Olsztyn 25.05.2007 r.

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Inżynieria Środowiska

Oczyszczanie wody i ścieków

„KONCEPCJA TECHNOLOGICZNA STACJI UZDATNIANIA WÓD POWIERZCHNIOWYCH”

Wykonali:

Katarzyna Jasińska

Mateusz Chorowicz

Rok II

Sprawdził:

Dr inż. Marek Rynkiewicz

Koncepcja technologiczna stacji uzdatniania:

- Liczba mieszkańców: 35000

- Temperatura wody: 7-16 ⁰ C

- Barwa wody: 35-55 [mg Pt/dm³]

- Odczyn w skali pH : 7,2

- Zasadowość: 0,9 [mval/dm³]

- Mętność wody: 40-50 [mg/dm³]

- Koagulant: glinowy ( Al₂(SO₄)₃ x 18H₂O )

- Zawartość zawiesin w wodzie surowej: 110 mg/dm³

- 40 % mieszkańców klasa 4,

- 60 % mieszkańców klasa 5.

Schemat podstawowy stacji uzdatniania wody:

1. Obliczenie zapotrzebowania na wodę:

Projekt stacji uzdatniania wód powierzchniowych dla 35000 mieszkańców, podzielonych odpowiednio na IV i V klasę kanalizacji.

1. Wydajność stacji:

- Średnie, dobowe zapotrzebowanie na wodę:

q_dśr = q^' x M

klasa 4 M = 0,4 x 35000 = 14000

klasa 5 M = 0,6 x 35000 = 21000

klasa 4 q_dśr = 0,1 x 14000 = 1400 m³/d

klasa 5 q_dśr = 0,16 x 21000 = 3360 m³/d

Q_dśr = Σq_dśr = 1400 + 3360 = 4760 m³/d

- Maksymalne, dobowe zapotrzebowanie na wodę:

Q_dmax = Q_dśr x N_d

Q_dmax = 4760 x 1,5 =7140 m³/d

- Średnie, godzinowe zapotrzebowanie na wodę:

Q_hśr =

Q_hśr = 7140/24 = 297,5 m³/h

- Maksymalne, godzinowe zapotrzebowanie na wodę:

Q_hmax = Q_hśr * N_n

Q_hmax = 297,5 x 1,6 = 476 m³/h

2. Określenie dawki i zapotrzebowania reagentu:

Al₂(SO₄)₃ x 18H₂O - siarczan glinu

2.1. Określenie dawki reagentu

- Barwa B = 35 - 55 mgPt/dm³

- Mętność M = 40 - 50 mgPt/dm³

- Dawka reagentu D₁ = 7
= 7
= 41,41 mg/dm³

D₂ = 7
= 7
= 51,91 mg/dm³

D₃ = 7
= 7
= 44,27 mg/dm³

D₄ = 7
= 7
= 49,49 mg/dm³

Przyjmujemy:

D_min = 41,41 mg/dm³

D_max = 51,91 mg/dm³

- Zasadowość zas. M ≤ W x D2 + 0,7

0,9 ≤ 0,009 x 51,91 + 0,7

1,1 ≤ 1,167 - należy dodać wapna

W - współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody w procesie hydrolizy koagulantu

0,7 - zapas zasadowości, jaka pozostaje w wodzie po hydrolizie

5% roztwór CaO o gęstości 1,05g/ml³

2.2 Obliczenie wymaganego zapasu reagenta na SUW:

Stosowane dawki reagenta (siarczan glinu):

D_min = 41,41 g/m³ ⇒ t₁ = 100 dni

D_śr = 46,66 g/m³ ⇒ t₂ = 140 dni

D_max = 51,91 g/m³ ⇒ t₃ = 125 dni

2.3 Obliczenie całkowitego rocznego zużycia koagulantu w postaci produktu technicznego:

M_r = 10^-3 x Q_dśr x f x ( D₁ x t₁ + D₂ x t₂ + … + D_n x t_n )

M_r= 10^-3 x 4760 x 2,12 ( 41,41 x 100 + 46,66 x 140 + 51,91 x 125 )

M_r = 173186,68 kg/rok = 173,186 t/rok

Q_dśr - średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody brutto [m³/doba]

D - dawka reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej [g/m³]

t_n - liczba dni w roku

f - współczynnik przeliczeniowy koag. chemicznie czystego i bezwodnego na produkt techniczny dla siarczanu glinu ( f = 2,12 )

2.4 Obliczenie średniego dobowego zużycia koagulantu:

m_d=
t/d

2.5 Obliczenie maksymalnego dobowego zużycia koagulantu:

M_dmax = 10^-3 x f x D_dmax x Q_dmax = 10^-3 x 2,12 x 51,91 x 7140 = 785,75 kg/d

M_dmin = 10^-3 x f x D_dmin x Q_dśr = 10^-3 x 2,12 x 41,41 x 4760 = 417,88 kg/d

D_dmax - dawka maks. koagulantu g/m³

Q_dmax - maks. dobowa wydajność SUW

2.6 Zapas reagentu:

Z₁ = T_min x M_dmax = 15 x 785,75= 11786,25kg

Z₂ = T_max x M_dmin = 30 x 417,88 = 12536,4kg

3. Powierzchnia magazynowania

3.1 Magazynowanie na sucho:

F=
[
]

F=1.3*(12536,4/(1250*2))=6.52 = 7 m²

3.2 Magazynowanie na mokro:

V_m= β*
[
]

Dla 7⁰C :

V_m1=58,44

Dla 18⁰C :

V_m2 = 54.46

Przyjęto: 58,44 = 60m³

4. Zbiornik zarobowy i roztworowy :

1. Objętości zbiorników:

1. Zarobowy:

V=

c = 20%

n = 1
2 (dla Q_dśr<10000 m³/d)

= 1249,44 kg/m³

2. Roztworowy:

V=

c = 5%

n = 1
2 (dla Q_dśr<10000m³/d)

= 1062,36/m³

4.2 Wymiary zbiorników:

Zarobowy: ⇒ l x b x H 1 m
1 m
1,57 m

Roztworowy: ⇒ 1m
3,70 m x 2m

1. Instalacje sprężonego powietrza

a) zbiornik zarobowy

Q_p^z = n x b_z x l_z x q_p^z = 1*1*1*9 = 9 l/s =0,009 m³/s = 0,54 m³/min

Q_p^z -ilość powietrza niezbędna do zbiornika zarobowego

n - liczba pracujących jednocześnie zbiorników zarobowych

b,l - wymiary

q - jedn. intensywności doprowadzania powietrza ( q_p^z=9, q_p^r = 4 )

Przyjmujemy średnicę otworu d=5 mm=0,005m

- F_otworu= п*r² = 1,9626 *10^-5 m²

Prędkość powietrza wypływającego z rury v = 25 m/s

- ilość powietrza wypływającego z rury

V = v * F_otworu = 4,906 * 10 ^-4 m³/s

- liczba otworów

n= Q_p^z ÷ v = 18,35

Przyjęto 20 otworów

Przyjmujemy, że zbiornik zarobowy będzie napowietrzany 4 rurami o długości 0,95 z otworami ф 5mm oddalonymi od siebie o 20cm. Każda z rur będzie miała 5 otworów rozmieszczonych co15,8 cm

b) zbiornik roztworowy

Q_p^r = n x b_r x l_r x q_p^r =1*3,7*1*4 =14,8 l/s = 0,0148 m³/s = 0,888 m³/s

Przyjmujemy średnicę otworu d=5 mm=0,005m

- powierzchnia otworu

F_otworu= п*r² = 1,9626 *10^-5 m²

Prędkość powietrza wypływającego z rury v = 25 m/s

- ilość powietrza wypływającego z rury

V = v * F_otworu = 4,906 * 10 ^-4 m³/s

- liczba otworów

n= Q_p^r ÷ v = 30,17

Przyjęto 32 otworów

Przyjmujemy, że zbiornik roztworowy będzie napowietrzany 4 rurami o długości 0,95 z otworami ф 5 mm oddalonymi od siebie o 74cm. Każda z rur będzie miała 8 otworów rozmieszczonych co 10,5 cm.

5. Dawkownik:

5.1 Wydajność dawkownika roztworu :

q_d=
dm³/s

Q - obliczeniowe natężenie przepływu uzdatnianej wody [m³/s]

D - dawka reagentu w przeliczeniu na produkt bezwodny chemicznie czysty [g/m³]

β - zawartość substancji aktywnej w dawkowanym reagencie lub roztworze [%]

c - stężenie dawkowanego reagenta [%]

- gęstość właściwa roztworu [t/m³]

5.2 Objętość użyteczna dawkownika:

V = 3,6 x q_d x T = 3,6 x 0,0409 x 7 = 1,03m³

V = 1,5 m³ na każdy dawkownik

q_d - wydajność dawkownika [m³/s]

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

Wymiary dawkownika: a =1,5 m; b =1m; h =1m

6. Mieszalnik mechaniczny :

6.1 Objętość mieszalnika

V_KSM= Q_dmax * t _max

V_KSM = 0,083 * 60 = 4,98 m³

6.2 Obliczanie średnicy i wysokości czynnej mieszalnika :

H=1,7

d=0,52 m

b= 0,13 m

6.3 Liczba Reynoldsa Re_m

6.4 Moc silnika :

a) moc na wale mieszadła

b) moc silnika

7. Komora flokulacji labiryntowa:

1. Objętość komory flokulacji

2. Powierzchnia

UWAGA:

Ze względu na niewielką szerokość koryt, zmniejszono wysokość komory flokulacji do 1m

3. Szerokość komory

-Wlot

-Wylot

4. Liczba zmian kierunku przepływu

b₁=0,41

b₂=0,5

b₃=0,6

b₄=0,7

b₅=0,8

b₆=0,9

b₇=1,0

b₈=1,1

n=8 - liczba zmian kierunku przepływu wody

m=n+1=9 - liczba korytarzy

5. Długość komory

6. Szerokość komory

7. Wysokość strat ciśnienia przy przepływie wody przez komorę

-wlot

-wylot

8. Osadnik poziomy podłużny :

8.1 Dane wyjściowe

Koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie 110 [g/m
]

Prędkość opadania zawiesin (z tabeli)
=0,55[mm/s]

8.2 Pozioma prędkość przepływu wody

[mm/s]

k - współczynnik zależny od stosunku długości

osadnika L do jego głębokości przepływowej H

mierzonej w środku drogi przepływu

8.3 Współczynnik zapasu

8.4 Długość osadnika

V - pozioma prędkość przepływu wody [mm/s]

u- prędkość opadania najmniejszych cząstek [mm/s]

- współczynnik zapasu

H - średnia głębokość przepływowej osadnika [m]

8.5 Powierzchnia osadników w rzucie poziomym

- współczynnik zapasu

Q - obliczeniowa wydajność SUW [m
/h]

u - prędkość padania zawiesin [mm/s]

8.6 Szerokość osadnika

Przyjęto 2 osadniki o wymiarach B=5,25 m;H=3,0m;L=30m

8.7 Sprawdzenie warunków panujących w osadniku

a) promień hydrauliczny

B - szerokość osadnika [m]

H - średnia głębokość części przepływowej osadnika[m]

b) liczba Reynoldsa

Warunek spełniony

v - pozioma prędkość przepływu wody [m/s]

- współ. Lepkości kinematycznej wody w 7°C [m²/s]

- promień hydrauliczny [m]

c) liczba Froude'a

Warunek spełniony

v - pozioma prędkość przepływu wody [m/s]

- promień hydrauliczny [m]

g - przyspieszenie ziemskie [m/s²]

8.8 Głębokość osadnika

a) 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

b) całkowita wysokość przy wlocie

H_c' = H_c +

L - długość osadnika

i - spadek hydrauliczny

c) całkowita wysokość przy wylocie

H_{c'' =} H_c -

8.9 Doprowadzenie wody do osadnika

a) wymagana powierzchnia otworów

f₀=

n - liczba osadników

v₀ - prędkość przepływu wody przez otwory

b) liczba otworów

n₀ =
otworów

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

8.10 Odprowadzanie wody z osadnika:

a) długość ścianki koryta

l_k=

q_k - dopuszczalne obciążenie krawędzi koryta zbiorczego

b) przekrój czynny koryta o jednostronnym zasilaniu

f_k1=

v_k - prędkość przepływu wody w korytach odpływowych

[m/s]

Wysokość czynna koryta h_k=0,19m

Szerokość czynna b=0,19m

d) przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu:

f_k2=

Wysokość czynna koryta h_k= 0,86m

Szerokość czynna koryta b= 0,86m

8.11 Komora osadowa

a) wysokość komory osadowej

h_os =

- kąt nachylenia krawędzi bocznych do poziomu

b - szerokość dolnej ściętej krawędzi komory osadowej

[m]

b) objętość komory osadowej

V_{os =}

c) okres pracy między kolejnymi opróżnieniami komory osadowej

T =

C_os = 25000 g/m³

C_o = 8 g/m³

Cp = z + k x Dk +0,25 x B + A = 110 + 1,0 x 46,66 +

0,25 x 55 +
= 177,89 g/m³

d) objętość zatrzymanego osadu

V_os'=

T - okres pracy między opróżnieniami

e) Czas rzeczywisty zatrzymania osadu

T' = T x

9. Filtr pospieszny 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 = 1mm

9.1 Wymagana intensywność płukania filtrów:

q = 73,5 x

q₁=
dla (7^oC)

q₂=
dla (16^oC)

- ρ - gęstość wody

- ρ_w - gęstość właściwa materiału filtracyjnego

- d_e - równoważna średnica ziaren

- α - współczynnik kształtu ziaren

- ψ - kinematyczny współczynnik lepkości wody

9.2 Długość cyklu filtracyjnego (między płukaniami):

T_f1 =
dla (16^oC)

T_f2 =
dla (7^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:

Δh₀ =
dla (16^oC)

Δh₀ =
dla (7^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)

9.3 Liczba płukań na dobę:

n₁=
co 2 dni (16^oC)

n₂=
co 2 dni (7^oC)

9.4 Całkowita powierzchnia filtrów:

F₁=

F₂=

9.5 Liczba filtrów :

N₁ = ½*

N₂ = ½*

9.6 Powierzchnia jednego filtra:

f₁ =

f₂ =

9.7 Prędkość filtra podczas płukania jednego z filtrów:

V_fp1 =

V_fp2 =

N₁- liczba filtrów jednocześnie wyłączonych z eksploatacji

17

Woda powierzchniowa z ujęcia

Krata (sito)

Mieszalnik

Komora flokulacji

Osadnik

Filtry pośpieszny

Do pompowni

i sieci wodociągowej

dawkownik

Zbiornik roztworowy

Zbiornik zarobowy

Magazyn koagulantu

Dowóz koagulantu

Osady

Ścieki po płukaniu filtru

roztwór

koagulantu

Skratki

---