Politechnika

Wrocławska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Ćwiczenie projektowe z oczyszczania wody

Analiza wody powierzchniowej nr 53.

Prowadzący:

dr inż. Małgorzata Wolska

Tomasz Owczarek

IV rok WK

Nr albumu 124098

Rok akademicki 2005/2006

Parametry wody :

• TWARDOŚĆ WODY

1) Twardość ogólna

T_wo = 16,6^o tw = 5,93 mval/dm³

2) Twardość niewęglanowa

T_wn = 6,9^o tw = 2,46 mval/dm³

3)Twardość węglanowa

T_w = T_wo - T_wn = 5,93-2,46 = 3,47 mval/dm³

• ZASADOWOŚĆ

pH = 7,6

Roztwór obojętny, wyznaczamy tylko zasadowość M.

Zasadowość M = T_w = 3,47 val/m³ = 173,5 g CaCO₃/m³ .

• BARWA

40 g Pt /m³ (przekroczona - do 15 )

• MĘTNOŚĆ

30 NTU (przekroczona - do 1 )

• UTLENIALNOŚĆ

8,1 g O₂ /m³ (przekroczona - do 5 )

• CHLORKI

48 gCl^-/m³

• SIARCZANY

85 gSO₄^2-/m³

• CIAŁA ROZPUSZCZONE

166 g^-/m³

• DWUTLENEK WĘGLA

Odczytano z nomogramu równowagi węglanowo-wapniowej.

Zawartość CO₂ wolnego - CO_2w = 8,91 g CO₂ /m³

Zawartość CO₂ przynależnego - CO_2p = 11,4 g CO₂ /m³

Zawartość CO₂ agresywnego - CO_2a = CO_2w - CO_2p = 8,91 - 11,4 = 0,0 g CO₂ /m³

1. SCHEMAT TECHNOLOGICZNY.

Woda Woda

1 2 3 4 5

surowa oczyszczona

gdzie:

1. komora szybkiego mieszania

2. komora wolnego mieszania

3. osadnik o przepływie poziomym

4. filtr grawitacyjny ze złożem piasek + węgiel aktywny

5. dezynfekcja chlorem (Cl₂)

2. OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE.

W zależności od jakości i rodzaju oczyszczanej wody stosuje się różne chemikalia.

W zakładach oczyszczania wody powierzchniowej do najczęściej stosowanych chemikaliów należą koagulanty, substancje wspomagające koagulację, wapno oraz substancje używane do dezynfekcji.

2.1 Wyznaczanie wielkości dawek koagulantów.

Dotychczas stosowane formuły empiryczne umożliwiają orientacyjne określenie dawki koagulantu do usuwania :

• mętności

• barwy

gdzie:

M- mętność, M = 30 g/m³

B- barwa, B = 40 g Pt/m³

D- dawka koagulantu uwodnionego, g/m³

Przyjmujemy dawkę koagulantu D = 45 gAl₂(SO₄)₃*18H₂O/m³

2.2. Wyznaczenie dawki wapna.

Wapno w procesach oczyszczania wody metodą koagulacji może być dawkowane w dwóch miejscach układu technologicznego:

1) Przed procesem koagulacji, gdy zachodzi nierówność:

zas.M < WD + 0,7

gdzie:

zas.M - naturalna zasadowość wody , zas.M = 3,46 val/m³

W -współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody w procesie hydrolizy koagulantu, W=0,009

D- dawka koagulantu , D = 45,0 g/m³

zas.M < WD + 0,7

3,35 val/m³ < 0,009 ⋅ 45 g/m³ + 0,7

3,35 < 1,105

Powyższa nierówność nie zachodzi, więc nie musimy dawkować wapna przed koagulacją.

2) Po procesie koagulacji w celu związania dwutlenku węgla agresywnego.

Wyznaczamy niezbędną ilość wapna do związania dwutlenku węgla agresywnego obecnego w wodzie po koagulacji dawką D = 55 g Al₂(SO₄)₃ ⋅18 H₂O/m³.

Parametry wody surowej:

pH =7,6

zas.M = 3,46 val/m³ = 173 g CaCO₃/m³ .

Zawartość CO₂ wolnego - CO_2w = 8,91 g CO₂ /m³

Zawartość CO₂ przynależnego- CO_2p = 11,4 g CO₂ /m³

Zawartość CO₂ agresywnego - CO_2a = CO_2w - CO_2p = 8,91 - 11,4 = 0,0 g CO₂ /m³

• obniżenie zas.M (Δzas.M)

Δzas.M = 45 ⋅ 0,45 = 20,25 g CaCO₃/m³ .

• zwiększenie zawartości CO_2w (ΔCO₂)

ΔCO₂ = 45 ⋅ 0,4 = 18 g CaCO₃/m³ .

Woda po koagulacji zawiera ilość wolnego CO₂ :

CO_2w = 8,91 + 18,0 = 26,91 g CO_2w/m³.

Zasadowość M po koagulacji wynosi:

zas.M = 173 - 20,25 = 152,75 g CaCO₃/m^3.

Dla nowej zasadowości M z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej wyznaczono zawartość dwutlenku węgla przynależnego, która wynosi:

CO_2p = 7,8 g CO_2p/m³.

Zatem ilość dwutlenku węgla agresywnego obecnego w wodzie po koagulacji wynosi :

CO_2a = 26,91 - 7,8 = 19,11 CO_2a/m³.

Obecną w wodzie zawartość dwutlenku węgla agresywnego należy usunąć.

Uzyskuje się to przez dodanie do wody wapna, które reaguje z agresywnym dwutlenkiem węgla, zgodnie z równaniem:

2 CO_2a + CaO +H₂O = Ca(HCO₃)₂

Wymaganą do wiązania CO_2a ilość wapna obliczamy metodą kolejnych przybliżeń.

Przybliżenie I

Zakładamy, że wiążemy 20 g CO_2a/m³. Ilość wapna wyznaczamy z powyższej reakcji, z której wynika, że na 1 mol CaO przypadają 2 mole CO_2a czyli :

56 g CaO przypada
88 g CO_2a

X 16,0 g CO_2a

Po dodaniu wyznaczonej ilości wapna do wody nastąpi wzrost zas.M, który wynosi:

Nowa zasadowość M wody po dodaniu wapna wyniesie więc:

zas.M^' = 152,75 + 18,21 = 171 g CaCO₃/m^3.

Dla zas.M' z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej wyznaczono zawartość

CO'_2p = 10,1 g CO_2p/m³

Sprawdzenie zawartości agresywnego dwutlenku węgla po dodaniu wapna:

CO'_2a = CO_2w - CO_{2 związany} - CO'_2p

CO'_2a = 26,91 - 16 - 10,1 = 0,9 g CO_2a/m³ < 2,0 g CO_2a/m³

Po dodaniu wapna w ilości 16 g CO_2a/m³ zostanie usunięty agresywny dwutlenek węgla. Związanie 16 g CO_2a/m³ usunie korozyjny charakter wody.

Zużycie wapna.

Wapno jest zużywane w ilości D_CaO = 15,27 gCaO / m³

D⋅Q = 12,73 g CaO/m³ ⋅ 13 000 m³/d = 165 490 g/d ≈ 166 kg/d

Wapno może być dawkowane do wody w postaci wody wapiennej lub w postaci mleka wapiennego, czyli zawiesiny wapna w wodzie najczęściej o 5% stężeniu wagowym.

Ponieważ zużycie wapna jest mniejsze od 250 kg CaO/d, dlatego dawkujemy wapno do wody w postaci wody wapiennej.

2.3. Wyznaczenie dawek substancji stosowanych do chlorowania.

Do dezynfekcji wody chlorem najczęściej stosuje się wodę chlorową, chloraminy, dwutlenek chloru i podchloryn sodu.

Dla wód o dużym zanieczyszczeniu związkami organicznymi chlor dodaje się w ilości :

3. MAGAZYNOWANIE REAGENTÓW.

3.1. Parametry obliczeniowe.

Powierzchnię magazynowania oblicza się na podstawie dawki reagenta i czasu jego magazynowania. Miarodajne do wyznaczania wielkości magazynu jest maksymalne dobowe zużycie reagenta w postaci produktu technicznego:

M_{d max} = Q_{d max} ⋅ D_max ⋅ f , kg/d

Q_{d max} - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, ( 18 400m³/d)

D_max - maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na

podstawie badań technologicznych, kg/m³

f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na

masę produktu technicznego.

a) dawka koagulantu D _max = 45 g Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O/m³ = 0,045 kg Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O/m³

M_{d max} = 18 400 m³/d ⋅ 0,045 kg Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O/ m³⋅1= 828 kg Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O/d

b) dawka wapna D_CaO = 10,2 g CaO/m³ = 0,0102 kg CaO/m³

M_{d max} = 18 400 m³/d ⋅ 0,0102 kg CaO/m³ ⋅ 1 =187,7 kg CaO/d

c) dawka chloru D_Cl2 = 3,4 g Cl₂/m³ = 0,0034 kg Cl₂/m³

M_{d max} = 18 400 kg/m³ ⋅ 0,0034 kg Cl₂/m³ ⋅ 1 = 62,6 kg Cl₂/d

Wielkość zapasu Z wyznacza się jako iloczyn maksymalnego dobowego zużycia reagenta M_{d max} i wymaganego czasu składowania T_m .

Z = M_{d max} ⋅ T_m , kg

a) M_{d max} = 828 kg Al₂(SO₄)₃/d

Z = 828 kg Al₂(SO₄)₃/d ⋅ 30d = 24840 kg Al₂(SO₄)₃

b) M_{d max} = 187,7 kg CaO /d

Z = 187,7 kg CaO /d ⋅ 30d = 5631 kg CaO

c) M_{d max} = 62,6 kg Cl₂/d

Z = 62,6 kg Cl₂/d ⋅ 30d = 1878 kg Cl₂

3.2. Magazynowanie „ na sucho ”.

Powierzchnię magazynu wyznacza się na podstawie wzoru:

gdzie:

α - współczynnik zwiększający ze względu na transport wewnętrzny (1,15÷1,3)

Z - wymagany zapas reagenta,(24840kg Al₂(SO₄)₃, 5631 kg CaO, 1878 kg Cl₂)

ρ_n - gęstość nasypowa reagenta , ((przy magazynowaniu luzem), kg/m³,

h_s - dopuszczalna wysokość składowania ,m

1. dla siarczanu glinu (ρ_n =1200 kg/m³, h_s = 2 m, α=1,2)

2. dla wapna (ρ_n = 1000 kg/m³, h_s = 1,5 m)

3. dla chloru

Z: 40=1878 kg Cl₂ :40 = 46,95 ≈ 47 szt.

F = 47szt. ⋅ 0,5m² ⋅ 2 = 47 m²

powierzchnia na przejście 20 m²

W sumie powierzchnia całego magazynu F = 70 m²

4.URZĄDZENIA DO ROZTWARZANIA I DAWKOWANIA CHEMIKALIÓW.

4.1.Obliczanie objętości zbiorników zarobowych i roztworowych.

a) Zbiorniki zarobowe.

gdzie:

V₁ - objętość zbiornika zarobowego, m³

Q_g - wydajność, (18 400m³/d = 766,67 m³/h )

b - stężenie roztworu, ( 20% )

a - dawka chemikaliów, (45 g Al₂(SO₄)₃/m³ )

n - liczba zarobów w ciągu doby

b) Zbiorniki roztworowe.

gdzie:

V₂ - objętość zbiornika roztworowego, m³

Q_g - wydajność, (18 400m³/d = 766,67 m³/h )

b - stężenie roztworu, ( 5% )

a - dawka chemikaliów, (45 g Al₂(SO₄)₃/m³ )

n - liczba zarobów w ciągu doby

4.2.Obliczenia sytników.

;

V =


dla t = 10

V = 7,5∙1,0∙6,25 = 46,88m ≈ 47m³

Przyjęto5 sytniki, każdy po 10 m³ (sytnik typu C-19).

5. URZĄDZENIA DO UZDATNIANIA WODY.

5.1 Urządzenia do mieszania wody.

a) Komora szybkiego mieszania (mieszacz hydrauliczny pionowy)

Objętość komory mieszacza

Q - wydajność, w naszym przypadku Q = 18 400 m³/d = 0,21 m³/s,

t - czas mieszania, przyjmuję t = 120s.

Powierzchnia cylindrycznej części mieszacza

Przy założonej v_g = 0,025 m/s

Średnica komory

Przyjmuję D = 3,5 m.

Wysokość dolnej stożkowej części mieszacza

m

d - średnica rurociągu doprowadzającego wodę do mieszacza przyjmuję: d = 0,3 m

oraz α = 40⁰.

Objętość dolnej części stożkowej

Wysokość górnej cylindrycznej części mieszacza

Dobór mieszacza

Przyjmuję 2 mieszacze pionowe z wirowym ruchem wody dla wydajności Q = 766,67 m³/h.

Do odprowadzenia wody z mieszacza zaprojektowano koryto zbiorcze na obwodzie. Dla założonej prędkości przepływu 0,6 m/s przyjęto koryto o szerokości 0,4 m i wysokości 0,6 m. Woda do koryta zbiorczego dopływa przez otwory umieszczone na obwodzie mieszacza.

Powierzchnia otworów przy prędkości przepływu wody przez otwory V=1,0m/s wynosi:

,m²

m²

Założono średnicę otworów d_o=0,1m.

Liczba otworów:

n=

f₀=
m²

n=

Przyjęto 27 otworów.

Odległość między otworami

, m

b) Komora wolnego mieszania ze spiralnym ruchem wody

Objętość komory mieszacza

Q - wydajność, w naszym przypadku Q = 18 400 m³/d = 0,21 m³/s,

t - czas mieszania, t = <360-600> s, przyjmuję t = 400s.

Przyjmuję 2 komory wolnego mieszania ze spiralnym ruchem wody, czyli objętość jednego urządzenia wynosi V₁ = 42 m³. Połowa wydajności Q = 0,105 m³/s.

Powierzchnia górna części cylindrycznej

Q - wydajność, w naszym przypadku Q = 0,105 m³/s,

v - prędkość przepływu, v = <0,004-0,005> m/s, przyjmuję v = 0,0045m/s.

Powierzchnia dolnej części komory

Q - wydajność, w naszym przypadku Q = 0,105 m³/s,

v - prędkość dopływu, v = 0,7 m/s.

Wysokość stożkowej części komory

Przyjmuję H = 5,0 m

5.2. Urządzenia do sedymentacji

Osadnik poziomy

C_o = C_z + KD + 0,25 B + N

Więc:

C_o = 6 + 0,55·45 + 0,25∙40 + 0 = 40,75 g/m³

gdzie:

C_z - stężenie zawiesin w wodzie surowej, C_z =6

K - współczynnik dla siarczanu glinu oczyszczonego, u nas K = 0,55,

D - dawka koagulantu, w naszym przypadku D = 45 g/m³,

B - barwa wody, w naszym przypadku B = 40 gPt/m³,

N - ilość nierozpuszczonych związków w reagencie dodawanym do wody w

przeliczeniu na g/m³, w naszym przypadku N = 0

Więc:

C_o = 6 + 0,55·45 + 0,25∙40 + 0 = 40,75 g/m³

Współczynnik sprawności osadnika

k - z tab 8.5 dla stosunku L/H=15 przyjęto 10

v_o - prędkość opadania cząstek, w naszym przypadku 0,4mm/s

v_k = k⋅ v_o - prędkość przepływu wody w osadniku, w naszym przypadku 4 mm/s (10∙0,4 mm/s)

Powierzchnia osadnika

Sprawdzanie warunków stabilności:

Liczba osadników

Przyjmuję więc 3 osadniki.

Powierzchnia rzeczywista osadników

F_rz = 6 ⋅ 45 = 270 m²

Obliczanie niezbędnej długości przelewowej zbiorników

Przyjmuję O_h przelewów O_p = 15,0 m³/m⋅h

n - ilość osadników, w naszym przypadku n = 3,

Całkowita długość zajmowana przez przelew

L = 1,5 m stąd

L_c = 45 + 1,5 = 46,5 m

Objętość jednego osadnika

dla H = 3 m i F_rz = 270 m²

V = 810 m³

Stąd czas przetrzymania wody

Objętość osadnika V_o przeznaczona na osad

magazynowany w okresie eksploatacji

gdzie:

T_e - czas pomiędzy kolejnym usuwaniem osadu z osadnika, u nas 12 h (>8 h),

Q - objetość dopływającej wody w jednostce czasu, w naszym przypadku 766,67 m³/h,

C_o - stężenie zawiesin w dopływie i odpływie ze zbiornika, w naszym przypadku

δ - stężenie osadów w strefie osadowej, które zależy od stężenia zawiesin w

dopływającej wodzie, przyjmuję 30 000 g/m³

5.3. FILTRY.

5.3.1. Filtr pospieszny grawitacyjny ze złożem piasek + węgiel aktywny

1. WR(d₆₀/d₁₀)=1,25-1,75

Przyjęto:

WR=1,5

2. d₁₀(piasek)=(0,6-1,0)

Przyjęto:

d_10p=0,8

H_p = 0,7 m

3. d₁₀(węgiel aktywny)=(2,0-4,0)

Przyjęto:

d_10w=3,0

H_w = 0,5 m

- powierzchnia filtrów

F=

O_h - obciążenie hydrauliczne filtra, dla filtra pośpiesznego wielowarstwowego do 10m³ /m²h

- przyjęto O_h=6,0m³/m²h

F=
m²

- ekonomiczna liczba filtrów

n=
= 5,65

Przyjęto n= 6

- powierzchnia jednego filtra

F₁=

Przyjęto 6 filtrów o wymiarach 3x7,1 m tj. o powierzchni 21,3 m².

Prędkość rzeczywista filtracji wynosi:

F_rzecz= 18,0 m²

Prędkość filtracji przy jednym filtrze wyłączonym wynosi:

Dla złoża o parametrach : d₁₀=0,8 mm, WR=1,5 oraz temp. wody 291K, intensywność płukania wodą wyznaczona z rys.8.61 wynosi: q₁ = 15,0 dm³/m²s

Intensywność płukania wyznaczono z nomogramu do wyznaczania intensywności płukania filtrów piaskowych według wzoru Minca-Szuberta:

d_z = (1,8WR - 0,8)⋅ d₁₀

d_z = (1,8⋅ 1,5- 0,8) ⋅ 0,8 = 1,52 mm = 0,152 cm

dla d_z = 0,152 cm K = 1

z nomogramu odczytano q₁ = 15,0 dm³/m²s

stąd :

I_p = K ⋅ q₁ = 1⋅ 15,0 dm³/m²s = 15,0 dm³/m²s

Q_x = 15,0 dm³/m²s ⋅ 21,3 m² =319,5dm³/s =0,32 m³/s

- szerokość koryta popłuczyn

Przyjęto: - 1 koryto popłuczyn, którego szerokość wynosi 2x

2x =2 ⋅ 0,49 ⋅ (0,32)^0,4 = 0,59 m ≈ 0,6 m

- prędkość wody w korycie

v=1,5
=1,5
=0,59 <0,6m/s

- głębokość koryta

Dla przyjętej szerokości koryta popłuczyn 0,6 m i prędkości przepływu

popłuczyn 0,58m/s głębokość koryta wynosi :

h=

- odległość dna kanału od dna koryta

Przyjęto kanał zbiorczy odpływu z koryt popłuczyn o szerokości B = 0,6 m

Q_x - natężenie popłuczyn w kanale, m³/s

B - szerokość kanału B = 0,6m

g - przyspieszenie ziemskie

5.3.2.Drenaż filtrów pospiesznych .

Drenaż niskooporowy ma znacznie większą powierzchnię otworów wypływu wody płuczącej, przeważnie 1% powierzchni filtru. Stosowanym w projekcie rozwiązaniem drenażu są płyty drenażowe, z wkręconymi dyszami (grzybkami) w liczbie 81 szt.na 1 m².

Każdy grzybek ma na obwodzie 24 prostokątne szczeliny o wymiarach 10 mm x 0,7 mm.

Powierzchnia w jednym grzybku wynosi:

- powierzchnia szczelin w jednym grzybku

f₁ = 24 ⋅ 0,01⋅ 0,0007 = 1,68 ⋅ 10^-4 m²

- całkowita liczba grzybków w drenażu 1 filtru

N = 18,06 ⋅ 81 = 1463 szt.

- całkowita powierzchnia szczelin

f = 1463 ⋅ 1,68 ⋅ 10^-4 = 0,25 m²

Całkowita powierzchnia szczelin stanowi około 1,4 % powierzchni filtru.

Obliczanie start ciśnienia w drenażu niskooporowym.

- ilość wody płuczącej

Q_pł = q₁ ⋅ F = 15 ⋅ 10^-3 ⋅ 21,3= 0,320 m³/s

- prędkość wypływu wody ze szczeliny

-straty ciśnienia

gdzie:

v - prędkość wypływu wody ze szczeliny, v = 1,28 m/s

μ - współczynnik wydatku, dla szczelin μ = 0,65

5.3.3 Dezynfekcja wody.

W ćwiczeniu wodę dezynfekuje się chlorem. Jest to chemiczna metoda dezynfekcji wody. Dawka chloru powinna być taka, aby po odpowiednim czasie kontaktu wody z chlorem zapewniała odpowiednią zawartość chloru pozostałego, użytecznego w wodzie.

Według polskich norm woda do picia i potrzeb gospodarczych czerpana z wodociągów powinna zawierać 0,2 - 0,5 g /m³ wolnego chloru. Do wody analizowanej w projekcie chlor dodaje się w ilości :

D_Cl2 = 3,4 g Cl₂/m³ = 0,0034 kg Cl₂/m³

M_{d max} = 18 400 kg/m³ ⋅ 0,0034 kg Cl₂/m³ ⋅ 1 = 62,6 kg Cl₂/d

Z = 62,6 kg Cl₂/d ⋅ 30d = 1878 kg Cl₂

Przyjęto 3 chlorownic typu C - 3 (dwie pracujące, jedna rezerwowa) o wydatku gCl₂/h 1123,95 każda z tych dwóch.

Chlor przechowywany jest w 40 kg butlach i 30-dniowym zużyciu odpowiada 23,5 butli

(1878 kg Cl₂/40 kg = 47 sztuk). Łączna powierzchnia zajmowana przez butle wynosi ok.47 m² oraz dodatkowo powierzchnia na transport 20 m² , więc łączna powierzchnia wynosi F =70 m².

5.3.4. Hydraulika filtracji i płukania.

Straty ciśnienia Δh według Faira-Gayera, oblicza się ze wzoru

gdzie:

H - głębokość złoża piaskowego, H = 0,7 m,

v - prędkość filtracji, v = 6 m/h = 1,67ּ10^-3 m/s,

α/β - współczynnik zależny od kształtu ziarn, dla okrągłych α/β = 6,

g - przyspieszenie ziemskie, g = 9,81 m/s,

p - porowatość, p = 0,4

λ_i - newtonowski współczynnik oporu frakcji i-tej,

x_i - udział wagowy frakcji i-tej,

d_i - średnica ziarna danej frakcji.

- Współczynnik oporu λ wyznacza się na podstawie wzoru

w którym Re - liczba Reynoldsa wyznaczana ze wzoru

gdzie:

v - prędkość filtracji, v = 6 m/h = 1,67ּ10^-3 m/s,

d - średnica ziarna,

υ - lepkość kinematyczna wody, υ = 1,31ּ10^-6 m²/s.

Dla d = 0,0030 m

Dla pozostałych wartości uziarnienia obliczenia Re i λ wykonano analogicznie.

Tabelaryczne zestawienie danych do obliczenia strat ciśnienia w złożu filtracyjnym.

d [m]	x		Re	λ
0,0019 0,0016 0,0014 0,0012 0,00095 0,0008 0,00045	0,009 0,041 0,15 0,2 0,3 0,2 0,1	4,74 25,63 107,14 166,67 315,79 250,0 222,22	2,42 2,02 1,76 1,51 1,20 1,01 0,57	12,18 14,36 16,21 18,66 23,14 27,15 46,67	57,68 368,04 1736,74 3109,83 7307,35 6786,70 10370,72
	Σ = 1,000				Σ = 29737,06

Strata ciśnienia podczas filtracji przez złoże filtracyjne.

- Proces płukania filtrów opisują podstawowe równania określające:

1. stratę ciśnienia

gdzie:

H_eks - wysokość złoża w czasie ekspansji,

γ_zł - ciężar właściwy złoża , γ_zł = 2,65g/cm³

γ - ciężar właściwy wody, γ = 1,0 g/cm³

p - porowatość złoża, p = 0,4

2. ekspansję złoża filtracyjnego jednorodnego

3. ekspansję niejednorodnego złoża filtracyjnego

- Czynnik średnicy

gdzie:

ρ_s - gęstość materiału filtracyjnego, ρ_s = 2,65 g/cm³,

ρ - gęstość wody, ρ = 1,0 g/cm³

- Czynnik prędkości

Dla d = 0,0030 m, czynnik średnicy wynosi

Dla czynnika średnicy równego 40,14 odczytana z wykresu wartość czynnika prędkości jest równa 10, stąd prędkość sedymentacji

Dla pozostałych wartości uziarnienia obliczenia prędkości sedymentacji wykonano analogicznie.

Prędkość płukania odczytana z nomogramu 8.61 wynosi: 0,054 m/s.

Tabelaryczne zestawienie danych do obliczenia ekspansji złoża i strat ciśnienia podczas płukania.

d [m]	x	vs [m/s]	v/ vs	Pexp
0,0019 0,0016 0,0014 0,0012 0,00095 0,0008 0,00045	0,009 0,041 0,15 0,2 0,3 0,2 0,1	0,28 0,25 0,22 0,20 0,17 0,13 0,11	0,054 0,050 0,056 0,064 0,074 0,096 0,119	0,524 0,515 0,528 0,542 0,561 0,595 0,623	0,018 0,084 0,318 0,437 0,683 0,493 0,265
	Σ = 1,0000				Σ = 2,3000

Porowatość złoża podczas ekspansji wynosi:

Ekspansja złożą filtracyjnego wynosi :

= (1-0,4) ⋅ 2,300= 1,38

Natomiast straty w 1 m warstwy:

=

- odległość koryta popłuczyn od warstwy podtrzymującej

Przyjęto:H_zł=1,2m (wysokość złoża filtracyjnego)

przyjęto wysokość złoża filtracyjnego : H_p=0,7m, H_w= 0,5 m

dla węgla przyjmuję ekspansję 50%

h=H_zł·(1+eksp)+0,05m

h=1,2·(1+0,5)+0,05= 1,85 m

6. GOSPODARKA ŚCIEKOWO - OSADOWA.

- Ilość popłuczyn

gdzie:

V_pł - objętość popłuczyn, m³,

q- intensywność płukania, q = 15 dm³/m²s = 0,015 m³/m²s,

n_pł -liczba płukań w dobie, n_pł =1,

t_pł - czas płukania, t_pł = 900 s.

ΣF - powierzchnia wszystkich filtrów = 21,3 m² ּ6

• Ilość osadów z 3 osadników wynosi 3ּ4,44 m³ co 12h. Dobowa zatem ilość osadów przy ich 2-krotnym odprowadzeniu z dwóch osadników wynosi

2ּ3ּ4,44= 26,64 m³

- Objętość odstojnika

V = V_pł + V_os = 1725,3 + 26,64= 1751,94 m³

Przyjęto 4 odstojniki o wymiarach: głębokość - 2 m, szerokość - 15 m, długość - 30 m

objętość jednego odstojnika: V_odst = 900 m³

- Ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn

gdzie:

u₀ - uwodnienie początkowe, u₀ = 99,9%,

u - uwodnienie końcowe, u = 96%,

- Ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku do uwodnienia 96%

gdzie:

u₀ - uwodnienie początkowe, u₀ = 99,6%,

u - uwodnienie końcowe, u = 96%,

- Objętość laguny

gdzie:

t - czas eksploatacji laguny, t = 1 rok,

a - współczynnik zmniejszający objętość lagun ze względu na parowanie, a = 0,3

Przyjęto 3 laguny.

Głębokość jednej laguny przyjęto 2,6 m, dlatego powierzchnia laguny wynosi 1928,63 m².

Przyjęto lagunę o wymiarach: głębokość - 2,6 m, szerokość - 40 m, długość - 50 m.

Rzeczywista powierzchnia jednej laguny to 2000 m² .

7. DOBÓR RUROCIĄGÓW.

7.1. Dopływ wody do ZOW.

- zalecana prędkość V = 1,0 m/s

- wydajność Q = 18 400 m³/d = 0,21 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 550 mm

7.2. Dopływ wody do mieszacza szybkiego.

- założona prędkość V = 1,0 m/s

- wydajność Q = 18 400 m³/d = 0,21 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 550 mm

< 1,0 m/s

7.3. Dopływ wody do mieszacza wolnego

Identycznie jak w punkcie „7.2.”

7.4. Dopływ wody na filtry po koagulacji.

- zalecana prędkość V ≤ 0,6 m/s

- wydajność Q = 18 400 m³/d = 0,21 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 700 mm

< 0,6 m/s

1. Rurociąg doprowadzający wodę do filtrów.

Odc. I :

Zał. V = 0,6 m/s

< 0,6 m/s

Dobrano DN 700

Odc. II :

Zał. V = 0,5 m/s

Dobrano DN 600

Odc. III :

Zał. V = 0,5 m/s

Dobrano DN 450

Odc. IV :

Zał. V = 0,5 m/s

Dobrano DN 300

b) Rurociąg odprowadzający wodę z zespołu filtrów.

Odc. I :

- zalecana prędkość V = 1,0-1,5 m/s

Zał. V = 1,2 m/s

< 1,2 m/s

Dobrano DN 500

Odc. II :

Zał. V = 1,2 m/s

Dobrano DN 400

Odc. III :

Zał. V = 1,2 m/s

Dobrano DN 350

Odc. IV :

Zał. V = 0,5 m/s

Dobrano DN 200

7.5. Dopływ wody płuczącej do filtra .

- zalecana prędkość V = 2,0 ÷ 2,5 m/s, przyjęto V = 2,2 m/s

- wydajność Q_pł. = 0,320 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 450 mm

7.6.Odpływ popłuczyn w rurociągu.

- zalecana prędkość V = 2,0 ÷ 2,5 m/s, przyjęto V = 2,2 m/s

- wydajność Q_pł. = 0,320 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 450 mm

7.7.Dopływ wody do osadnika.

- zalecana prędkość V ≤ 0,6 m/s

- wydajność Q_pł. = 0,32 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 850 mm

< 0,6 m/s

7.8.Odpływ wody z osadnika.

Identycznie jak w punkcie „7.7.”

7.9.Odprowadzenie filtratu.

- zalecana prędkość V = 1,0 ÷ 1,5 m/s, przyjęto V = 1,2 m/s

- wydajność Q_pł. = 0,32 m³/s

Dobrano rurociąg: DN 600 mm

7.10.Woda czysta w sieci wodociągowej.

Identycznie jak w punkcie „7.2.”

8.ZBIORNIKI WODY CZYSTEJ.

Zbiornik wody czystej powinien zapewnić 20% ÷ 30% wydajności projektowanej oczyszczalni.

V_zb. = ( 20% ÷ 30% ) ⋅ Q = 0,25 ⋅ 18 400 = 4600 m³

Przyjęto 2 zbiorniki wody czystej.

• Objętość każdego z nich wynosi :
  

Przyjęto wysokość każdego ze zbiorników H = 5,0 m

• Powierzchnia jednego zbiornika wynosi :
  

• Średnica jednego zbiornika wynosi :
  

Przyjęto zatem średnicę zbiornika D = 25,0 m

• Rzeczywista powierzchnia zbiornika wynosi :
  

• Rzeczywista objętość zbiornika wynosi : V = F⋅ H = 490,63 ⋅ 5,0 = 2453,15 m³

OPIS TECHNICZNY.

Celem projektu było zaprojektowanie Zakładu Oczyszczania Wody dla wody powierzchniowej o Q =18 400 m³/d . Przeznaczenie wody jest zaopatrzenie miasta.

Zaprojektowano układ technologiczny:

• koagulacja

• sedymentacja

• filtracja

• dezynfekcja chlorem

Koagulację przeprowadza się przy użyciu siarczanu glinowego

Al₂(SO₄)₃·18H₂O. Przyjęto dawkę koagulanta równą 45,0 g Al₂(SO₄)₃·18H₂O/m³ .

Koagulant dawkowany jest za pomocą pomp dawkujących. Powstały w procesie koagulacji CO₂ agresywny usuwa się poprzez dodanie mleka wapiennego w ilości 12,73 g CaO/m^3.

Proces sedymentacji przeprowadza się w osadniku o przepływie poziomym. Osady odprowadzane są na odstojniki, a po zagęszczeniu z odstojników będą przekazywane na laguny . Na dnie lagun ułożony jest drenaż filtrujący wodę osadową, która to jest następnie kierowana do kanalizacji i zawracana na początek układu.

Proces filtracji będzie przeprowadzony na filtrach pospiesznych grawitacyjnych. Zaprojektowano 5 filtrów z drenażem niskooporowym grzybkowym. Zaprojektowano filtry dwuwarstwowe, składające się ze złoża piaskowego o wysokości 0,7 m i węgla aktywnego o wysokości 0,5 m. Złoże płukane jest wodą. Popłuczyny i pierwszy filtrat odprowadzane są na odstojniki.

Dezynfekcję wody przeprowadza się za pomocą wody chlorowej w rurociągu przed zbiornikami wody czystej. Ze względów bezpieczeństwa magazyn chloru został zaprojektowany w odpowiedniej odległości od chlorowni. Wszystkie urządzenia i przewody instalacji chlorowej zostały usytuowane z dala od źródeł ciepła i materiałów palnych. W magazynie chloru zamontowana jest instalacja do niszczenia chloru, w której skład wchodzi wentylacja awaryjna oraz instalacja wodorotlenku sodu.

Zaprojektowano 2 zbiorniki wody czystej. Każdy zbiornik zaprojektowano na 25% Qdmax.

Pompownia II pompuje wodę ze zbiorników wody czystej i tłoczy ją do sieci wodociągowej.

Wielkość magazynów reagentów zaprojektowano na zapas równy trzydziestodobowemu zapotrzebowaniu. Magazyny wyposażone są w dźwigi, podnośniki, suwnice służące do transportu oraz do ograniczenia kontaktu obsługi z chemikaliami. Rurociąg doprowadzający wodę został ułożony ze spadkiem umożliwiającym grawitacyjny przepływ wody do każdego z obiektów.

22

L_cz

0,5m

B = 6 m

L_p=1,5mmm`

---