1. Wstęp

1. Przedmiot opracowania.
   Przedmiotem opracowania jest projekt koncepcyjny oczyszczalni wody zaopatrującej mieszkańców miasta.

2. Zakres opracowania.
   Obliczenia urządzeń:
   komora szybkiego mieszania,
   osadnik z zawieszonym osadem,
   filtr,
   laguny i odstojniki,
   Rysunki:
   Plan sytuacyjny 1: 500
   Przekrój przez urządzenia 1: 100/500
   Schemat skali filtrów 1: 100
   Filtr z połączeniem 1 :50

3. Podstawa opracowania.
   Podstawą opracowania są dane laboratoryjne badania wody zawarte w Analizie wody Nr 30.

4. Wykorzystane materiały.

2. Obliczenia technologiczne.

1. wyznaczanie wielkości dawek koagulantu do usuwania
   mętności
   
   barwy
   
   
   Przyjęto 53,7 g/m³ siarczanu glinu.
   

2. wyznaczanie dawki wapna przed koagulacją
   Jeżeli naturalna zasadowość wody jest za mała i zachodzi poniższa nierówność:
   
   zas.M<W D+0,7
   
   wtedy wymagane jest dawkowanie wapna przed procesem koagulacji.
   zas M - naturalna zasadowość wody val/m³,
   W - wsołczynnik,
   D - dawka g/m³,
   0,7 - zapas zasadowości naturalne wody.
   
   Tw. ogólna-tw. niewięglanowa=tw. weglanowa (zasadowość M)
   15,0-5,5=9,5^otw/2,8=3,4 val/m³
   
   3,4<0,0090 x 53,7+0,7
   
   Z wyliczeń wynika,ze nie trzeba dawkować wapna przed koagulacją.

3. Wyznaczenie niezbędnej dawki wapna po koagulacji do związania CO₂ agresywnego
   D=53,7 g Al₂(SO₄)₃ x 18H₂O/m³
   
   Zas. M wody = 3,4 val/m3 x 50 g CaO = 170 g CaoCO3/m3
   
   Z nomogramu równowagi węglanowo-wapniowej dla tej wody wyznaczyłam zawartość dwutlenku węgla:
   wolnego = 25g/m³
   przynależnego = 10g/m³
   agresywnego = 15g/m³
   
   Po koagulacji 170 g siarczanem glinem spowodowała obniżenie zasadowości M i zwiększenie zawartości dwutlenku węgla w wodzie. Z jednostkowych wskaźników zmiany zasadowości i zawartości CO₂, wyznaczamy:
   obniżenie zasadowości M wody, kóre wyniosło:
   
   
   
   
   zwiększenie CO_2w, które wyniosło:
   
   
   
   
   Woda po koagulacji zawiera ilość wolnego CO_2w=25+21,5 = 46,5g CO_2w/m³
   zasadowość M natomiast wynosi zasM=170-24,2=145,8 g CaCO₃/m³
   

Z monogramu odczytałam zawartość dwutlenku węgla przynależnego dla nowej zasadowości:
CO_2p = 6,8 g CO_2p/m³
ilość dwutlenku węgla agresywnego w wodzie po koagulacji obliczono następująco:

CO_2a = 46,5-6,8=39,7 g CO_2a/m³

Obecny agresywny dwutlenek węgla należy usunąć dodając do wody wapna, który reaguje zgodnie z równaniem:
2 CO_2a+CaO+H₂O=Ca(HCO₃)₂
Wymaganą do związania CO_2a ilość wapna obliczamy metodą kolejnych przybliżeń.

PRZYBLIŻENIE 1

56 g CaO przypada 88,0 g CO_2a
x 31,8 g CO_2a
x = 20,2 g CaO

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


,
nowa zasadowość M wody po dodaniu wapna wyniesie:

zas. M'=145,8+36=181,8 g CaCO₃/m³

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


CO_2p'=12 g CO_2a/m³

Sprawdzam zawartość agresywnego dwutlenku węgla po dodaniu wapna:

CO_2a'= CO_2w-CO_2zw- CO_2p
CO_2a'=46,5 - 31,8 - 12 = 2,7g
Związano za mało węgla agresywnego.

PRZYBLIŻENIE 2

56 g CaO przypada 88,0 g CO_2a
x 33,0 g CO_2a
x = 21,0 g

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


,
nowa zasadowość M wody po dodaniu wapna wyniesie:

zas. M'=145,8+37,5=183,3 g CaCO₃/m³

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


CO_2p'=13g CO_2a/m³

Sprawdzam zawartość agresywnego dwutlenku węgla po dodaniu wapna:

CO_2a'= CO_2w-CO_2zw- CO_2p
CO_2a'=46,5-33-13=0,5<2,0

21,0 g CO₂/m³ usunie korozyjny charakter wody.

4. Wyznaczanie dawki substancji stosowanych do chlorowania
   
   D_Cl2=Cl_2poz.+0,79utl
   
   Cl_2poz.-chlor pozostały w wodzie po czasie kontaktu 30 min gCl₂/m³ (0,3-0,5)
   utl - utlenialność
   
   
   D_Cl2=0,4+0,79 x 5=4,35 gCl₂/m³
   Przyjmuję dawkę chloru- 4,35

3. Magazynowanie reagentów.

1. Magazynowanie koagulantu.
   Dla koagulantu f=1,2
   
   *maksymalne dobowe zużycie:
   
   M _dmax=Q_dmax x D_max x f kg/d
   Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, m³/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
   
   M _dmax=11350 x 53,7 x 10^-3 x 1,2=731394 g/d=731,39 kg/d
   
   *wielkość zapas:
   
   Z = M_dmax x T_m kg
   Z - wielkość zapasu
   T_m- czas przetrzymania, 30 dni
   
   Z = 731,39 x 30=21942 kg
   
   *powierzchnia magazynu
   
   
   
   F- powierzchnia magazynu, m²
   
   -współczynnik zwiększający ze względu na transport wewnętrzny (1,15-1,30)
   Z-wymagany zapas reagenta, kg
   h_s- dopuszczalna wyskość składowania, m
   
   
   Zastosowałam mechanizację robót
   Przyjmuję powierzchnię magazynu dla koagulanta 6,30 m²

2. Magazynowanie wapna.
   
   Dla wapna f = 1,5
   
   *maksymalne dobowe zużycie:
   
   M _dmax=Q_dmax x D_max x f kg/d
   Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, m³/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
   
   M _dmax=11350 x 21 x 10^-3x1,5 = 357,53 kg/d
   
   *wielkość zapas:
   
   Z = M_dmax x T_m kg
   Z - wielkość zapasu
   T_m- czas przetrzymania, 30 dni
   
   Z = 357,53x 30 = 10725,75 kg
   
   *powierzchnia magazynu
   
   
   
   F- powierzchnia magazynu, m²
   
   -współczynnik zwiększający ze względu na transport wewnętrzny (1,15-1,30)
   Z-wymagany zapas reagenta, kg
   h_s- dopuszczalna wyskość składowania,
   
   
   

3. Magazynowanie chloru

Dawka chloru D_Cl2=0,4+0,79 x 5=4,35gCl₂/m³

Dla chloru f = 1,0

*maksymalne dobowe zużycie:

M _dmax=Q_dmax x D_max x f kg/d
Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody, m³/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

M _dmax=11350 x 4,35 x 10^-3 x 1,0 = 49,37 kg/d

*wielkość zapas:

Z = M_dmax x T_m kg
Z - wielkość zapasu
T_m- czas przetrzymania, 30 dni

Z = 49,37 x 30 = 1481 kg

*powierzchnia magazynu

Chlor przechowuje się w 40 kg butlach.
Jedna butla zajmuje 0,5 m².

1jedna butla - 40 kg
X - 1481 kg

X = 37 butli

F_i = n x 0,5 x 2 = 37 x 0,5 x 2 = 37 m²

4. Urządzenia do roztwarzania i dawkowania reagentów:
   a) zbiornik roztworowy
   Q_g = 11350 m³/d = 472,9 m³/h
   
   
   
   
   - objętość zbiornika zarobowego, m³
   Q_g- wydajnojność, m³/h
   b - stężenie roztworu b = 5 %
   a - dawka chemikaliów, g/m³
   
   
   
   
   b) zbiornik zarobowy
   Q_g = 11350 m³/d = 472,9 m³/h
   
   
   
   
   - objętość zbiornika zarobowego, m³
   Q_g- wydajnojność, m³/h
   b - stężenie roztworu b = 20 %
   a - dawka chemikaliów, g/m³
   
   
   
   
   c) przygotowanie mleka wapiennego
   Q_g = 11350 m³/d = 472,9 m³/h
   
   
   
   
   - objętość zbiornika zarobowego, m³
   Q_g- wydajnojność, m³/h
   b - stężenie roztworu b = 5 %
   a - dawka chemikaliów, g/m³
   
   
   
   
   Wydajność sytnika
   
   
   
   
   - wydajność setnika
   
   - ilość oczyszczanej wody - 472,9 m³/h
   
   - dawka wapna - 21 g CaO/m³
   n - liczba sytników - 1
   Cr - rozpuszczalność wapna w zależności od temperatury - 1250 dla 10^oC g CaO/m³
   
   
   
   
   Objętość sytnika
   
   
   
   V - objętość setnika m³,
   K₁ - współczynnik, którego wielkość zależy od temperatury nasycenia wody - 7,5,
   K₂ - współczynnik zależny od stosunku twardości wapniowej do ogólnej - 1,3.
   
   
   
   Typ sytnika przyjęto C 22 o wymiarach D = 2400 i H = 7000.
   ilość sytników: 6
   

5. Obliczenia urządzeń

1. komora szybkiego mieszania ( mieszacz hydrauliczny pionowy )
   
   
   
   
   V - objętość komory mieszacza,
   Q - wydajność zakładu dla jednej komory - 11350 m³/d = 0,131 m³/s,
   t - czas mieszania - 120 s.
   
   
   
   Powierzchnia górnej cylindrycznej części mieszacza V_g = 0,025 m/s
   
   
   
   
   średnica cylindrycznej części mieszacza:
   
   
   
   
   Wysokość dolnej części mieszacza w przypadku kształtu stożkowego.
   
   
   D - średnica cylindryczna części mieszacza
   d - średnica rurociągu doprowadzącego wodę do mieszacza d = 0,35 m oraz
   
   
   
   
   Wyskość górnej, cylindrycznej części mieszacza
   
   
   
   V - objetość komory mieszacza,
   V₁ - objętość stożka,
   f_g - powierzchnia górnej cylindrycznej części mieszacza.
   
   
   
   
   
   
   

2. Klarownik
   Przepływ - Q = 11350 m³/d = 472,9 m³/h
   Zawiesiny - C_o = 5 g/m³
   
   Stężenie zawiesin po koagulacji w dopływie do osadnika oblicza się ze wzoru:
   
   
   C_z - stężenie zawiesin w wodzie surowej,
   K - współczynnik dla siarczanu glinu - 0,55
   D - dawka koagulantu, g/m³
   B - barwa wody, g Pt/m³
   N - ilość rozpuszczonych związków w reagencie dodawanym do wody, g/m³
   
   
   
   przyjęto: K = 1, N = 0 więc
   
   
   
   Powierzchnia klarownika:
   
   
   Z tabeli przyjęto V_p = 0,8 mm/s oraz K=0,75, współczynnik
   =0,9
   
   
   
   
   
   Przyjęto 2 klarowniki 169,6/2 = 84,8 m³ każdy.
   
   
   
   
   
   
   zagęszczacz:
   
   
   
   

Przyjęto liczbę klarowników n = 2, powierzchnia każdego z nich ma 84,8 m². Długość klarownika L = 9 m, stąd szerokość każdej z dwóch komór klarowania w jednym klarowniku 3,39 m a szerokość stefy zagęszczania B_z= 2,63 m. Przyjęto wysokość warstwy wody H_w = 2 m, oraz wysokość warstwy osadu zawieszonego H_oz = 2,5 m. Kąt zawarty między płaszczyznami przeprowadzonymi od osi przewodu doprowadzającego wodę do górnej krawędzi koryt zbiorczych powinien być < 30^o.

Ilość zagęszczonego osadu odprowadzanego ze stefy zagęszczania, według wzoru:

gdzie:
P - objętość usuwanego osadu w stosunku do ilości oczyszczanej wody,
C₀ - ilość zawiesin w wodzie płynącej do klarownika,
C - ilość zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika,
K_r = 1,2 współczynnik uwzględniający rozcieńczenie usuwanego osadu,
g - średnie stężenie zawiesin w zagęszczaczu, przyjmowane wg tabeli.



Objętość zagęszczonego osadu odprowadzanego z klarownika

Ilość osadu nadmiernego odpływającego z komory klarowania do komory zagęszczania;

5.3 Filtr grawitacyjny pośpieszny.


Do filtracji wody użyto filtr grawitacyjny pośpieszny. Jako żloże filtracyjne będzie stosowany piasek i węgiel aktywny.

a) Powierzchnię filtru wyznaczono ze wzoru:

gdzie:

Q_dmax - maksymalna wymagana dobowa wydajność filtró m³/d,
V_f - obliczeniowa prędkość filtracji przyjęta z tabeli 8.11 A Kowal, m/h




b) Obliczono liczbę filtrów:


gdzie:

n - ilość filtrów,
F - powierzchnia filtrów.



Przyjęto 4 filtrów.
c) Powierzchnia jednego filtra:



F₁ - powierzchnia jednego filtra,
F - powierzchnia filtrów,
n - ilość filtrów.


Przyjęto wymiary filtra 3 x 5,5 = 16,5.
d) Rzeczywista prędkość filtracji.
Wszystkie filtry pracują:

gdzie:
V_f - rzeczywista prędkość filtrów,
Q - wydajność zakładu,
n - liczba filtrów,
F₁ - powierzchnia jednego filtra.



Jeden filtr wyłączony:

gdzie:
V_f - rzeczywista prędkość filtrów,
Q - wydajność zakładu,
n - liczba filtrów,
F₁ - powierzchnia jednego filtra.


e) parametry złoża filtracyjnego:
wyskość zloża filtracyjnego H_p = 0,7 m i H_a = 0,5 m
wysokość warstwy podtrzymującej złoże h_p =0,3
ekspansja złoża eksp = 0,5
f) odległość koryt popłuczyn od dna podtrzymującego:





g) intensywność płukania:
założono:
- płukanie wodą,
- współczynnik d₁₀ = 0,6 mm,
- współczynnik równomierności, WR = 1,3,
- temperatura T = 286 K.
Wartość intensywności płukania filtrów piaskowych na podstawie górnych wartości odczytano z monogramu: q_pl = 8 dm³/m²s, dz = (1,8 x 1,3 - 0,8)d₁₀ = 0,924 mm stąd k = 1,35
I_p = 8 x 1,35 = 10,8 dm³/m²s


gdzie:
Q_x - strumień objętości popłuczyn,
q_{pl -} intensywność płukania,
F₁ - powierzchnia jednego filtra.

h) szerokość koryta popłuczyn:

gdzie:
x - ½ szerokości koryta,
q - natężenie przepływu popłuczyn, m³/s.

przyjęto 1 koryto
prędkość przepływu dla jednego z koryta popłuczyn przyjęto 6 m/s

i) powierzchnia koryta:


gdzie:
F_k - powierzchnia koryta,
Q_x - strumień objętości popłuczyn,
v - prędkość.




j) głębokość koryta



gdzie:
H - głębokość koryta,
Q_x - strumień objętości popłuczyn,
v - prędkość,
2x - szerokość koryta.




k) szerokość kanału zbiorczego

Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości B = 0,6.

l) odległość dna kanału od dna koryta


gdzie:
L - odległość dna kanału od dna koryta,
Q_x - strumień objętości popłuczyn,
g - przyśpieszenie ziemskie,
B - szerokość kanału.




m) drenaż

W filtrze zastosowano drenaż grzybkowy niskooporowy. Przyjęto liczbę grzybków 81 szt/m² płyty drenażowej, każdy z nich ma na obwodzie 24 prostokątne szczeliny o wymiarach 10 mm x 0,7 mm. Powierzchnia szczelin w jednym grzybku:




Całkowita liczba grzybków w drenażu 1 filtru
stąd całkowita powierzchnia szczelin


n) obliczanie strat ciśnienia w drenażu niskooporowym.

ilość wody płuczącej:



prędkość wypływu wody ze szczeliny:



straty ciśnienia:

gdzie
h - wysokość trat ciśnienia,

- współczynnik wydatku, dla szczeliny przyjęto 0,65,
v - prędkość wypływu wody ze szczeliny,
g - przyśpieszenie ziemskie.




6. Urządzenia do dezynfekcji.

Dobór chlorownic na podstawie wydatku chloru

gdzie:
|W - wydatek chloru,
Q - przepływ<
D - dawka chloru.




Przyjęto 2 chlorownie ( plus jedna rezerwowa ) typu C-32((-3)).

7. Zbiornik czystej wody

pojemność zbiornika -

Przyjmuję dwa zbiorniki terenowe o wymiarach:
wysokość H = 7 m,
głębokość napełnienia 4 m?????
objętość jednego zbiornika 1703 m³

średniaca zbiornika:


8. Gospodarka osadowo - ściekowa.

a) ilość popłuczyn oblicza się na podstawie wzoru:

gdzie:
V - objętość popłuczyn, m³,
q - intensywność płukania, m³/m²s,
n - liczba płukań w dobie, przyjęto jedno płukanie,

- powierzchnia wszystkich filtrów, m²,
t - czas płukania, s, przyjęto 15 minut (900 s ),




Przyjęto dwa odstojniki o objętości 600 m³
3 x 16 x 6,3 m

V_całk = 604,5 a V₁ = 302,4
b) objętość laguny




z klarownika






Przyjęto trzy laguny o wymiarach

3 x 60 x 38,5 m

V_całk = 6930 a V₁ = 2310

9. Dobór rurociągów

Dopływ wody na filtr.
dla założonej prędkości v = 0,6 m/s

Odcinek







przyjęto średnicę rury 600

Odcinek







przyjęto średnicę rury 450


Odcinek







przyjęto średnicę rury 400

Odcinek







przyjęto średnicę rury 300

Odpływ popłuczyn
dla założonej prędkości v = 2 m/s






przyjęto średnicę rury 100
Dla odpływu popłuczyn i wody płuczącej dobrano rurociąg o średnicy 0,110 m.

---