Politechnika Rzeszowska im. Ignacego , , , Łukasiewicza

Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska 

i Architektury
Kierunek: Inżynieria Środowiska

Projekt z technologii wody

Temat : Projekt technologiczny stacji uzdatniania wody podziemnej.

Prowadzący: Wykonawca: dr inż. Alicja Puszkarewicz

Zakład Oczyszczania i Ochrony Wód Paulina Dobosz

Rok akademicki 2015/2016 

Stacja uzdatniania wody podziemnej, przeznaczonej do picia

– układ technologiczny:

. . Opracowano projekt technologiczny stacji uzdatniania wody podziemnej dla następujących danych:

1. Czas pracy stacji T=18h/d

2. Wydajność stacji Q= 300 m³/d

3. Zasadowość Z_M=2,8 mval/ dm³

4. Odczyn pH=7,0

5. Zawartość żelaza Fe²⁺=5,4 mg/dm³

6. Ekspansja złoża e= 30%

7. Temperatura wody T= 10ºC

8. Intensywność płukania filtrów q=40 m³/hm²

9. Twardość T=5,6 mval/ dm³

ODKWASZANIE

Odkwaszanie chemiczne wody dla stacji o wydajności Q=300m3/d. Jakoś wody surowej: Zm =2,8 mval/dm3, pH=7,0 T=18 h/d

I. Zawartość agresywnego dwutlenku węgla w wodzie surowej wyznaczono z bilansu CO_2w = CO_2ag + CO_2p CO_2ag = CO_2w − CO_2p

gdzie : CO_2w-wolny dwutlenek węgla [gCO₂/m³] ,  CO_2ag- agresywny dwutlenek węgla [gCO₂/m³] , CO_2p-przynależny dwutlenek węgla [gCO₂/m³]

CO_2p= 5,5 g/ m³ CO_2w= 28 g/ m³ CO_2ag= 22,5 g/ m³

II. Obliczanie dawki reagenta

Analiza wykazała, że woda która wpływa na stację jest wodą średnio twardą.

Dla T=5,6 mval/dm³ o niskiej zasadowości Z_M=2,8 mval/dm³ zawiera CO_2agresywny w ilości

22,5 g/m³ wody. Wodorotlenek sodu nie obniża znacząco twardości wody, dobrze wiąże dwutlenek węgla i podnosi odczyn wody.

Do chemicznego wiązania CO_2ag zastosowano wodorotlenek sodu NaOH, ponieważ twardość wynosi 5,6 mval/dm³ który wiąże go wg reakcji (na której podstawie dobiera się dawkę

reagenta- D_x ):

NaOH +CO_2ag →NaHCO₃

M_NaOH=40g

M_CO2=44g

40g-44g

D_x-Co₂ ag

D_x – 20,5g/m³

III. Dobór pompy dawkującej

A. Obliczono ładunek Ca(OH)₂ [g/h]

L_R=D_x∙Q , gdzie L_R- ładunek [g/h] , , D_x -dawka reagenta , Q -wydajność stacji

L_R=20,5g/m³∙300= 6150g/m³ ∙m³/d → 6150/18=341,7[g/h]

B. Stężenie reagenta (s%)= 5-10% [ założono stężenie s% = 5% ]

IV. Wyznaczono wydajność pompki dawkującej:

$\mathbf{Q}_{\mathbf{p}} = \frac{\mathbf{L}_{R}}{\mathbf{s}}\mathbf{\bullet}$ 0,1 [dm³/h]

gdzie : Q_p− wydajność pompki dawkującej [dm³/h] ,  s - stężenie reagenta m ,   L_R- ładunek Ca(OH)₂ [g/h]

, Q_p=$\frac{341,7g/h}{5}$∙0,1= 6,83 [dm³/ h]

Wybrano pompę dozującą mROY® XT- wydajność do 10 l/h; ciśnienie do 206 bar. Hydraulicznie napędzana membrana głowicy. Kartę techniczną pompy umieszczono w załączniku opracowania.

V. Dobór zbiornika reagenta

A. Obliczono dobową ilość reagenta

V_R = Q_p • T [m³/d] gdzie V_R- dobową ilość reagenta[m³/d] , Q_p - wydajność pompki dawkującej [dm³/h] ///////////////// , ,,,, T- czas pracy stacji [h]llllllllllllllllllllllllllllllllllll………………..llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll

V_R=6,83dm³/h∙18h/d=122,94 [dm³/d]=0,15[m³/d]

DOBÓR FILTRÓW

I. Założenia:

-N- liczba filtrów, min.2

- v_opt = 5 − 12[m/h]

-optymalny czas wyłączenia filtrów na czas płukania: t₁ = 20 − 30 [min]

-czas płukania wstecznego filtrów: t₂ = 5 − 10 [min]

-rodzaj filtrów: ciśnieniowe, pospieszne.

Wysokość warstwy piaskowej h_p =1, 0 − 1, 4[m]

Wysokość warstwy antracytu h_a =0,3-0,5

Wysokość warstwy podtrzymującej h_p = 0, 2 − 0, 4 [m] Ekspansja złoża e=30%

II. Wymagana powierzchnia filtracyjna:

$$\mathbf{F} = \frac{Q_{\text{st}}}{v_{\text{opt}} \bullet \left( T - nt_{1} \right) - nt_{2}q}\ \lbrack m^{2}\rbrack$$

gdzie: n- zalecana częstotliwość wypłukiwania wstecznego, (n=0,5 d⁻¹)

Przyjęte parametry:

N=2 – liczba zbiorników filtracyjnych

 t₁=30 [min]= 0,5[h]

t₂ = 10[min]=0, 17[h]

q=40 [m³/m² • h]

$$F = \frac{300}{8\left( 18 - 0,5 \bullet 0,5 \right) - 0,5 \bullet 0,17 \bullet 40} = 2,165\lbrack\ m^{2}\rbrack$$

Z uwzględnieniem, że na stacji powinno być przynajmniej 2 filtry, przyjęto N=2.

Z katalogu filtrów dobrano filtry pospieszne o parametrach:

nr kat. 12, F₁ = 1, 12[m²], h=2250[mm].

III. Wymagana wysokość czynna filtra h:

h≥ (1+e) H+H_p [m]

H_p – wysokość warstwy piaskowej (0,2cm)

H- wysokość warstwy filtracyjnej (1,5m)

ekspansja= 30%

H_piasku= 1,2m

H_antracytu= 0,3m

h≥(1+0,3) 1,5+0,2

h≥2,15m

IV. Rzeczywista powierzchnia filtracji:

F_rz = N • F₁ [m²] → F_rz = 2 • 1, 12 = 2, 24[m²]

Długość cyklu filtracyjnego, czyli orientacyjne płukanie wsteczne można realizować raz na sześć dni.

NAPOWIETRZANIE

I. Do napowietrzania zaprojektowano mieszacz wodno- powietrzny.

Dla założonego czasu kontaktu t=1 min(0,016 h), orientacyjna objętość mieszacza wynosi:

v_m  =   t_k  Q₁ [dm³] → v_m = 0, 016h • 8, 33m³/h = 0, 133 [m³]

gdzie: $Q_{1} = \frac{Q_{\text{st}}}{N}$ [m³/d] ; N- liczba mieszaczy, przyjęto N=2

$$Q_{1} = \frac{300}{2} = 150\lbrack\frac{m^{3}}{d}\rbrack = 8,33\lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Z katalogu dobrano mieszacz wodno-powietrzny o numerze katalogowym 10 i i pojemności 0,177m³.

II. Rzeczywisty czas kontaktu t_rz[h]:

$\mathbf{t}_{\mathbf{\text{rz}}} = \frac{v_{\text{mrz}}}{Q_{1}}\ \ \ \lbrack min\rbrack$ → $t_{\text{rz}} = \frac{0,177m}{8,335} = 0,021h = 1,27\ \lbrack min\rbrack$

III. Dobór średniej wierzchni antracytowej.

Zakładamy:

d_{min piasku}  = 0, 35 [mm]

d_{max piasku} =1,5 [mm]

WR _piasku = 1,6

Właściwości złoża:

g_p=2, 65 g/cm³

g_n = 1, 6 g/cm³

m_p = 0,4 (40%)

Właściwości antracytu:

g_a=1, 45 g/cm³

g_n=0, 73 g/cm³

WR _antracytu= 1,3

Dobieram granulacje(wymagana średnica graniczna antracytu):

-średnia porowatość piasku →m_p=$\ \frac{\mathbf{g}_{\mathbf{p}} - \mathbf{g}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{g}_{\mathbf{p}\mathbf{.}}}\text{\ \ }$ → m_p=0,4

-średnia porowatość antracytu→ m_a=$\ \frac{\mathbf{g}_{\mathbf{a}} - \mathbf{g}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{g}_{\mathbf{a}\mathbf{.}}}\text{\ \ }$ → m_a=0,49

-średnia porowatość złoża → m=0,5(m_p + m_a) → m=0,45

Mieszanina w stanie ekspansji:

$$\mathbf{m}_{\mathbf{\text{exp.}}} = 1 - \frac{1 - m}{1 + e}\ \ $$

m_exp. = 0, 58

m=0,5(m_p + m_a)

m=0,45

e=30%

e=0,3

ɡ_w=1g/cm³

Gęstość mieszaniny w stanie ekspansji:

g_mexp. = g_w • m_exp.+0, 5(g_p+g_a)(1−m_exp.)

 g_mexp.=1,44 [ g/cm³ ]

Wymagana graniczna średnica antracytu:

$$d_{\text{gra}} = d_{\text{minp}}\left| \frac{\rho_{p} - \rho_{\text{mexp}}}{\rho_{a} - \rho_{\text{mexp}}} \right|\ \lbrack mm\rbrack$$

$$d_{\text{gra}} = 0,35\left| \frac{2,65 - 1,44}{1,45 - 1,44} \right| = 42,35\ \lbrack mm\rbrack$$

Spełniając warunek d_maxa ≤ d_gra , przyjęto d_max = 40 [mm]

40mm ≤ 42,35 mm

d_max = [(1, 8WRa)0, 8]d_10a

$d_{10a} = \frac{\lbrack(1,8 WRa) - 0,8\rbrack}{d_{\max}}$

$$d_{10a} = \frac{(1,8 1,3 - 0,8)}{40} = 0,039\ \lbrack mm\rbrack$$

d_mina = (1, 2 − 0, 2WRa)d_10a

d_mina = (1,2−0,21,3)0, 039 = 0, 037 [mm]