1. CEL I ZAKRES PROJEKTU

Podstawą opracowania jest temat wydany przez Zakład Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Śląskiej oraz dane wyjściowe do projektu. Opracowanie obejmuje projekt koncepcyjny Stacji Uzdatniania wody zawierający opis techniczny wraz z niezbędnymi rysunkami.

2. DANE WYJŚCIOWE

Stacja uzdatniania wody projektowana jest na maksymalne zapotrzebowanie dobowe Q_T=23000m³/d. Uzdatniana woda jest wodą powierzchniową. W trakcie procesu uzdatniania wody dla celów pitnych usunąć należy barwę (występującą w zakresie 6 - 25 gPt/m³) oraz zawiesinę (4 - 90 g/m³). Badania laboratoryjne wykazały możliwość przeprowadzenia koagulacji za pomocą siarczanu żelaza dawką 16 - 28 g Al₂(SO₄)₃/m³ (dawka przeciętna - 20 g/m³). Dezynfekcję wody przeprowadza się chlorem dawką 0,9 - 1,2 mg/dm³ (dawka przeciętna - 1,1 g/m³).

3. UZASADNIENIE PRZYJĘTEGO SHEMATU TECHNOLOGICZNEGO

FeSO₄ Cl₂

Przy danych parametrach uzdatnianej wody, najlepszym sposobem uzdatniania wody jest koagulacja klasyczna z zastosowaniem filtrów pośpiesznych. Świadczy o tym:

- prędkość filtracji jest Vf > 8 m/h, (Vf = 8,37 m/s)

- koagulantem jest FeSO₄

- barwa wody jest poniżej B < 50 gPt/m³

- zawartość zawiesiny pokoagulacyjnej wynosi C < 50 g/m3

Nie wymagany jest zbiornik wody surowej

Filtry pośpieszne nie są tak bardzo wrażliwe na zmianę temperatury i ilości zawiesiny jak filtry kontaktowe, dlatego przy naszych zmiennych parametrach wykorzystano je w procesie uzdatniania wody (temp.:4-19°C; zawiesina:8,42-54,58g/m³).

Osadnik pokoagulacyjny umożliwia w dużym stopniu usunięcie dużej ilości zawiesiny mogącej spowodować „zatkanie” filtrów pośpiesznych.

4. OPIS POSZCZEGÓLNYCH URZĄDZEŃ

1. Ujęcie i pompownia I°

Zastosowano ujęcie typu zatokowego w celu zmniejszenia ilości zawiesin obecnych w rzece, które mogłyby zaburzyć prawidłowe działanie całego procesu technologicznego uzdatniania wody. W celu ochrony pomp pierwszego stopnia przed zanieczyszczeniami pływającymi i zawieszonymi uzdatnianej wody powierzchniowej należy zastosować kraty.

Proponowane kraty stałe, prześwit pomiędzy prętami wynosi 50 mm. Prędkość przepływu wody przez kraty - 0,5 m/s.

Do podniesienia wody do zbiornika odpowietrzającego zastosowano dwie pompy diagonalne zatapialne firmy POWEN typu PZD-250 o wydajności Q =606,25 m³/h i wysokości podnoszenia H = 12,35 m każda.

Pompownię pierwszego stopnia i komorą szybkiego mieszania łączą dwa rurociągi o średnicy φ=400mm.

Komora szybkiego mieszania

Zastosowano dwie komory szybkiego mieszania w każdej o ilości przegród n = 3., w której rozpoczyna się proces koagulacji. Średnica doprowadzająca wodę surową z pompowni pierwszego stopnia wynosi 400mm, natomiast zaprojektowana średnica poszerzenia wynosi 600mm. W komorze tej następuje wymieszanie zadozowanego wcześniej koagulanta a następnie woda przepływa do komory flokulacji. Straty ciśnienia na komorze wynoszą 1,52m

Komora flokulacji

Zaprojektowano dwuczęściową komorę flokulacji o pojemności 303,34 m³ każda o wymiarach 6,32x12m i wysokości napełnienia 4 m. Zastosowano dwa mieszadła łopatkowe o mocy 1651,13 W każda i zewnętrznego promienia łopatki r₂ = 1,85m. Przewody doprowadzające wodę do komory posiadają średnice 600mm, natomiast na odpływie 1000mm.

Osadnik wielostrumieniowy

Zaprojektowano 4 osadniki, w którym prędkość przepływu wynosi v = 0,0032m/s a powierzchnia jednego osadnika wynosi 32,14 m² o wymiarach 13,6mx3m. Przewody doprowadzające wodę do komory posiadają średnice 1000mm, natomiast na odpływie 900mm. Powstający osad w osadniku w ilości 163,07 m³/d jest transportowany przewodem na odstojniki osadu.

Filtry pośpieszne

Zaprojektowano wymagana liczbę filtrów pośpiesznych 4 plus 2 filtry rezerwowe o średnicy uziarnienia φ = 0,9 mm, ekspansja złoża wynosi 30%. Prędkość filtracji przez złoże wynosi 8,37 m/h. Długość filtrocyklu wynosi 10,75 godzin, wymagane są trzy płukania na dobę, przy czym intensywność płukania q_max=22,34 dm­­³/s m², a czas płukania maksymalny t = 10min. Powierzchnia jednego filtra wynosi 31,49 m²_. W filtrze zastosowano drenaż kulowy. Suma strat na filtrze wynosi 3 m.

Magazyn reagentów

W magazynie reagentów przechowywany jest miesięczny zapas siarczanu żelaza. Powierzchnia całkowita magazynu wynosi 35,18 m², wymiary budynku: 5x7,5m, wysokość 3m. Do roztwarzania siarczanu żelaza stosowane są trzy zbiorniki, w tym jeden zapasowy o pojemnościach 4,45m³ każdy.

Chlorownia, magazyn chloru

Dezynfekcja wody przeprowadzana jest chlorem gazowym dawką przeciętną - 1,1g/m³. Chlor przechowywany jest w 15 butlach o pojemności 50kg każda. Dawkowanie następuje za pomocą chloratora POWOGAZ typu C53 o zakresie 400-6000g/h. Dobrano również jeden chlorator rezerwowy.

Zbiornik wody do płukania

Zbiornik wody płucznej jest obiektem wieżowym o pojemności 956,95 m³ o wymiarach 12m×15m. Maksymalne zwierciadło znajduje się na wysokości 123,98m.n.p.m. Wysokość geometryczna pomiędzy krawędzią koryta zbiorczego filtrów pośpiesznych a dnem zbiornika wody do płukania wynosząca 10 m, zapewnia grawitacyjny przepływ wody płucznej do filtrów pośpiesznych. Ponadto zbiornik ten zaopatruje w wodę magazyn reagentów oraz budynki administracyjne oraz instalację hydrantową. Wybór budowy tego zbiornika pomimo kosztów inwestycyjnych został podyktowany tym, że każdorazowo do płukania filtrów konieczne byłoby załączanie pomp na krótki czas, co nie byłoby racjonalne ze względu na niekorzystne warunki eksploatacji pomp i ich szybsze zużycie.

Zbiornik wody czystej

Po dezynfekcji woda kierowana jest do zbiornika wody czystej dwoma rurociągami o średnicach 400mm. Jest to zbiornik prostokątny dwukomorowy o pojemności 2403,86 m³, o wymiarach 15m×22,5m. Wysokość napełnienia całego zbiornika wynosi 7,12 m. Woda czysta ze zbiornika kierowana jest do pompowni II° dwoma rurociągami ø400, oraz jednym ø200.

Pompownia II°

Do sieci obszaru zaopatrywanego woda podawana jest przez pompownię drugiego stopnia, przy pomocy czterech pomp i dwóch rezerwowych firmy POWEN typu OZ, o zakresie wydajności Q= 239,58 m³/h i wartości podnoszenia H=60m każda. Do miasta woda dostarczana jest dwoma rurociągami o średnicy φ = 400 mm. Na potrzeby stacji zastosowano dwie pompy tego samego producenta, o wydajności Q = 187,89 m³/h i o mniejszym wymaganej wysokości podnoszenia H=23,92m. Na potrzeby stacji użyty jest rurociąg o średnicy ø200mm.

Odstojniki wody popłucznej i osadu z osadników wielostrumieniowych

Po płukaniu woda z usuniętym z filtrów pośpiesznych osadem jest kierowana przewodem o średnicy φ=1000 mm do odstojników. Przyjęto cztery odstojniki plus jeden rezerwowy o wymiarach 4,5m×22,5m o przewidywanej wysokości napełnienia 3,6 m.

Osad powstały w osadnikach wielostrumieniowych jest kierowany przewodem na odstojniki osadu. Przyjęto jeden odstojnik plus jeden rezerwowy o wymiarach 3x15m o przewidywanej wysokości napełnienia 3,62m.

W odstojnikach następuje wstępne zagęszczenie osadu, po czym osad kierowany jest na wirówki. Osad wywożony jest na składowisko. Przepompownia osadu, wirówki oraz składowisko osadu nie są zaprojektowane, ale tylko koncepcyjnie przyjęte jako istniejące na stacji uzdatniania wody.

5. SPOSOBY ZABEZPIECZENIA CIĄGŁOŚCI PRACY STACJI

Projektowanie stacji uzdatniania wody wiążę się również z szeregiem zabiegów, mających na celu zabezpieczenie ciągłości jej pracy w przypadku nagłych awarii. Nie można doprowadzić do przerwy w dostawie wody. Związane jest to również z koniecznością ponownego rozruchu całej stacji, zarastaniem wyłączonych z procesu technologicznego urządzeń oraz co za tym idzie, trudnościami w późniejszej ich eksploatacji.

W celu zabezpieczenia ciągłości pracy całej stacji uzdatniania wody został przyjęty rezerwowy układ pompowy w pompowni pierwszego stopnia.

Niezawodność dostawy wody, zwiększa również sposób prowadzenia wody do komory szybkiego mieszania- zastosowanie dwóch przewodów równoległych.

Ciągła praca przyjętej ilości filtrów, niezbędnej do uzdatniania odpowiedniej ilości wody, może być spełniana dzięki zabezpieczającym, dwóm filtrom rezerwowym, stosowanym na wypadek awarii oraz jednym rezerwowym odstojnikiem dla osadów pokoagulacyjnych pochodzących z osadnika wielostrumieniowego i jednym odstojnikiem dla wód popłucznych pochodzących z filtrów pośpiesznych.

Zbiornik wody czystej jest podzielony na dwie komory każdy, objętość każdej z komór wynosi ok. 60% pojemności całego zbiornika, co umożliwia czasowe wyłączenie z pracy jednej komory w celu przeprowadzenia czyszczenia lub remontu, przy niewielkim obniżeniu wydajności stacji.

Zbiornik wody płucznej jest również dwukomorowy, objętość każdej z komór wynosi ok. 60% pojemności całego zbiornika, co umożliwia tak jak w zbiorniku wody czystej czasowe wyłączenie z pracy jednej komory w celu przeprowadzenia czyszczenia lub remontu, przy niewielkim zaburzeniu pracy stacji i odpowiednim dostarczeniu wody do poszczególnych budynków administracyjnych.

Ciągłe dodawanie do wody reagentów w wymaganej ilości zapewniają przyjęte, następujące rezerwowe urządzenia: zbiornik zarobowy koagulantu, zbiornik roztworowy FeSO₄ dodatkowe zestawy dozujące reagenty.

Ponadto zasilanie stacji z dwóch źródeł elektrycznych (z miasta oraz ze stacji TRAFO) zapewnia ciągłość pracy pomp oraz urządzeń związanych z regulacją przepływu.

6. STREFA OCHRONY SANITARNEJ

Gwarancją ochrony terenów ujęć jest ustanowienie stref ochronnych zgodnie z Rozporządzeniem Ministrów z dnia 24.03.1965 Dz.U. nr 13. Teren stacji ogrodzony jest ogrodzeniem trwałym, a wstępu pilnuje portier.

Teren stacji powinien być położony poza obszarem zalewowym rzeki zasilającej

Teren stacji uzdatniania wody musi być odpowiednio zazieleniony i ogrodzony, co najmniej 20 m od obiektów technologicznych.

Obszar przewidziany na teren SUW powinien zawierać:

-wejście na teren stacji przez strzeżoną bramę lub furtkę,

-drogi pieszo-jezdne o szerokości 4m o nawierzchni ulepszonej,

-ścieżki komunikacyjne utwardzone,

-odpływ wód opadowych z powierzchni terenu oraz zabezpieczenie przed napływem wód deszczowych z terenów sąsiednich,

- miejsce na składowisko piasku z podziałem na frakcje.

Pośrednia ochrona obejmuje kontrolę dopływów do rzeki oraz umieszczanie
w wyznaczonych miejscach tablic informacyjnych o ujęciu wody pitnej.

Magazyny materiałów łatwopalnych powinny być położone w odległości co najmniej 50m od ogrodzenia i obiektów z pomieszczeniami pracy. Oczyszczalnia ścieków na terenie SUW powinna leżeć co najmniej 7,5m od ogrodzenia i 10 m od obiektów z pomieszczeniami pracy, 15m od każdego niezgłębionego pod terenem obiektu przez który przepływa woda z ujęcia lub jest w nim magazynowana oraz 30m od każdego zagłębionego pod terenem analogicznego obiektu. Z terenu stacji należy przeznaczyć pod obiekty budowlane związane z technologią uzdatniania wody ok. 35%. Pod budynki administracyjne, gospodarcze, usługowe, warsztaty, garaże, oczyszczalnie ścieków, magazyny materiałów z wyjątkiem używanych bezpośrednio do uzdatniania w ok. 15%. Pod drogi komunikacyjne ok. 10%. Podzieleń ok. 40%. Należy zaprojektować oświetlenie wejścia i wjazdu na teren stacji, wejścia do poszczególnych obiektów, do otworów montażowych, włazów kontrolnych.

W chlorowni, w magazynie chloru szyby okienne powinny być pomalowane na biało, okna nie powinny znajdować się po stronie południowej.

Pod względem wysokościowym teren stacji należy tak dobrać aby umożliwiał:

- grawitacyjny przepływ wody przez wszystkie lub część obiektów stacji.

- grawitacyjny przepływ wody po płukaniu z urządzeń technologicznych.

- grawitacyjne odprowadzenie oczyszczonych ścieków z kanalizacji sanitarnej.

Należy dążyć do tego, aby we wszystkich urządzeniach na drodze przepływu wody była zapewniona ciągła obsługa do korygowania procesów. W tym celu sugeruje się wprowadzić automatyzację przebiegu procesów.

7. Wnioski

Projekt ten jest projektem koncepcyjnym i może być wykorzystany jako podstawa do projektu technicznego ale należałoby przeprowadzić badania pilotażowe. Wszystkie zaprojektowane urządzenia, ich posadowienie, wzajemna konfiguracja zostały ustalone tylko ze względów technologicznych, bez uwzględnienia strony ekonomicznej. Wymiary niektórych budynków technologicznych, pomocniczych i urządzeń, takich jak np. ujęcie wody chlorownia, czy budynki administracyjne zostały przyjęte orientacyjnie. Koniecznym więc byłoby doprojektowanie takich obiektów jak: zbiorników osadu, pompowni osadu, budynku wirówek itp.

Na dalszym etapie projektowania istotnym byłoby zastosowanie filtrów węglowych w celu poprawy jakości uzdatnianej wody. Stacja została zaprojektowana przy uwzględnieniu optymalnych parametrów pracy urządzeń, co powinno gwarantować jej dobrą pracę, tym samym umożliwia uzyskanie oczekiwanych efektów uzdatniania wody.

W celu zapewnienia ekonomicznej pracy stacji uzdatniania wody, został przyjęty schemat technologiczny z zastosowaniem koagulacji klasycznej. W celu zapewnienia grawitacyjnego przepływu wody płucznej do filtrów pospiesznych, zalecane jest aby różnica pomiędzy górną krawędzią przelewu w filtrze, a dnem zbiornika wody płucznej wynosiła min 10m. Zbiornik wody płucznej jest zbiornikiem wieżowym, koszty jego budowy nie odegrały jednak znaczącej roli gdyż sugerowano się tym, iż każdorazowo do płukania filtrów konieczne byłoby załączanie pomp na krótki czas, co nie byłoby racjonalne, ze względu na niekorzystne warunki eksploatacji pomp i ich szybsze zużycie.

Wykorzystane urządzenia do uzdatniania wody zostały przyjęte na podstawie warunków technologicznych nie uwzględniając istotnej strony projektu jaką stanowi koszt budowy. Projekt umożliwiał korzystne wysokościowe usytuowanie stacji, gdyż dysponowaliśmy możliwością dowolnego przyjęcia spadku terenu.

W rzeczywistości należałoby jeszcze zaprojektować składowisko osadu oraz dobrać armaturę pomiarowo - regulacyjną (m. in. wodomierze, regulatory, zasuwy, klapy zwrotne), których istnienie na stacji uzdatniania wody przyjęto tylko w założeniach projektu. Powinno się też ustalić faktyczne zużycie wody na cele gospodarcze, gdyż w rozpatrywanym przypadku dysponowano wielkością orientacyjną oraz doprojektować założone średnice rurociągów (spusty, kanalizacja). Aby dokładniej ustalić poszczególny rozkład wody na danych urządzeniach należałoby skorygować wstępny wykres Sankey'a, którego nie wykonywaliśmy, dlatego przyjęte wartości mają charakter orientacyjny.

W projekcie nie uwzględniliśmy także systemu unieszkodliwiania powstałego osadu z osadnika oraz odcieków z wód popłucznych.

6

Zbiornik wody

czystej

Osadniki

Komora flokulacji

Filtry

pośpieszne

P IIº

KSM

Ujęcie + PIº

---