INSTYTUT INŻYNIERII OCHRONY ŚRODOWISKA WROCŁAW

POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ 16.12.2003

PROJEKT Z OCZYSZCZANIA WODY

UJECIE WODY PODZIEMNEJ

Prowadzący : Wykonała:

Mgr inż. Tomasz Kroczak Beata Drabek

IŚ, WK, rok IV

OBLICZENIA TECHNOLOGICZNE

Przyjęto następujący układ oczyszczania wody podziemnej:

• napowietrzanie

• filtracja

• dezynfekcja

1. Napowietrzanie otwarte - dysze amsterdamskie.

1.1 Określenie ilości

Tww=Two-Twn=15,2-6,0=9,2º

zasM =

2. Obliczanie urządzeń do odkwaszania wody.

Ciśnienie w rurociągu wynosi: 9 mH₂O

Obciążenie dyszy: q=5m³/s

Rozstaw dysz co 1 m

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

Wysokość rozbryzgu wynosi: 3m

Powierzchnia:

F =
,m²

F =
m²

Przyjęto powierzchnię dysz F = 88 m²

Przyjęto halę dysz o wymiarach 8,0m x 11,0m.

Liczba dysz n = 88

Zbiornik

Objętość :

V = Q*t , m³

t-czas przetrzymania wody w zbiorniku , t=20 min

V = 437,5*0,33 = 144,37 m³

Przyjęto V=145m³

Głębokość zbiornika:

H =
, m

H =

Przyjęto głębokość zbiornika 2,0 m.

3. Filtry ciśnieniowe jednowarstwowe.

d₀ = 0,75m

WR= 1,5

O_h= 8,5 m³/(m²*h)

Powierzchnia filtrów:

F=
, m²

F=
, m²

Przyjęto średnicę filtrów D=3,0 m.

Powierzchnia jednego filtra:

F₁=
=
= 7,07m²

Liczba filtrów:

n =
=
= 7,28

Przyjęto 8 filtrów o wysokości złoża filtracyjnego 1,5 m oraz o warstwie podtrzymującej 0,35m.

Prędkość filtracji , gdy jeden filtr jest wyłączony z eksploatacji:

V=
; m/h Q - Wydajność ZOW:

Q = 10500m³/d = 437,5m³/h

k-liczba filtrów działających

F₁-pow.jednego filtra,m²

V=
= 8,84 m/h < 10 m/h

Przyjęto płukanie wodno-powietrzne.W filtrze zastosowano drenaż wysokooporowy rurowy.

4. Drenaż wysokooporowy wodny.

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

Natężenie przepływu wody płuczącej:

Q_p= 25*7,07 = 176,75 m³/h = 0,05m³/s

d =
,m

V-prędkość przepływu,

przyjęto V=1,4m/s

d =
=0,213 m

Dla q_p=0,05m³/s przyjęto rurociąg główny drenażu o średnicy d = 200mm,w którym prędkość przepływu wynosi 1,4m/s, spadek hydrauliczny i=18%_o.

Przyjęto rozstaw lateral b=0,165m.

Liczba lateral:

n=
=

=18 sztuk

Długość laterali najdłuższej :

Lmax =
; m

gdzie :

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

Lmax =
= 1,36 m

Powierzchnia filtru przypadająca na najdłuższa lateralę:

f₁ = b*Lmax ; m²

f₁ = 0,165*1,36 = 0,224 m²

Natężenie przepływu wody w laterali najdłuższej:

q₁ =
; m³/s

q₁ =
= 0,00158 m³/s

d =
= 0,037m

Jako boczne laterale przyjęto rurociągi o d =40mm gdzie prędkość przepływu wynosi V=1,5m/s, a spadek i = 1,4%_o

Dla przyjętej ilości lateral n=18sztuk oraz ich rozstawu co 0,165 m, odległość pierwszej i ostatniej laterali od wewnętrznej ściany zbiornika filtracyjnego(wzdłuż średnicy), wynosi h = 0,08m.

Długość cięciwy C obliczono:

C=2

C=2

Długość laterali najkrótszej :

Lmin =
, m

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.

5. Obliczanie liczby otworków drenażu wodnego.

Przyjęto rozstaw otworków b'=0,165m.

Powierzchnia filtra przypadająca na 1 otwór :

b'* b = 0,165*0,165 = 0,0272m²

Liczba otworków na całej powierzchni :

n =

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

f₀ = 5,02*10^-5m²

Sumaryczna powierzchnia otworków :

m²

co stanowi :

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

6. 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 *
*

h = 3,31 < 4 mH₂O

7. Obliczanie drenażu powietrznego.

Przyjęto intensywność płukania powietrzem Q_p=72m³/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=150mm, w którym jednostkowe straty ciśnienia wynoszą 0,3mm/m.

Przyjęto 18 sztuk lateral bocznych o rozstawie 0,165 m. Długości laterali najdłuższej i najkrótszej sa takie same, jak w drenażu wodnym.

Natężenie przepływu powietrza w laterali najdłuższej :

q _1pow =
m³/s

Przyjęto lateralę boczną o średnicy d = 28mm.

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.

8. Obliczanie otworków w drenażu powietrznym.

Przyjęto otworki o średnicy 2mm.

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 =

9. Dezynfekcja - dawka chloru.

D_Cl
1 na wpracowanie złoża :

D_Cl

= 0,6*[Fe⁺²] + 1,3*[Mn⁺²]

D_Cl

= 0,6*[0,2*5,8]+1,3*0,4

D_Cl

= 1,22g/m³

D_Cl
2 do dezynfekcji :

D_Cl
2 = D_Cl

- 1,3[Mn⁺²]+0,5

D_Cl
2 = 1,2 g/m³

CHLOROWNIA

D_Cl
2 = 01,2gCl₂/m³ = 0,0012kgCl₂/m³

Q = 10500m³/d

Maksymalne zużycie chloru :

G_max = D_Cl*Q = 0,0012*10500 = 13,55 kg/d

Wielkość zapasu chloru Z :

Z = t· G_max =30*13,55 = 406,5 kg

Ilość magazynowanych butli :

n =

Przyjęto 11 butli do magazynowania chloru.

Do przygotowania wody chlorowej stosujemy chloratory. Zastosowano chlorownice typu C-32, wydatek min. = 100gCl₂/h, a max.= 3000gCl₂/h. Przyjęto 3 chlorownice (2 pracujące i jedna w rezerwie). Na każdą potrzeba 2m² powierzchni, czyli pod chlorownice potrzeba 6m².

Powierzchnia magazynu F_mag :

F_mag=F₁+F₂

F₁=0,5m*11 = 5,5 m² - na butle z chlorem

F₂=0,5m*11 = 5,5 m² - na puste butle

• Przyjęto powierzchnię magazynu F_mag= 11 m².

• Przedsionek - 5 m²

• Pomieszczenie unieszkodliwiania chloru - 10 m²

• Cała powierzchnia chlorowni wynosi - 26 m².

10. Odstojniki i laguny.

O ilości osadów decyduje masa usuniętego z wody wodorotlenku żelaza(III) oraz manganu(IV). Stężenie związków pozostałych w wodzie czystej wynosi 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(5,8 - 0,2)*10500 = 205,8 kg/d

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

G_Mn= 4,5(0,4-0,05)*10500 = 16,54 kg/d

Założono że w komorze reakcyjnej zatrzymuje się 75% związków żelaza.

Ilość suchej masy osadów wynosi :

G_{Fe os} = 205,8*0,75=154,35 kg/d

Przyjęto, że osady w komorze mają uwodnienie 99,6%.

Objętość uwodnionych osadów wynosi :

V_os=
m³

Przyjęto 8 filtrów płukanych wodą i powietrzem. Intensywność płukania

przyjęto 25 m³/m²*h, a czas płukania 6min.

Objętość popłuczyn :

V_pł= 25*8*7,07*0,1 =141,4 m³

Objętość odstojnika :

V = 141,4 + 38,6 = 180 m³

Przyjęto objętość odstojnika V = 189 m³

Przyjęto dwa odstojniki o wymiarach : głębokość - 3 m , szerokość - 7 m , długość - 9 m.

Sucha masa osadu z filtrów :

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

G_{Fe f} = 205,8 - 154,35 = 51,45 kg/d

Uwodnienie popłuczyn :

100-0,048 = 99,95%

Ilość osadu po zagęszczeniu popłuczyn :

V₁ = 141,4*
m³/d

Ilość osadu zagęszczonego do 96% :

V₂ = 38,6*
m³/d

Ilość osadu odprowadzonego na laguny :

V₁+V₂= 1,77 + 3,86 = 5,63 m³/d

Roczna ilość osadu o uwodnieniu 96%:

V_96% = 5,63*365 = 2054,9 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*2054,9 = 411 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 laguny przy założonej głębokości 2,0 m wynosi :

m²

Przyjęto wymiary laguny dł.26,0 m, szer.8,0 m, gł.2,0 m.

Głębokość warstwy osadu przy końcu drugiego roku eksploatacji wynosi :

2 -

Objętość osadów:

V_k= 205,5*1,74= 357,57 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*411*1050 = 86310 kg

u_k = 100 -

Przyjęto trzy laguny o objętości 416 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.

11. Dobór rurociągów.

1. Dopływ wody do ZOW.

Wydajność ZOW : Q = 10500 m³/d

Q = 0,1215m³/s

- prędkość przyjęta V=1,0m/s

d=
=
= 0,39m

Przyjęto DN 400

2. Dopływ wody surowej na filtry

Założono V=1,0m/s

-dopływ na filtry

Q₁=0,1215
m³/s

d=
=
=0,39m

Przyjęto DN 400

-dopływ na cztery filtry

Q₂=0,5*Q₁=0,06075 m³/s

d=
=
=0,278m

Przyjęto DN 300

-dopływ na trzy filtry

Q₃=
*Q₁=0,045 m³/s

d=
=
=0,241m

Przyjęto DN 250

-dopływ na dwa filtry

Q₄=
*Q₁=0,0304 m³/s

d=
=
=0,196m

Przyjęto DN 200

-dopływ na jeden filtr

Q₅=
*Q₁=0,0152 m³/s

d=
=
=0,139m

Przyjęto DN 150

3. Rurociąg doprowadzający powietrze do filtrów podczas płukania.

Q=0,1215 m³/s

Założono V=10 m/s

d=
=
=0,124 m

Przyjęto DN150

4. Rurociąg odprowadzający popłuczyny oraz rurociąg doprowadzający wodę do płukania.

Q=0,05m³/s

Założono V=2m/s

d=
=
= 0,178 m

Przyjęto DN 200

5. Rurociąg odprowadzający filtrat.

Dobór i wymiary średnic jak dla dopływu wody surowej na filtry.

OPIS TECHNICZNY

Celem projektu było zaprojektowanie Zakładu Oczyszczania Wody dla wody podziemnej o Q = 10500 m³/d . Przeznaczenie wody -zaopatrzenie miasta.

Zaprojektowano układ technologiczny:

• napowietrzanie otwarte

• zbiornik

• filtracja

• dezynfekcja

W celu usunięcia dwutlenku węgla agresywnego w ilości 83,8gCO₂/m³ zastosowano napowietrzanie otwarte. Biorąc pod uwagę zas.M = 3,26val/m³ proces ten przeprowadza się za pomocą dysz amsterdamskich.

Woda po napowietrzaniu kierowana jest do zbiornika, w którym zastosowano czas przetrzymania równy 20 minut.

Woda ze zbiornika kierowana jest na halę filtrów. Proces filtracji przeprowadzany będzie na filtrach ciśnieniowych jednowarstwowych.. Zaprojektowano 8 filtrów z drenażem wysokooporowym. Zaprojektowano filtry jednowarstwowe, składające się ze złoża piaskowego o wysokości 1,5m. Wysokość warstwy podtrzymującej: 0,35m. 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.

Na terenie zakładu znajduje się budynek administracyjny.

2

---