POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Wrocław, 2006

Instytut Inżynierii i Ochrony Środowiska

Ć W I C Z E N I E P R O J E K T O W E

OCZYSZCZANIE WODY PODZIEMNEJ

Projektant

Dmytro Levytskyi-Pyrozhenko

specjalizacja: SOWIG

Rok: IV

Nr albumu: 152097

Konsultant, sprawdzający

J. Czarniecka

Rok akademicki 2005/2006

Przyjęto następujący układ oczyszczania wody podziemnej:

• napowietrzanie otwarte- dysze amsterdamskie,

• filtry ciśnieniowe (dwowarstwowe),

• dezynfekcja chlorem.

1. Napowietrzanie otwarte - dysze amsterdamskie.

1.1 Określenie ilości

T_WO = 14,5 ^otw węglanowa

T_WN = 3,1 ^otw niewęglanowa

T_WO = T_WN + T_WW

więc: T_WW = T_WN - T_WO = 11,4 ^otw = 4,07 val/m³

zasM = T_WW = 4,07 val/m³

Ciśnienie w rurociągu wynosi: 9 mH₂O

Obciążenie dyszy: q = 5 m³/s

Rozstaw dysz co 1 m

Obciążenie powierzchni: O_h= 5 m³/(m²*h)

Wysokość rozbryzgu wynosi: 3 m

2. Obliczanie urządzeń do odkwaszania wody.

Powierzchnia:

F =
,m²

Q= 17 500 m³/d = 730 m³/h = 0,2025 m³/s

F =
m²

Przyjęto powierzchnię dysz F = 150 m²

Przyjęto halę dysz o wymiarach 5,0m x 30,0m.

Liczba dysz n = 150

Zbiornik:

Objętość :

V = Q * t , m³

t-czas przetrzymania wody w zbiorniku , h=35 min

V = 730 * 0,583 = 425,8 m³

Przyjęto V = 430 m³

Głębokość zbiornika:

H =
, m

H =

Przyjęto głębokość zbiornika 3,0 m.

3. Filtry ciśnieniowe dwowarstwowe, piskowo-antracytowe.

d₀ = 0,75m

WR= 1,5

O_h= 8 m³/(m²*h)

Powierzchnia filtrów:

F=
, m²

F=
, m²

Przyjęto średnicę filtrów D = 3,0 m.

Powierzchnia jednego filtra:

F₁=
=
= 7,07 m²

Liczba filtrów:

n =
=
= 12,9

Przyjęto 13 filtrów o wysokości złoża filtracyjnego 1,3 m oraz o warstwie podtrzymującej 0,4 m.

Prędkość filtracji, gdy jeden filtr jest wyłączony z eksploatacji:

V=
; m/h

k - liczba filtrów działających

F₁ - powierzchnia jednego filtra, m²

V=
= 8,68 m/h < 10 m/h

Przyjęto płukanie wodno-powietrzne.

W filtrze zastosowano drenaż wysokooporowy, rurowy.

Drenaż wysokooporowy wodny

Przyjęto intensywność płukania wodą 25,0 m³/(m²*h).

Natężenie przepływu wody płuczącej:

Q_p= 25 * 7,07 = 176,8 m³/h = 0,05 m³/s

d =
, m

V-prędkość przepływu, przyjęto V = 1,7 m/s

d =
= 0,192 m

Przyjęto rurociąg główny drenażu o średnicy d = 200 mm,

Prędkość przepływu wynosi 1,58 m/s,

Spadek hydrauliczny i = 23 %_o,

Rozstaw lateral b = 0,165 m.

Liczba lateral:

n=
=

= 18 sztuk

Długość laterali najdłuższej :

Lmax =
; m

gdzie X, czyli odległość laterali od ściany filtru wynosi 0,04 m.

L_max =
= 1,36 m

Powierzchnia filtru przypadająca na najdłuższa lateralę:

f₁ = b * L_max ; m²

f₁ = 0,165 * 1,36 = 0,224 m²

Natężenie przepływu wody w laterali najdłuższej:

q₁ =
; m³/s

q₁ =
= 0,00158 m³/s

d =
= 0,036 m

Przyjmuję rurociągi o d = 40 mm,

Prędkość przepływu wynosi V=1,5m/s,

Spadek i = 1,4%_o

Rozstaw lateral co 0,165 m,

Odległość pierwszej i ostatniej laterali od wewnętrznej ściany zbiornika filtracyjnego (wzdłuż średnicy), wynosi h = 0,08m.

Stąd długość najkrótszej laterali wynosi :

Lmin =
, m

Długość cięciwy C obliczamy:

C=2

C=2

Długość laterali najkrótszej :

Lmin =
m

Powierzchnia filtru przypadająca na najkrótszą lateralę :

f₂ =
; m²

f₂ =
m²

Natężenie przepływu wody w najkrótszej laterali :

q₂ =
; m³/s

q₂ =
m³/s

W rurociągu o średnicy d = 40 mm prędkość przepływu V = 0,26 m/s.

Obliczanie liczby otworków drenażu wodnego

Przyjęto rozstaw otworków b' = 0,165 m.

Powierzchnia filtra przypadająca na 1 otwór :

b'⋅ b = 0,165 ⋅ 0,165 = 0,0272 m²

Liczba otworków na całej powierzchni :

n =

Powierzchnia jednego otworku o średnicy d₀ = 8,0 mm wynosi :

f₀ = 5,02⋅10^-5 m²

Sumaryczna powierzchnia otworków :

m²

co stanowi :

Sumaryczna powierzchnia otworków mieści się w zalecanym zakresie powierzchni otworków (0,18 - 0,40 %).

Straty ciśnienia

h = 0,5

V_kol - prędkość przepływu wody na początku kolektora;

V_{max lat} - prędkość przepływu wody na początku laterali najdłuższej;

V_{min lat} - prędkość przepływu wody na początku laterali najkrótszej;

Dla 95% równomierności rozdziału wody przyjęto
=12.

h = 0,5 ⋅ 12

h = 3,41 < 4 mH₂O

Obliczanie drenażu powietrznego

Przyjęto intensywność płukania powietrzem Q_p = 72 m³/m²⋅h

Natężenie przepływu powietrza przez jeden filtr :

Q_p ⋅ F₁ = 72 ⋅ 7,07 = 509,04 m³/h

q = 0,141 m³/s

Przyjęto średnicę rurociągu d = 150 mm,

Jednostkowe straty ciśnienia wynoszą 0,3 mm/m.

Przyjęto 18 sztuk lateral bocznych o rozstawie 0,165 m.

Długości laterali najdłuższej i najkrótszej są takie same, jak w drenażu wodnym.

Natężenie przepływu powietrza w laterali najdłuższej :

q _1pow =
m³/s

Przyjęto lateralę boczną o średnicy d = 28 mm.

W temperaturze 288 K i przy nadciśnieniu powietrza 5 mH₂O straty jednostkowe wynoszą 2,2mm/m.

Natężenie przepływu w laterali najkrótszej :

q _2pow= =
m³/s

Przyjęto lateralę najkrótszą o średnicy d = 12 mm.

Obliczanie otworków w drenażu powietrznym

Przyjęto otworki o średnicy 2 mm.

Powierzchnia 1 otworka :

f₀ = 3,14⋅10^-6m

Przyjęto sumaryczną powierzchnię otworków 0,02% powierzchni filtra, co stanowi :

f = 1,414⋅10^-3m²

Liczba otworków :

n =

Powierzchnia przypadająca na 1 otworek :

f_1o=
m²

Rozstaw otworków :

l_o =

4. Dezynfekcja - dawka chloru

Dawka D_Cl

D_Cl

= 0,6⋅ [Fe⁺²] + 1,3⋅ [Mn⁺²]

D_Cl

= 0,6⋅ [6,6 ⋅ 0,2] + 1,3 ⋅ 0,16

D_Cl

= 1 gCl₂/m³

Chlorownia:

Maksymalne zużycie chloru :

G_max = D_Cl ⋅ Q = 0,001 ⋅ 17500 = 17,5 kg/d

Wielkość zapasu chloru [Zapas] :

Zapas = 30 ⋅ 17,5 = 525 kg

Ilość magazynowanych butli :

n =

Przyjęto 14 butli do magazynowania chloru.

Do przygotowania wody chlorowej stosujemy chloratory.

Zastosowano chlorownice typu C-32.

Wydatek minimalny = 100 gCl₂/h, a maksymalny = 3000 gCl₂/h.

Przyjęto 2 chlorownice (w tym jedna rezerwowa).

Na każdą potrzeba 2 m² powierzchni, czyli pod chlorownice potrzeba 4 m².

Powierzchnia magazynu F_mag :

F_mag = F₁ + F₂

F₁ = 0,5 m ⋅ 14 = 7 m² - na butle z chlorem

F₂ = 0,5 m ⋅ 14 = 7 m² - na puste butle

Przyjęto powierzchnię magazynu F_mag = 14 m².

Przedsionek - 6 m².

Pomieszczenie unieszkodliwiania chloru - 10 m²

Cała powierzchnia chlorowni wynosi - 34 m².

5. Odstojniki i laguny

O ilości osadów decyduje masa usuniętego z wody wodorotlenku żelaza (III) i manganu (IV). Stężenie związków pozostałych w wodzie czystej 0,2 gFe/m³, a manganu 0,05 gMn/m³.

Dobowa ilość suchej masy osadów powstałych z wodorotlenków

G_X =

G_X - dobowa ilość osadów wytrąconych;

- gęstość wytrąconych wodorotlenków żelaza lub manganu;

- gęstość wody;

C_X⁰- początkowe stężenie żelaza lub manganu;

C_X^K- końcowe stężenie żalaza lub manganu;

Dobowa ilość suchej masy osadu powstałego z Fe(OH)₃ :

G_Fe= 3,5 ⋅ (6,6 - 0,2) ⋅ 17500 = 392 kg/d

Dobowa ilość suchej masy osadu powstałego z MnO(OH)₂:

G_Mn= 4,5 ⋅ (0,16 - 0,05) ⋅ 17500 = 8,66 kg/d

Założenie: w komorze reakcyjnej zatrzymuje się 75% związków żelaza,

Ilość suchej masy osadów wynosi :

G_{Fe os} = 392 ⋅ 0,75 = 294 kg/d

Założenie: osady w komorze mają uwodnienie 99,6%,

Objętość uwodnionych osadów wynosi :

V_os=
m³

Przyjęto 12 filtrów płukanych wodą i powietrzem.

Intensywność płukania przyjęto 25 m³/m²*h, a czas płukania 6 min (0,1 h).

Objętość popłuczyn :

V_pł= 25 ⋅ 13 ⋅ 7,07 ⋅ 0,1 = 229,8 m³

Objętość odstojnika :

V = 229,8 + 73,5 = 303,3 m³

Przyjęto objętość odstojnika V = 310 m³

Przyjęto dwa odstojniki o wymiarach:

szerokość = 10 m, długość = 15 m, głębokość = 2,1 m,

Sucha masa osadu z filtrów :

G_{Fe f} = G_Fe - G_{Fe os}

G_{Fe f} = 392 - 294 = 98 kg/d

Uwodnienie popłuczyn :

100 - 0,05 = 99,95%

Ilość osadu po zagęszczeniu popłuczyn :

V₁ = 229,8⋅
m³/d

Ilość osadu zagęszczonego do 96% :

V₂ = 73,5⋅
m³/d

Ilość osadu odprowadzonego na laguny :

2,87 + 7,35 = 10,22 m³/d

Roczna ilość osadu o uwodnieniu 96%:

V_96% = 10,22 ⋅ 365 = 3730 m³/rok

W pierwszym roku odprowadzenie wody drenażem oraz odparowanie wody

pozwoli na obniżenie uwodnienia do 80%. Objętość osadu o uwodnieniu 80%:

V_80% =

V_80%= 0,2 ⋅ 3730 = 746 m³

Jest to objętość miarodajna do obliczania pojemności czynnej lagun.

W obliczeniach całkowitej ilości osadów przeznaczonych do usunięcia z laguny w końcu 3-letniego cyklu eksploatacji założono, że parowanie z warstwy osadu w lagunach wynosi 30% z wolnej powierzchni wody. Przyjęto, że roczna ilość wody odprowadzanej z powierzchni wody wynosi 860mm, a wiec ilość wody wyparowanej z warstwy osadu wyniesie 0,3 ⋅ 860mm.

Obliczeniowa powierzchnia dwoch lagun przy założonej głębokości 2,0 m wynosi :

m²

Przyjęto wymiary laguny:

długość 25,0 m, szerokość 15,0 m, głębokość 2,0 m.

Głębokość warstwy osadu przy końcu drugiego roku eksploatacji wynosi :

2 -

Objętość osadów:

V_k = 373 ⋅ 1,74 = 649 m³

Uwodnienie końcowe osadu :

u_k = 100 -

Roczna ilość suchej masy osadu o uwodnieniu 80% i gęstości 1050kg/m³ :

G_sm = 0,2 ⋅ V_80% ⋅

G_sm= 0,2 ⋅ 746 ⋅ 1050 = 156 660 kg

u_k = 100 -

Przyjęto trzy laguny o objętości 649 m³ każda. Pracują w cyklu trzyletnim, tj. w pierwszym roku następuje gromadzenie osadu , w drugim - suszenie, w trzecim - usuwanie osadów i przygotowanie do ponownego wypełnienia.

6. Dobór rurociągów

Dopływ wody do ZOW

Wydajność ZOW : Q_d = 17 500 m³/d = 0,2025 m³/s

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,508 m

Przyjęto DN 550

Prędkość rzeczywista V_rz= 0,74 m/s

Dopływ wody surowej na filtry

Q

Odcinek x = 0,017 m³/s

Szereg I

Rurociąg nr 1-2

Q_I = 0,171 m³/s (11/13 całej wydajności)

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,467 m

Przyjęto DN 500

Prędkość rzeczywista V_rz= 0,8 m/s

Rurociąg nr 2 - 3

Q_I = 0,14 m³/s (9/13 całej wydajności)

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,422 m

Przyjęto DN 450

Prędkość rzeczywista V_rz= 1,1 m/s

Rurociąg nr 3- 4

Q_I = 0,109 m³/s (7/13 całej wydajności)

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,373 m

Przyjęto DN 400

Prędkość rzeczywista V_rz= 0,93m/s

Rurociąg nr 4 - 5

Q_I = 0,078 m³/s (5/13 całej wydajności)

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,315 m

Przyjęto DN 300

Prędkość rzeczywista V_rz= 1,1 m/s

Rurociąg nr 5 - 6

Q_I = 0,047 m³/s (3/13 całej wydajności)

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,244 m

Przyjęto DN 250

Prędkość rzeczywista V_rz= 1,0 m/s

Rurociąg nr 6- 7

Q = 0,016 m³/s

Prędkość przyjęta V=1,0m/s

d =
=
= 0,143 m

Przyjęto DN 160

Prędkość rzeczywista V_rz= 0,86 m/s

Rurociąg doprowadzający powietrze do filtrów podczas płukania

Q = 0,141 m³/s

dla V=14 m/s

d=
=
= 0,113 m

Przyjęto rurę o średnicy 120 mm

Prędkość rzeczywista V_rz = 12,5 m/s

Rurociąg doprowadzający wodę do filtrów podczas płukania

Q = 0,05 m³/s

dla V=2,5 m/s

d=
=
= 0,16 m

Przyjęto rurę o średnicy 175 mm

Prędkość rzeczywista V_rz = 2,1 m/s

Rurociąg odprowadzający filtrat

Dobór i wymiary rur identycznie jak dla dopływu wody surowej na filtry.

OPIS TECHNICZNY

Celem projektu było zaprojektowanie Zakładu Oczyszczania Wody dla wody podziemnej o Q = 17500 m³/d .

Zaprojektowano układ technologiczny:

• napowietrzanie otwarte (dysze amsterdamskie),

• zbiornik,

• filtracja ciśnieniowa (na filtrach dwowarstwowych),

• dezynfekcja chlorem.

W celu usunięcia dwutlenku węgla agresywnego w ilości 130 gCO₂/m³ zastosowano napowietrzanie otwarte. Ze względu na wielkość zas. M = 4,07val/m³ proces ten przeprowadza się za pomocą dysz amsterdamskich.

Następnie woda kierowana jest do zbiornika, w którym zastosowano czas przetrzymania równy 35 minut.

Następnie woda kierowana jest na halę filtrów ciśnieniowych, jednowarstwowych. Zaprojektowano 13 filtrów:

• złoże piaskowo-antracytowe 1,3 m,

• warstwa podtrzymująca 0,3 m,

• drenaż wysokooporowy.

Złoże płukane jest wodą i powietrzem. Popłuczyny i pierwszy filtrat odprowadzane są na odstojniki. Po zagęszczeniu osady z odstojników kierowane są na laguny. Na dnie lagun ułożony jest drenaż filtrujący wodę osadową, która następnie kierowana jest do kanalizacji.

Dezynfekcję wody przeprowadza się za pomocą wody chlorowej w rurociągu, po filtracji.

SPIS RYSUNKÓW

RYS. 1. Plan sytuacyjny, skala 1:500

RYS. 2. Przekrój przez urządzenia, skala 1:100/500

RYS. 4. Hala filtrów ciśnieniowych, skala 1:100

RYS. 5. Przekrój przez filtr, skala 1:100

6

Dmytro Levytskyi- Pyrozhenko- Oczyszczanie wody podziemnej

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

13

x

---