Politechnika Warszawska

Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Budownictwa Wodnego

Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Oczyszczania Ścieków

Projekt

Urządzenia do Uzdatniania Wody

Stacja uzdatniania wody powierzchniowej

Wykonał:

Agnieszka Przybyłko ISIW-3

Prowadzący

Dr inż. Ryszard Wenda

• Stacja uzdatniania wody

W zależności od rodzaju ujmowanej wody stacje uzdatniania wody mogą mieć różne układy technologiczne, charakteryzujące się zestawieniem niezbędnych urządzeń technologicznych wzajemnie ze sobą współpracujących, które mają za zadanie zapewnić odpowiedni efekt uzdatnienia wody przeznaczonej do spożycia. Projekt ten ma na celu przedstawienie obliczeń dla urządzeń do uzdatniania wody dla głównego oraz alternatywnego ciągu technologicznego. Projektowana stacja uzdatniania wody będzie posiadała dwa bliźniacze ciągi i w obliczeniach zostanie przedstawiony jeden z nich. Z powyższego założenia wynika fakt, iż do obliczeń stosowane są wydajności o połowę mniejsze.

Wydajność stacji uzdatniania	Dla 1 z 1 ciągu techn.	Dla 1 z 2 ciągów techn.
Średnia dobowa wydajność	61000 [m^3/d]	30500 [m^3/d]
Maksymalna dobowa wydajność	73000 [m^3/d]	36500 [m^3/d]

W przedstawionym projekcie główny ciąg technologiczny składa się z mieszalników, klarowników oraz filtrów pospiesznych grawitacyjnych. W alternatywnym ciągu technologicznym zamiast klarownika można stosować komory flokulacji wraz z osadnikami podłużnymi.

• Magazyny reagentów

1. Magazyn „na mokro” koagulantu

Stosowanym koagulantem w projektowanej stacji uzdatniania wody jest siarczan glinu Al₂(SO₄)₃ w postaci uwodnionej gatunek I. Przewidywane dawki koagulantu w przeliczeniu na produkt bezwodny oraz chemicznie czysty kształtują się następująco:

Okres dawkowania [d]	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
		90	93	85	97
Dawka Al2(SO4)3 [g/m^3]	50	60	45	65

1. Roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego




gdzie:

Q_dśr - średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody dla 1 z 2 ciągów [m³/d]

f - Wsp. przeliczeniowy masy koagulantu z postaci chemicznie czystej na masę produktu technicznego. Dla Al₂(SO₄)₃ f = 2,12[-]

t_i - czas dawkowania koagulantu w danym okresie [d]

D_i - dawka koagulantu w danym okresie [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:







2. Średnie dobowe zużycie koagulantu




3. Maksymalne dobowe zużycie koagulantu

Dla bezpieczeństwa zakładamy, iż stosowanie maksymalnej dawki koagulantu zbiegnie się z maksymalną dobową wydajnością stacji uzdatniania wody.




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [m³/d]

D_max - maksymalna dawka koagulantu [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:





4. Wielkość zapasu koagulantu

Wielkość zapasu koagulantu wyznaczamy na minimalny normowy czas zapasu koagulant na stacji uzdatniania wody wynoszący T_min = 15 [d] w okresie maksymalnego zużycia tego reagentu.







5. Zapewniony czas zapasu dla minimalnej dawki koagulantu




gdzie:

Q_dśr - Średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [m³/d]

D_min - minimalna dawka koagulantu [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:

6. Objętość zbiornika magazynującego




gdzie:

α - Wsp zapasu uwzględniający możliwość przyjęcia do całkowicie wypełnionego magazynu dodatkowej dostawy koagulantu. Jest on zalany średniego dobowego zużycia reagentu. Dla M_d =
[kg/d] wynosi on α = 1,5 [-]

c - stężenie nasycenia wody koagulantem, c = 25% dla Al₂(SO₄)₃ oraz wody w t = 10°C

ρ - gęstość roztworu ρ = 1260 [kg/m³] dla roztworu H₂O - Al₂(SO₄)₃

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




7. Liczba i wymiary zbiorników

Przyjęto n= 3 zbiorniki o objętości Vm1 = 120 [m3] każdy. Wymiary w planieto:

• Szerokość B = 5 [m]

• Długość L = 8 [m]

• Wysokość czynna H = 3 [m]

• Wys. wzniesienia krawędzi zbiornika nad zwierciadło roztworu h_k = 0,4 [m]

• Wys. rusztu i części osadowej h_d = 1,0 [m]

• Wys. całkowita zbiornika H_c = H + h_k + h_d = 3 + 0,4 + 1,0 = 4,4[m]

1. Mieszanie zbiornika magazynu

Zakładamy mieszanie wodne przy użyciu dwóch pomp które zapewnią całkowitą wymianę objętości zbiornika w ciągu 6 godzin.




1. Silos wapna

Przewidywane dawki wapna w przeliczeniu na produkt bezwodny oraz chemicznie czysty kształtują się następująco:

Okres dawkowania [d]	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
		90	93	85	97
Dawka CaO [g/m^3]	10	12	9	13

1. Roczne zużycie wapna w postaci produktu technicznego




gdzie:

Q_dśr - średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody dla 1 z 2 ciągów [m³/d]

f - Wsp. przeliczeniowy masy wapna z postaci chemicznie czystej na masę produktu technicznego. Dla CaO f = 1,46[-]

t_i - czas dawkowania wapna w danym okresie [d]

D_i - dawka wapna w danym okresie [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:







2. Średnie dobowe zużycie wapna




3. Maksymalne dobowe zużycie wapna

Dla bezpieczeństwa zakładamy, iż stosowanie maksymalnej dawki koagulantu zbiegnie się z maksymalną dobową wydajnością stacji uzdatniania wody.




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [m³/d]

D_max - maksymalna dawka wapna [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




4. Wielkość zapasu wapna

Wielkość zapasu wapna wyznaczamy na minimalny normowy czas zapasu wapna na stacji uzdatniania wody wynoszący T_min = 15 [d] w okresie maksymalnego zużycia tego reagentu.







5. Zapewniony czas zapasu dla minimalnej dawki wapna




gdzie:

Q_dśr - Średnia dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [m³/d]

D_min - minimalna dawka wapna [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




6. Powierzchnia silosu netto




gdzie:

ρ_n - gęstość dla wapna CaO = 1000 [kg/m³]

hs - maksymalna wysokość składowania dla CaO h_s = 1,5 [m]

7. Powierzchnia magazynu brutto




gdzie:

α - współczynnik komunikacyjny uwzględniający potrzebę przemieszczania się wewnątrz silosu, przyjęto α = 1,3 [-]

8. Wymiary w planie silosu na wapno

Przyjęto następujące wymiary dla powyższego silosu

• Szerokość b = 2 [m]

• Długość = 3 [m]

• Wysokość h_s = 1,5 [m]

• Zbiorniki roztworowe

W zbiornikach roztworowych przygotowywane są reagenty w stężeniach bezpośrednio dawkowanych do uzdatnianej wody. Redukcja stężenia reagentu w dawkowanej zawiesinie jest rzędu kilku - krotności ( najczęściej 5-cio krotnie), najczęściej od stężenia 20-30% do stężenia

3-6%.

1. Zbiornik roztworowy dla koagulantu

1. Objętość zbiornika




gdzie:

M_dmax - maksymalne dobowe zużycie koagulantu [kg/d]

c_r - stężenie roztworu c_r = 5%

ρ - gęstość roztworu ρ = 1000 [kg/m³]

n - liczba przygotowań w ciągu doby zależna od maksymalnej wydajności stacji uzdatniania wody dla Qdmax=45500 [m³/d] liczba przygotowań n = 3 [-]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




2. Liczba i wymiary zbiorników

Przyjęto N = 3 zbiorniki o V_r1 = 11,2 [m³] każdy. Wymiary pojedynczego zbiornika to:

• Szerokość b_r = 2 [m]

• Długość l_r = 2,8 [m]

• Wysokość h_r = 2 [m]

• Wys. wzniesienia krawędzi zbiornika nad zwierciadło roztworu h_k = 0,3 [m]

• Całkowita wysokość H_c = h_r + h_k = 2 + 0,3 = 2,3 [m]

1. Instalacja sprężonego powietrza do mieszana zbiornika roztworowego

Całkowita ilość powietrza potrzebna do mieszania wszystkich zbiorników roztworowych wyrażona jest wzorem:




gdzie:

b_r, l_r - wymiary zbiornika [m]

N - liczba zbiorków [-]

q_p^r - intensywność doprowadzenia powietrza przyjęto q_p^r = 4 [l/s*m²]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




1. Zbiornik roztworowy mleka wapiennego

1. Objętość zbiornika




gdzie:

M_dmax - maksymalne dobowe zużycie wapna [kg/d]

c_r - stężenie roztworu c_r = 5%

ρ - gęstość roztworu ρ = 1000 [kg/m³]

n - liczba przygotowań w ciągu doby n = 2 [-]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




2. Wymiary zbiornika

Zakładamy zbiornik kołowy o stosunku D/H = 1

Średnicę D oraz wysokość H wyznaczymy ze wzoru:




Całkowita wysokość zbiornika H_c= H + h_k = 2,1 + 0,3 =2,4 [m]

3. Wymiary mieszadła

Pole powierzchni mieszadła




Długość mieszadła




Szerokość mieszadła




4. Moc silnika mieszadła




gdzie:

m - liczba łap mieszadła m = 4

ξ - Wsp hydraulicznych oporów łap mieszadła zależny od stosunku r/b = 2,78 stąd ξ = 1,19 [-]

ρ - gęstość roztworu mleka wapiennego ρ = 1000 [kg/m³]

n - prędkość obrotowa łap mieszadła n = 25 [Obr/min] = 0,42 [Obr/s]

η - sprawność przekładni η = 0,9

k - Wsp zapasu mocy k = 1,4

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




• Dawkowniki

Dawkowniki są to urządzenia podające roztwory reagentów w odpowiedniej ilości niezbędnej do prawidłowego przebiegu procesu uzdatniania wody. Najczęściej stosowanymi urządzeniami są pompy dawkujące. Na cele projektu dobrano pompy typu ND produkcji WZDZ w Toruniu.

1. Dawkownik koagulantu

1. Całkowita wymagana wydajność pomp




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji [m3/s]

Ρ - gęstość roztworu [t/m³]

c, f, D_max - jak dla zbiornika roztworowego koagulantu




2. Wymagana wydajność pomp dla jednego zbiornika roztworowego




Wybrano zestaw 3 pomp, dla pojedynczego zbiornika roztworowego, o wielkości B (skok nurnika 60 [mm]) i średnicy nurnika 50 [mm] o całkowitej wydajności q = 1674 [l/h]

2. Dawkownik mleka wapiennego

1. Całkowita wymagana wydajność pomp




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji [m3/s]

Ρ - gęstość roztworu [t/m³]

c, f, D_max - jak dla zbiornika roztworowego mleka wapiennego

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




Wybrano zestaw 3 pomp, o wielkości B (skok nurnika 60 [mm]) i średnicy nurnika 32 [mm] o całkowitej wydajności q = 693 [l/h]

• Mieszalnik mechaniczny

Mieszalniki służą do szybkiego wymieszania reagentu z wodą w celu zapewnienia odpowiedniego przebiegu procesów uzdatniania całej masie wody. Mieszalnik mechaniczny posiada mechaniczne mieszadło które wywołuje ruch wody w zbiorniku mieszadła.

1. Objętość czynna mieszalnika




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania [m³/h]

t - czas zatrzymania objętości wody w komorze mieszalnika, przyjęto t = 30 [s]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




2. Średnica i wysokość czynna mieszalnika

Przyjęto 2 mieszalniki o objętości V = 6,35 [m³] każdy.

W celu ustalenia wymiarów zbiornika przyjeto H/D = α = 1,2







3. Wymiary mieszadła dwułopatowego bez przegród

Średnica d = D/3 = 2,38/3 = 0,79 [m]

Wysokość b = 0,25
d =0,25 * 0,79 = 0,20 [m]

Sprawdzenie warunków mieszania

Przyjęto prędkość obrotową n=60 [Obr/min] = 1 [s^-1]





Warunek poprawnego mieszania jest spełniony gdyż uzyskana liczba R_e świadczy o ruchu turbulentnym wody wewnątrz komory mieszalnika.

Znając wartość liczby Re możemy określić współczynnik oporów mieszadeł standardowych C = 0,6.

4. Moc na wale mieszadła




a = 1,1 h = 0,6 α = 3




5. Odprowadzenie wody z mieszalnika

Powierzchnia koryta zbiorczego




Wymiary koryta zbiorczego

• Szerokość b_k = 0,4 [m]

• Wysokość h_k = f_k/b_k = 0,45 [m]

Całkowita powierzchnia otworów przelewowych:




Liczba otworów




Średnica otworów

d₀ = 0,09 [m]

Odległość między otworami w osiach




• Klarownik

Klarowniki z zawieszonym osadem są urządzeniami służącymi do klarowania i odbarwiania wody w drodze stosowania koagulacji i sedymentacji. uzdatniana woda, po wymieszaniu z koagulantem oraz ewentualnie innymi reagentami, doprowadzana jest do klarownika z zawieszonym osadem, gdzie zachodzi zarówno proces koagulacji jak i sedymentacji.

1. Obliczeniowa wydajność klarownika




gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [m³/h]

c_p - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie dopływającej [g/m³]

c₀ - zawartość zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika [g/m³]

c_os - średnia koncentracja zawiesin w usuwanym osadzie [g/m³]

1. Maksymalna zawartość zawiesin w wodzie dopływającej




gdzie:

Z_max - maksymalne stężenie zawiesin w wodzie ujmowanej [g/m³]

K - współczynnik przeliczeniowy dla stosowanego koagulantu K = 0,55

D_kmax - maksymalna dawka koagulantu [g/m³]

B_max - maksymalna barwa ujmowanej wody [g Pt/m³]

D_wmax - maksymalna dawka wapna [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:

— w okresie letnim:


— w okresie zimowym:




Średnią koncentrację zawiesin w usuwanym osadzie przyjęto przy czasie zagęszczania T = 6h:

— dla okresu letniego:
,

— dla okresu zimowego:
.

Przy założenie koncentracji zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika

C₀ = C₀' = 12 g/m³, obliczeniowa wydajność klarowników wynosi:

— dla okresu letniego:


,

— dla okresu zimowego:




2. Powierzchnia stref klarowania




gdzie:

k - współczynnik rozdziału

v_k - pionowa prędkość przepływu wody zależna

Przyjęto następujące dane uzupełniające:

— współczynnik rozdziału:

• Dla okresu letniego: K = 0,70,

• Dla okresu zimowego: K' = 0,75,

— pionowa prędkość przepływu:

• Dla okresu letniego: v = 0,8 mm/s,

• Dla okresu zimowego: v = 1,1 mm/s.

Strefa klarowania powinna posiadać powierzchnię:

— dla okresu letniego:
,

— dla okresu zimowego:
.

1. Powierzchnia stref zagęszczania




gdzie:

α - współczynnik zmniejszający pionową prędkość przepływu w strefie zagęszczania α = 0,9 [-]

— dla okresu letniego:


— dla okresu zimowego:


2. Całkowita powierzchnia klarownika

— dla okresu letniego:


— dla okresu zimowego:


3. Liczba klarowników

Do dalszych obliczeń przyjmuje się powierzchnię większą, tj. F = 506,44 m².Korzystając z założenia, że powierzchnia pojedynczego klarownika nie powinna przekraczać powierzchni 100 m², przyjęto n = 6 klarowniki, o powierzchni każdego z nich:





4. Wymiary klarownika

1. Powierzchnia pojedynczej strefy klarowania




2. Powierzchni pojedynczej strefy zagęszczania




3. Wymiary w planie

• Szerokość strefy klarowania b_k = 3 [m]

• Długość strefy klarowania l_k = f_k/b_k = 11,08 [m]

• Długość strefy zagęszczania l_zg = l_k = 11,08 [m]

• Szerokość strefy zagęszczania b_zg = f_zg/l_zg = 1,62 [m]

1. Doprowadzenie wody do klarownika

1. Ilość wody dostarczana do pojedynczej strefy klarowania


.

2. Średnica przewodu dostarczającego

Prędkość przepływu wody na początku przewodu powinna być w granicach od 0.4 do 0.6 m/s przyjęto przewód o zmiennej średnicy:

Długość odcinka [m]	Średnica [mm]	prędkość w przewodzie [m/s]
3,69	300	0,44
3,69	250	0,43
3,69	200	0,57

Prędkość wypływu wody przez otwory umieszczone w przewodzie doprowadzającym przyjęto na poziomie v_o = 1,8 m/s oraz założono średnicę otworów d₀ = 0,02 m.

3. Liczba i wymiary otworów w przewodzie

Na tej podstawie liczba otworów:




4. Odległość między otworami w osiach

Otwory będą rozmieszczone w dwóch rzędach na całej długości przewodu doprowadzającego, stąd mamy odległość między osiami poszczególnych otworów:




2. Odprowadzenie wody ze strefy klarowania

1. Wymagany przekrój koryta

Zakładamy poziomą prędkość wody w korycie v_k = 0,6 [m/s]




2. Wymiary koryta

• Szerokość koryta b = 0,2 [m]

• Wysokość koryta h= f/b = 0,0295/0,2 = 0,1475 [m]

1. Odprowadzenie nadmiaru osadu do zagęszczacza

Odprowadzenie nadmiaru osadu do zagęszczacza realizowane jest przez prostokątne otwory w przegrodzie miedzy komorą strefy klarowania a komorą strefy zagęszczania.

1. Ilość odprowadzanego osadu nadmiernego




2. Liczba i wymiary otworów odprowadzających

Zakładamy poziomą prędkość odprowadzania osadów v_ot = 45 [m/h]

Powierzchnia otworów odprowadzających




Zakładamy wysokość otworów h_ot = 0,3 [m]

Na tej podstawie możemy obliczyć całkowitą długość otworów




Przyjmujemy 10 otworów o wymiarach

• Szerokość otworu b_ot = 0,24 [m]

• Wysokość otworów h_ot = 0,3 [m]

1. Odległość między otworami w osiach




1. Odprowadzenie wody sklarowanej ze strefy zagęszczania

Woda sklarowana z komory zagęszczacza odprowadzana jest za pomocą perforowanych przewodów ułożonych na głębokości 0,3 m poniżej zwierciadła wody. Jednocześnie odległość od osi tych przewodów do górnej krawędzi otworów między strefą klarowania i komorą zagęszczacza nie może być mniejsza od 1,5 m.

1. ilość odprowadzanej wody pojedynczym przewodem




gdzie:

K_r - współczynnik rozcieńczenia osadu K_r = 1,2 [-]

2. Liczba i wymiary otworów odprowadzających

Przyjmujemy średnicę otworów d₀= 0,018 [m] oraz prędkość wody przy przejściu przez otwór v₀ = 1,5 [m/s]. Na tej podstawie ilość otworów:




3. Odległość między otworami w osiach

Otwory będą rozmieszczone w dwóch rzędach na całej długości przewodu odprowadzającego, stąd mamy odległość między osiami poszczególnych otworów:




2. Wysokość klarownika




gdzie:

α - kąt rozwarcia w strefie klarowania między korytami zbiorczym i wierzchołku w osi przewodu doprowadzającego α = 25°

1. Wzniesienie zwierciadła wody ponad osad zawieszony

Wysokość tą przyjmujemy zgodnie z wytycznymi. Na potrzeby projektu przyjęto h_w =1,7 [m].

2. Wysokość części klarownika bez pionowych ścian

Zakładamy szerokość dolnej podstawy klarownika w strefie klarowania a = 0,4 [m] oraz kąt pochylenia ścian β = 70°.




3. Wysokość warstwy osadu




3. Sprawdzenie czasu przebywania osadu w komorze zagęszczania

Sprawdzenia tego dokonuje się ze względu na określenie częstości usuwania zagęszczonego osadu nadmiernego. Jeśli czas zagęszczani przekracza 12 godzin należy ustalić dwie pory usuwania zagęszczonego osadu nadmiernego z komory zagęszczania. Jeżeli czas zagęszczania jest mniejszy to wystarczy jedno usuwanie w ciągu doby.

1. Objętość zagęszczacza




2. Ilość osadu dopływającego do zagęszczacza

— w okresie letnim:
,

— w okresie zimowym:
.

3. Czas zagęszczania osadu

— dla okresu letniego:
,

— dla okresu zimowego:
.

Ponieważ w okresie zimowym czas zagęszczania przekracza 12h, należy w tym okresie przewidzieć konieczność usuwania osadu dwukrotnie w ciągu doby.

4. Odprowadzenie osadu z komory zagęszczacza

Odprowadzenie zagęszczonego osadu nadmiernego prowadzimy dwoma przewodami perforowanymi uczonymi na dnie komory zagęszczacza.

1. Ilość osadu odprowadzanego jednym przewodem

Zakładamy czas przepływu osadu przez przewód t_p ==0,33 [h]




2. Wymiary otworów w przewodzie

Zakładamy następujące wielkości:

• Średnica przewodu Dp = 0,2 [m]

• Prędkość przepływu wody przez otwór v₀ = 4 [m/s]

• Średnica otworów w przewodzie d₀ = 0,02 [m]

1. Liczba otworów w przewodzie




2. Odległość między otworami w osiach




• Filtr pospieszny grawitacyjny

1. Ustalenie charakterystyki złoża

Parametry charakterystyki złoża odczytywane są z krzywej przesiewu wykonanej dla wypełnienia złoża.

1. Wartości podstawowe

• Minimalna średnica d_min = 0,4 [mm]

• Maksymalna średnica d_max = 1,2 [mm]

• Średnica miarodajna d₁₀ = 0,455 [mm]

• Średnica miarodajna d₆₀ = 0,76 [mm]

• Wsp nierównomierności uziarnieni K = d₁₀/d₆₀ = 1,67 [-]

1. Równoważna średnica ziaren złoża filtracyjnego




Znając wartość równoważnej średnicy ziaren złoża filtracyjnego jesteśmy w stanie dobrać ekspansję e = 45% oraz porowatość początkową m₀ = 40%.

1. Wymagana intensywność płukania filtru wodą

Intensywność płukania filtru wodą jest ściśle zależna od temperatury wody, gdyż woda dla różnych wartości temperatur przyjmuje różne wartości gęstości ρ oraz kinematycznego współczynnika lepkości.

1. Dobranie funkcji f(m₀,e)

Funkcja f(m₀,e) jest zależna od początkowej porowatości m₀ oraz ekspansji e. Na podstawie wcześniej wyznaczonych w/w wartości funkcja ta przyjmuje wartość




2. Obliczenie charakterystycznych intensywności płukania filtru wodą




gdzie:


[-]

α - wsp kształtu ziaren α = 1,2

ρ_z - gęstość ziaren [g/cm³] dla danego uziarnienia ρ_z = 2,65 [g/cm³]

d_e - średnica miarodajna [mm] dla przyjętego uziarnienia d_e = 0,66 [mm]

Podstawiając znane i stałe wartości do powyższego wzoru otrzymujemy po uproszczeniach:




3. Obliczenie charakterystycznych intensywności płukania filtru wodą

Dla temperatury maksymalnej wody płuczącej t_wmax = 20°C

• gęstość wody ρ = 0,998 [g/m³]

• kinematyczny wsp lepkości γ = 0,010068 [cm²/s]




Dla temperatury minimalnej wody płuczącej t_wmin = 2°C

• gęstość wody ρ = 0,999 [g/m³]

• kinematyczny wsp lepkości γ = 0,016728 [cm²/s]




Dla temperatury średniej wody płuczącej t_wśr = 10°C

• gęstość wody ρ = 0,999 [g/m³]

• kinematyczny wsp lepkości γ = 0,013081 [cm²/s]




1. Powierzchnia filtrów




gdzie:

v_f - prędkość filtracji zależna od rodzaju filtru v_f = 6 [m/h]

T - czas pracy filtru w ciągu doby T = 24 [h/d]

n - liczba płukań na dobę n = 2

t₁ - czas wyłączenia filtru z efektywnego działania t₁ = 0,33 [h]

t₂ - średni czas płukania t₂ = 0,1 [h]

q₁₀ - intensywność płukania filtru wodą o temperaturze średniej q₁₀ = 11,81 [l/s*m²]




Przyjęto N = 12 filtrów

1. Prędkość filtracji w warunkach przeciążenia




N₁ - liczba wyłączonych filtrów (1 w płukaniu i 1 w remoncie) N₁ = 2

2. Wymiary filtrów

Powierzchnia jednego filtru




Przyjęto dla pojedynczego filtru:

• Szerokość B = 5 [m]

• Długość L = 5 [m]

• Powierzchnia filtru f= 25 [m²]

1. Charakterystyka wypełnienia

• Średnica minimalna ziaren d_min = 0,4 [mm]

• Średnica maksymalna ziaren d_max = 1,2 [mm]

• Średnica równoważna ziaren d_e = 0,66 [mm]

• Wsp równomierności uziarnienia złoża K = 1,67

• ekspansja e = 45%

• Porowatość początkowa m₀ = 40%

1. Wysokość warstwy właściwej filtru

Zgodnie z wytycznymi przyjęto wysokość właściwej warstwy filtracyjnej H = 0,7 [m]

2. Żwirowa warstwa podtrzymująca

Zgodnie z wytycznymi przyjęto następujące wysokości w zależności od średnicy ziaren

• Dla 8 - 16 [mm] H = 0,1 [m]

• Dla 4 - 8 [mm] H = 0,1 [m]

• Dla 2-4 [mm] H = 0,05 [m]

1. Drenaż płytowy

1. Liczba oraz wymiary dysz

W projekcie uwzględniono dyszę ZM „Elwo” w Pszczynie 0,8x10 [mm] o współczynnikach α = 1120 oraz β = 2,0.

Łączna powierzchnia szczelin f_d= 0,8*10*36=288*10^-6 [m²]

Sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach




gdzie:

P = 1,2 % - procentowy udział powierzchni otworów dysz do powierzchni filtru

Liczba dysz:




Przyjęto 25 płyt o wymiarach 0,926 x 0,938 [m] (1,0 x 1,0 [m] w osiach) z 36 dyszami

Łączna rzeczywista liczba dysz n₁ = 25*36 = 900 [-]

2. Przepływ przez pojedyncza dyszę




3. Strata ciśnienia w drenażu płytowym




2. Koryta zbiorcze

1. Niezbędna ilość wody do płukania filtru w okresie dla t_wmax




2. Ilość odprowadzanej wody pojedynczym korytem

Założono ilość koryt zbiorczych w jednym filtrze n_k = 3




3. Wymiary koryta

Na podstawie monogramu przedstawionego w wytycznych oraz ilości wody odprowadzanej korytem przyjęto następujące wymiary koryt dla współczynnika kształtu koryta a = 1,5

Przyjęto szerokość B = 0,43 [m]

Wysokość prostokątnej części koryta




Całkowita wysokość koryta




Wzniesienie krawędzi koryta nad powierzchnię złoża filtracyjnego





4. Wymiary kanału zbiorczego

Przyjęto szerokość kanału zbiorczego B_kz = 1,0 [m]

Wysokość kanału zbiorczego mierzona od dna koryt




3. Straty ciśnienia w filtrze pośpiesznym grawitacyjnym

1. Na drenażu




2. na warstwie podtrzymującej

H_p = 0,6 [m]




3. Na warstwie właściwej




4. Całkowita strata ciśnienia




4. Średnice przewodów

1. Doprowadzający wodę uzdatnianą do filtru

Dla założonej prędkości w przewodzie v₁= 1,2 [m/s]




2. Doprowadzający wodę do każdego z filtrów




3. Odprowadzające wodę po filtracji

Średnice takie same jak dla przewodów doprowadzających wodę uzdatnianą do filtrów.

4. Doprowadzający wodę do płukania

Zakładamy :

D₁ = D₃ = 0,77 [m]

5. Odprowadzający wodę popłuczną

Dla następujących warunków:

• q_pl = 0,341 [m³/s]

• v = 1,95 [m/s]

przyjęto średnicę D₄ = 0,5 [m]

• Komora flokulacji

1. Parametry podstawowe

1. Objętość komory




gdzie:

T - czas zatrzymania objętości wody w komorze T = 30 [min]

Przyjęto 2 komory o objętości 380 [m³] każda.

2. Wymiary komory

Długość




gdzie:

β = 1,5 współczynnik doświadczalny

z = 2 - liczba mieszadeł

H = 4 [m] - głębokość komory flokulacji




Szerokość




2. Parametry mieszadeł

1. Średnica ramy mieszadła




h = 0,15 [m] - odległość mieszadła od dna komory i zwierciadła wody

2. Długość łopatki




n - liczba mieszadeł na wszystkich osiach n = 4

p - odległość między mieszadłami p = 0,25 [m]




3. Szerokość łopatki




3. Zapotrzebowanie mocy dla mieszadła




gdzie:

z - liczba osi z = 2

m - całkowita liczba łopatek m = 16

ξ - wsp oporów hydraulicznych zależny od stosunku l/b = 9,8 ξ = 1,9

k - stosunek względnych prędkości k = 1,0

n - prędkość obrotowa mieszadła n = 0,06 [s^-1]




4. Sprawdzenie warunków mieszania

Według Capma zakładamy k = 0,75 i wyliczamy N_w'








Warunek ten jest spełniony




Warunek ten jest spełniony

• Osadnik podłużny poziomy

1. Prędkość opadania zawiesin

Prędkość opadania zawiesin dobierana jest na podstawie średniej zawartości zawiesin w wodzie ujmowanej Z_śr = 305 [g/m³]

U = 0,51 [mm/s]

2. Wymiary osadnika

1. Długość osadnika




k - współczynnik określający zależność długości L do głębokości przepływowej H zakładamy k = 10

v - prędkość podłużna w osadniku v = k*U = 10*0,51=5,1 [mm/s]

H - głębokość przepływowa H = 4 [m]

2. Powierzchnia osadników w planie




3. Sumaryczna szerokość osadników




Przyjęto n = 4 osadników o szerokości B = 4,33 [m] każdy.

3. Sprawdzenie liczby Re i Fr




γ = 1,306*10^-6 [m²/s]







4. Głębokość osadnika




h_k- wysokość wzniesienia krawędzi osadnika nad zwierciadło wody h_k = 0,4 [m]

h₀ - wysokość osadnika przeznaczona na zgrzebło i osad h₀ = 0,6 [m]




Zakładamy spadek dna osadnika i = 3 %

Przy wlocie do osadnika:




Przy wylocie z osadnika:




5. Doprowadzenie wody do osadnika

1. Wymagana powierzchnia otworów




v₀ = 0,2 [m/s] prędkość w otworach

Średnica otworów d₀ = 0,1 [m]

Pole jednego otworu f₀ = 0,00785 [m²]

2. Liczba otworów




6. Odprowadzenie wody z osadnika

Odprowadzenie wody z osadnika będzie realizowane przy pomocy koryt o przelewie pilasty o dopuszczalnym obciążeniu krawędzi przelewu q_k = 25[m³*m/h]

1. Długość krawędzi przelewu




Przy szerokości osadnika B = 4,33 [m] przyjęto jedno koryto jednostronnie zasilane i drugie zasilane dwustronnie (rzeczywista długość koryt przelewowych l_k = 13 [m] ).

2. Rzeczywiste obciążenie krawędzi koryt




3. Napełnienie przelewu pilastego

Zgodnie z wytycznymi przy danym obciążeniu krawędzi koryt h' = 7 [cm]

4. Przyjęte wymiary koryt

Zakładając prędkość przepływu wody w korytach zbiorczych v_k = 0,6 [m/s] wyznaczamy wymagane pola przekrojów koryt zbiorczych:







Dla koryta o jednej krawędzi przelewowej:

• szerokość b = 0,25 [m]

• długość l = 0,191 [m]

Dla koryta o dwóch krawędziach przelewowych:

• szerokość b = 0,35 [m]

• długość l = 0,254 [m]

1. Komora osadowa

B -szerokość górnej podstawy komory osadowej B = 4,3 [m]

b - szerokość dolnej podstawy komory osadowej b = 0,5 [m]







1. Objętość zatrzymywanego osadu

T = 8 [h] -czas zagęszczania




gdzie:

Z_śr - średnie stężenie zawiesin w owdzie ujmowanej [g/m³]

K - współczynnik przeliczeniowy dla stosowanego koagulantu K = 0,55

D_kśr - średnia dawka koagulantu [g/m³]

B_śr - średnia barwa ujmowanej wody [g Pt/m³]

D_wśr - średnia dawka wapna [g/m³]

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy:




cos = 24000 [g/m³]

c0 = 10 [g/m³]




2. Rzeczywisty czas zagęszczania




Zawartość

- 1 -

Główny projektowany

ciąg technologiczny

Mieszalnik

Klarownik

Filtr pośpieszny

Urządzenia

dezynfekujące

Zbiornik

wody czystej

Dawkownik

koagulantu

Kraty (sita)

Zbiornik

roztworowy

Magazyn „na mokro”

koagulantu

Dawkownik

wapna

Zbiornik mleka

wapiennego

Silos

wapna

Woda powierzchniowa

z ujęcia

Skratki

Osad

nadmierny

Ścieki

popłuczne

Woda do

płukania

Dezynfektant

Do sieci

wodociągowej

Woda powierzchniowa

z ujęcia

Magazyn „na mokro”

koagulantu

Skratki

Kraty (sita)

Zbiornik

roztworowy

Dawkownik

koagulantu

Mieszalnik

Zbiornik mleka

wapiennego

Dawkownik

wapna

Komora

flokulacji

Silos

wapna

Osad

Osadnik

podłużny

Ścieki

popłuczne

Filtr pośpieszny

Dezynfektant

Urządzenia

dezynfekujące

Zbiornik

wody czystej

Do sieci

wodociągowej

Woda do

płukania

Alternatywny

ciąg technologiczny

---