Politechnika Rzeszowska im. Ignacego , , , Łukasiewicza

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska 
Kierunek: Ochrona Środowiska

Projekt z technologii wody

Temat : Projekt technologiczny stacji uzdatniania wody wgłębnej, przeznaczonej do picia

Prowadzący: Wykonawca: dr inż. Alicja Puszkarewicz Paulina Kusz

Rok akademicki 2011/2012 

Stacja uzdatniania wody podziemnej, przeznaczonej do picia – układ technologiczny:

. . Opracowano projekt technologiczny stacji uzdatniania wody wgłębnej dla następujących danych:

1. Czas pracy stacji T=16h/d

2. Wydajność stacji Q= 1200 /d

3. Zasadowość =3,2 mval/

4. Odczyn pH=6,7

5. Zawartość żelaza =2,6 mg/

6. Ekspansja złoża e= 35%

7. Charakterystyka przesiewu:

Wymiary oczek sita (mm)	0,30	0,38	0,45	0,50	0,60	0,70	0,80	0,90	1,0	1,2	1,4
Pozostałość na sicie(%)	5	7	14	18	20	18	11	4	2	1	0

ODKWASZANIE

Odkwaszanie chemiczne wody dla stacji o wydajności Q=1200m3/d. Jakoś wody surowej: Zm =3,2 mval/dm3, pH=6,7, T=16 h/d

I . Zawartość agresywnego dwutlenku węgla w wodzie surowej wyznaczono z bilansu

gdzie : -wolny dwutlenek węgla [g ] , - agresywny dwutlenek węgla [g ] , -przynależny dwutlenek węgla [g ]

= 7 g/ = 80 g/ = 73 g/

Do chemicznego wiązania zastosowano wodorotlenek wapnia [Ca(OH , który wiąże go wg reakcji (na której podstawie dobiera się dawkę reagenta- ):

C a(OH Ca( 74g – 88g – 73g =61,4 gCa(OH / 1,66 mval/

Zastosowanie wodorotlenku wapnia powoduje zmianę zasadowości oraz odczynu wody. Z monogramu dla zasadowości i (7g/ ) odczytujemy: pH = 7,2

, gdzie [mval/ ] , zasadowość wody po dodaniu reagenta [ mval/ ] m - dawka reagenta powodująca zmianę zasadowości - ([mval/ ]

3,2+166 [mval/ ] = 4,86 ∙50= 243 gCa(OH /

II. Dobór pompy dawkującej

A. Obliczono ładunek Ca(OH [g/h]

= ∙ , gdzie - ładunek Ca(OH [g/h] , , -dawka reagenta , -wydajność stacji

=61,4∙1200= 73680 73680/16=4605[g/h]

B. Stężenie reagenta (s%)= 5% [ założono stężenie s% = ( 2-5%)]

III. Wyznaczono wydajność pompki dawkującej:

0,1 [ /h]

gdzie : wydajność pompki dawkującej [ /h] , . - stężenie reagenta m , - ładunek Ca(OH [g/h] , = ∙0,1= 92,1 [ h]

IV. Dobór zbiornika reagenta

A. Obliczono dobową ilość reagenta

[ gdzie - dobową ilość reagenta [ , - wydajność pompki dawkującej [ /h] ///////////////// , ,,,, T- czas pracy stacji [h]llllllllllllllllllllllllllllllllllll………………..llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll

=92,1∙16=1473,6 [ =1,47[

B. Obliczono objętość zbiornika reagenta :

∙L)∙(1,2÷1,5) [ , gdzie - dobową ilość reagenta [ mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm L- ilość dni w tygodniu,,,,,,,llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

(1,47∙2)∙1,3 =5,74 [

V. Scharakteryzowano złoże filtracyjne piaskowe przeznaczone do odżelaziania wody.

Analizę sitową próbki 100g piasku kwarcowego przeznaczonego do wypełnienia filtru zawiera tabela 1.

Tab.1. Analiza sitowa piasku kwarcowego

Wymiary oczek sita (mm)	0,3	0,38	0,45	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,2	1,4
Pozostałość na sicie(%)	5	7	14	18	20	18	11	4	2	1	0

A. Na podstawie analizy sitowej sporządzono zestawienie składu granulometrycznego piasku i udziału wagowego frakcji (tab.2). Sporządzono krzywą przesiewu przedstawioną na rys.1.

Tab.2. Zestawienie składu granulometrycznego piasku

Średnia arytmetyczna średnica di ziaren [cm]	0,03	0,04	0,05	0,055	0,065	0,075	0,085	0,095	0,11	0,13
Sumaryczny udział wagowy xi [%]	0,05	0,07	0,14	0,18	0,2	0,18	0,11	0,04	0,02	0,01
xi/di	1,67	1,75	2,80	3,27	3,08	2,40	1,29	0,42	0,18	0,08
suma xi/di										16,94

Rys.1 Krzywa przesiewu

Wykres uziarnienia

B. Z krzywej przesiewu (rys.1) odczytano:

dmin= 0,25[mm] - średnica minimalna, dmax= 1,5[mm] - średnica maksymalna, d10 = 0,37[mm] – średnica czynna, d60=0,63[mm] – średnica, która wraz ziarnami mniejszymi stanowi 60% wagi próbki materiału filtracyjnego.

C. W oparciu o zestawienie z tab.2, obliczono:

a ) de –średnica efektywna 1/de = ∑xi/ di

Rodzaj złoża	WR	d10(mm)	de (mm)	Wysokość H(m)
Piaskowe	1,25-1,75	0,35-0,55	0,7-0,8	0,7-1,5
Antracytowe	1,15-150	1,0=1,2	1,0-1,2	0,7-1,2
Piaskowo - antracytowe	1,25-1,75	piasek 0,5-1,0 antracyt 1,0-2,0	0,8 1,1	1,0-1,7
Piaskowo - węglowe	1,25-1,75	piasek 0,5-1,0 węgiel 1,0-2,0	0,8 1,1	1,0-1,7
Katalityczne	1,5-2,0	0,35-0,65	0,7-1,0	0,7-1,2

gdzie xi- udział wagowy i-tej frakcji , di- średnica i-tej frakcji de =0,6[mm]

b ) WR- współczynnik równomierności WR=d10/d60 WR=1,70

Porównanie otrzymanej charakterystyki złoża filtracyjnego z wartościami zalecanymi (tab.3), wskazują, że badana próbka odpowiada wymaganiom stawianym filtrom przeznaczonym do odżelaziania.

Tab.3 Zalecane parametry złóż filtracyjnych

D. Wyznaczenie intensywności płukania złoża (q):

e - ekspansja złoża e=35% qwł -gęstość właściwa wody qwł= 2650 [kg/ ] qp- gęstość właściwa piasku qp =1600 [kg/ ] m0- porowatość złoża w stanie ekspansji m0= (qwł-qp)/qwł m0=(2650-1600)/1600=0,4[kg/ ] 𝜈-współczynnik lepkości kinematycznej wody, dla temp. 10°C, 𝜈=1,31 ∙ [ ], α - współczynnik kształtu ziaren złoża α=1,15 - średnica efektywna =0,06[cm]

Intensywność płukania złoża:

q=265∙( ∙ [ ]

gdzie :

= = =0,399 więc :

q=265∙( ∙ =31,81 [ ]

NAPOWIETRZANIE

I. Do napowietrzania zaprojektowano mieszacz wodno- powietrzny.

A. Dla założonego czasu kontaktu t=1 min, orientacyjna objętość mieszacza wynosi:

[dm³]

gdzie: [m³/d] ; N- liczba mieszaczy, przyjęto N=2

II. Z katalogu dobrano mieszacz wodno-powietrzny pionowy typ A1- o ciśnieniu 6 barów, średnicy Ø=0,8 m i pojemności 900 dm³.

III. Wydajność sprężarki:

IV. Rzeczywisty czas kontaktu [h]:

V. Prędkość rzeczywista :

] ,gdzie

DOBÓR FILTRÓW

I. Założenia:

-N- liczba filtrów, min.2

-

-optymalny czas wyłączenia filtrów na czas płukania:

-czas płukania wstecznego filtrów:

-rodzaj filtrów: ciśnieniowe, pospieszne.

Wysokość warstwy filtracyjnej ]

Wysokość warstwy podtrzymującej Ekspansja złoża e=35%

II. Wymagana wysokość czynna filtra:

przyjęto :

III. Wymagana powierzchnia filtracyjna:

gdzie: n- zalecana częstotliwość wypłukiwania wstecznego, (1;1,5 )

Przyjęte parametry:

n=1

=20 [min]= 0,33[h]

q=32 [ ]

Z uwzględnieniem, że na stacji powinno być przynajmniej 2 filtry, przyjęto N=2.

Z katalogu filtrów dobrano filtry pospieszne pionowe TYP II o parametrach:

nr kat. 23, , Ø=1416[mm], h=2200[mm].

IV. Rzeczywista powierzchnia filtracji:

[

V. Rzeczywista prędkość przepływu:

[m/h] [m/h] ]

VI. Maksymalna dopuszczalna prędkość w warunkach przeciążenia filtrów:

[m/h]

VII. Przyjmując pojemność złoża filtracyjnego na zanieczyszczenia [g/ ]

wyznaczono orientacyjną długość cyklu filtracyjnego :

[h]

Długość cyklu filtracyjnego, czyli orientacyjne płukanie wsteczne można realizować raz na sześć dni.

DRENAŻ FILTRACYJNY

I. Założenia:

-płukanie tylko wodą,

-drenaż niskooporowy, grzybkowy.

Przyjęto grzybki z 24 szczelinami wypływu wody, o wymiarach 10[mm] 0,7[mm] i zagęszczenie grzybków drenażowych n=60 [szt/ ].

A. Powierzchnia jednego grzybka:

Liczba grzybków w płycie drenażowej:

N = n

B. Całkowita powierzchnia wypływu wody przez drenaż:

[

C . Sprawdzanie warunku stosunku powierzchni wypływu do powierzchni filtru: ...........

Warunek dla drenaży niskooporowych został spełniony.

D. Ilość wody płuczącej:

Prędkość wypływu wody przez szczeliny drenażowe:

.

HYDRAULIKA FILTRACJI

I. Wyznaczono opór hydrauliczny w momencie rozpoczęcia filtracji: .

,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,

gdzie: H- wysokość warstwy filtracyjnej, przyjęto 0,9[m], v v- prędkość filtracji w warunkach przeciążenia 0,0049 [m/s] v – współczynnik zależny od kształtu, dla piasku wynosi = 6,1 , v - porowatość złoża (0,4) v – współczynnik oporu i-tej frakcji, v – udział wagowy i-tej frakcji do średnicy ziarna [ ], n – kinetyczny współczynnik lepkości n =1,31

d[m]	[ułamek]	[
0,0003	0,03	167	1,22	24,56	2456
0,0004	0,06	175	1,50	18,83	2825
0,0005	0,17	280	1,87	15,37	5225
0,00055	0,21	327	2,06	14,10	5383
0,00065	0,16	308	2,43	12,14	2987
0,00075	0,18	240	2,81	10,69	2565
0,00085	0,11	129	3,18	9,57	1239
0,00095	0,04	42	3,55	8,69	366
0,00115	0,03	18	4,11	7,65	209
0,0014	0,01	8	4,86	6,64	51

HYDRAULIKA PŁUKANIA

I. Straty ciśnienia w trakcie płukania :

A . Straty ciśnienia w warstwie podtrzymującej: [m ] [m]

B . Straty ciśnienia w warstwie filtracyjnej :

m 0,8

C. Straty ciśnienia w warstwie drenażu : ,gdzie : - współczynnik wydatku

,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,

Straty ciśnienia w trakcie płukania :

2,03 [m] ,,

II. Zbiornik wyrównawczy wody czystej:

gdzie: - ilość wody płuczącej,

, - woda przeznaczona na pokrycie nierównomiernego rozbioru , wody

A. gdzie: P- współczynnik nierównomierności rozbioru wody, P=15-18%

gdzie:

w ięc: 0,15∙1440 =216

B. gdzie: t- czas płukania, [h]

C -powierzchnia całkowita wszystkich filtrów,[ mm q=32 [ ]m ,,,,,,,,,,,,

m

Mm

Zbiornik wyrównawczy wody czystej:

ll

l