otworów

Przy długości klarownika l_k = 10 m odległość między osiami otworów wynosi:

• Filtr pospieszny jednowarstowy

Dane do obliczeń

• Złoże średnioziarniste d_min = 0,7 mm, d_max = 1,6 mm, d_e = 1 mm, k = 1,8, H = 1,2 m

• Prędkość filtracji V_f = 7 m/h, przy przeciążeniu V_fp = 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

1. 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]

ν_f - 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

2. Sprawdzenie prędkości filtracji przy przeciążeniu.

Zakładamy, że jeden filtr wyłączony do płukania drugi jest remontowany.

3. 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.

4. 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

5. Strata ciśnienia w drenażu w czasie płukania.

Przepływ przez jedną dyszę w czasie płukania:

Strata ciśnienia w drenażu

6. Warstwa podtrzymująca złoże filtracyjne

Przyjęto warstwę filtracyjną o wysokości
ze żwiru o uziarnieniu 2 - 4 mm

7. Strata ciśnienia w warstwie filtracyjnej w czasie płukania

Wysokość straty ciśnienia w warstwie podtrzymującej:

H₂O

8. Strata ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej w trakcie płukania

Przy założeniu
; m_o = 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

9. 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 n_k=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 h_k=0,64 m

10. Kanał zbiorczy

Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości
.

Wysokość kanału zbiorczego mierzona od dna koryt zbiorczych wynosi:

11. Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.

1. Przewód doprowadzający wodę do wszystkich filtrów:

Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:

;

2. Przewód doprowadzający wodę do jednego filtru

Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:

;

3. Przewody odprowadzające wodę po filtracji są identyczne jak doprowadzające wodę.

4. Przewód doprowadzający wodę do płukania:

Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:

;

5. Przewód odprowadzający ścieki po płukaniu.

Odczytano dla
z nomogramu d = 700 mm przy
oraz

1. 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; d_min = 0,5 mm; d_max = 1,25 mm; d_e = 0,8 mm; K = d₈₀/d₁₀ = 2,0 i piasku antracytowego: H = 0,5 m; d_min = 0,8 mm; d_max = 1,8 mm; d_e = 1,1 mm; K = d₈₀/d₁₀ = 2,0;

• Prędkość filtracji v_f = 8 m/h ;

• płukanie wodą przy intensywności : q_pł = 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”

1. Powierzchnia filtrów

gdzie:

T - czas pracy filtrów (przyjmuję jako T = 24 h/d).

1. 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]

1. 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 H_p = 0,5 m ze żwiru o uziarnieniu 2 ÷ 4 mm.

1. Strata ciśnienia w warstwie podtrzymującej:

2. Strata ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej w trakcie płukania:

Dla piasku kwarcowego:

Przy założeniu, że ρ_z = 2,65 g/m³ - gęstość ziaren złoża filtracyjnego, ρ_w = 1 g/m³- gęstość wody, porowatość m₀ = 40 %, dla H = 0,7 m :

Dla antracytu:

Przy założeniu, że ρ_z = 1,2 g/m³ - gęstość ziaren złoża filtracyjnego, ρ_w = 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 = h_d + h_p + h_f =0,32+0,15+0,76=1,23 m

3. 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 n_k = 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: h_k = 1,25⋅B = 1,25 ⋅ 0,46 = 0,58 m.

Minimalna wysokość wzniesienia krawędzi koryta ponad powierzchnię złoża:

gdzie:

e - ekspansja (e = 50 %)

4. Obliczenie kanałów zbiorczych:

Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości B_kz = 1,0 m (przyjmuje się powyżej 0,8 m). Wysokość kanału zbiorczego jest mierzona od dna koryt zbiorczych:

gdzie:

q_pk - natężenie przepływu ścieków z płukania filtru (przyjęto q_pk = q_k = 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:

;

1. Przewody odprowadzające wodę po filtracji są identyczne jak doprowadzające wodę.

2. przewód doprowadzający wodę do płukania:

Średnica przewodu, przy założeniu, że V = 1,2 m/s wynosi:

;

3. przewód odprowadzający ścieki po płukaniu.

Odczytano dla
z nomogramu d = 700 mm przy
oraz

24

---