POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI
PODSTAWY PROJEKTOWANIA STACJI UZDATNIANIA WODY
Barbara Pyrek
Specjalność; WiK
Rok: III
Semestr: VI
Rok akademicki 2010/2011
WSTĘP
Stacja uzdatniania wody projektowana była zgodnie z wytycznymi , założonymi w temacie. Wszystkie informacje i dane wyjściowe zawarte są w karcie danych projektowych, załączonej do opracowania.
Celem projektu jest plan koncepcyjny stacji uzdatniania wody. Projekt zawieraja opis techniczny wraz z niezbędnymi rysunkami .
Podstawą opracowania jest temat wydany przez Zakład Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Śląskiej oraz dane wyjściowe do projektu.
Aby zastosować właściwy schemat technologiczny należy obliczyć ilość zawiesiny pokoagulacyjnej. Zgodnie z założeniami wyznaczono ilość zawiesiny dla koagulantu w postaci siarczanu żelaza Fe SO4 Zastosowano wzór:
C0 – ilość zawiesiny w wodzie surowej
D – dawka koagulantu w formie bezwodnika
k – współczynnik uwzględniający jakość koagulantu.
B – barwa wody
N – ilość nierozpuszczalnych substancji, wprowadzanych z wapnem przy korekcie pH
Dane:
Przyjęto:
Obliczono:
Obliczona wielkość średnia nie przekracza granicznej wartości 50g/m3, dlatego stwierdzono, iż najlepszym rozwiązaniem dla uzdatnienia wody surowej o założonych parametrach jest koagulacja klasyczna z zastosowaniem filtrów pośpiesznych.
Ujęcie
W celu ochrony pomp przed zanieczyszczeniami pływającymi i zawieszonymi, typowymi dla wód powierzchniowych, w ujęciu zastosowano kraty o prześwicie pomiędzy prętami 40 mm. Prędkość przepływu wody przez kraty – 0,5 m/s.
Pompownia pierwszego stopnia jest transportuje wodę surową do komory szybkiego mieszania poprzez dwa rurociągi o średnicy φ=700mm, zagłębione na 1,3 m.
Dobrano pompy 2 pompy firmy Wafapomp. Dokładniejsze informacje nt. doboru znajdują się w projekcie.
Komora szybkiego mieszania
W komorze szybkiego mieszania dochodzi do dokładnego wymieszania odpowiedniej dawki koagulantu z wodą surową. Zastosowano dwie komory szybkiego o średnicy wewnętrznej DN 65 mm i 4 przegrodach.
Straty na komorze szybkiego mieszania wynoszą 2,434m. Straty ciśnienia na długości pomijamy ze względu na małą długość komory szybkiego mieszania.
Komora flokulacji
Znając zadany laboratoryjny czas flokulacji T=7min, wyznaczono czas obliczeniowy (3T), który
z kolei został wykorzystany do wyznaczenia parametrów komory flokulacji. Na podstawie obliczeń zaprojektowano dwuczęściową komorę flokulacji o całkowitej pojemności 487,763 m3 i wymiarach 9 x 18,056m. Głębokość wody w komorze wynosi 3 m.
W obu częściach komory zastosowano po 6 mieszadeł łopatkowych, ułożonych w dwóch osiach. Zapotrzebowanie mocy na wale mieszadła wynosi 1528,017 W. Szerokość jednej łopatki jest równa 0,121m, a długość 1,213m. Całość zaprojektowano w sposób zapewniający odpowiednie warunki mieszania tj.:
Gradient prędkości w zakresie: G ∈ (25;65)s−1
Liczba Reynoldsa w zakresie: M ∈ (40 000;120 000)s−1
Osadnik wielostrumieniowy z pakietem przewodów o przekroju kwadratowym
Zaprojektowano 6 osadników pokoagulacyjnych o długości 11,9m każdy. Szerokość jednego osadnika wynosi 4,5m. Całość ma wymiary: 11,9x27m.
W celu ulepszenia pracy osadników, zamontowano w nich pakiet przewodów o przekroju kwadratowym. Długość przewodów mierzona po drodze przepływu wynosi 1m, a bok kwadratu liczony w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu: ma długość 0, 05m.
Prędkość przepływu w osadniku jest równam0,0021 m/s.
Filtry pospieszne
Zaprojektowano 6 filtrów pośpiesznych (4 plus 2 filtry rezerwowe). Wymiary jednego złoża filtracyjnego wynoszą 9x6m. Średnica uziarnienia φ = 0,82 mm, ekspansja złoża wynosi 45%. Prędkość filtracji przez złoże wynosi 6,662 m/h. Wymagane są 2 płukania na dobę, przy czym czas płukania maksymalny wynosi t = 10min. . W filtrze zastosowano drenaż kulowy typu DSP.
Suma strat na filtrze wynosi 3 m.
Magazyny reagentów
Magazyny reagentów zaprojektowano tak, aby pomieściły miesięczny zapas siarczanu żelazowego FeSO4.
Reagent przechowywany będzie w workach o masie 50 kg i wymiarach 80x50x20cm. Dla takiego założenia wyznaczono powierzchnię całkowitą magazynu równą 27 m2. Wymiary budynku: 9x3m.
Do roztwarzania siarczanu żelaza stosowane są trzy zbiorniki PRO-1 z wewnętrzną wykładzina chemoodporną firmy Industrio, o średnicy wewnętrznej 1,27m. Objętość jednego zbiorniak wynosi 1,65 m3.
Zapotrzebowanie na wodę do rozrobienia reagentów wynosi 3,012 m3/d.
Zbiornik wód do płukania
Zbiornik wody płucznej został zaprojektowany tak, aby mógł pomieścić niezbędna ilość wody nie tylko do płukania filtrów, ale również do zaspokojenia potrzeb gospodarczych stacji uzdatniania. Maksymalne zwierciadło znajduje się na wysokości 128,4m.n.p.m. Wymagana wysokość podnoszenia wynosi H=22,038m. Zbiornik wody czystej został podzielony na dwie komory k, 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.
Jest to obiekt wieżowy o pojemności 1379,38m3 i wymiarach 12m×13,5m.
Zbiornik wody czystej
Po filtracji woda kierowana jest do zbiornika wody czystej dwoma rurociągami o średnicach 450mm. Zaprojektowano zbiornik terenowy dwukomorowy prostokątny o wymiarach komory 15x20m i pojemności 4082,71m3. Wysokość napełnienia całego zbiornika wynosi 6,8m.
Odstojniki
Osad z filtrów pośpiesznych jest kierowany do odstojników w celu ich odwodnienia. Przyjęto 4 odstojniki plus o wymiarach 5,5m×27,7m.
Osad powstały w osadnikach wielostrumieniowych jest również kierowany do odstojników osadu. Przyjęto jeden odstojnik plus jeden rezerwowy o wymiarach 5x25m .
W odstojnikach następuje wstępne zagęszczenie osadu, po czym osad kierowany jest do dalszej przeróbki. Osuszony osad wywożony jest na składowisko.
Pompownia IIo
Do sieci miejskiej woda dostarczana jest dwoma rurociągami o średnicy φ = 350 mm. Na potrzeby stacji zastosowano 4 pompy o wydajności..... .
Chlorownia
Przewidziano dezynfekcję chlorem gazowym o dawce przeciętnej – 1,1g/m3. Chlor przechowywany jest w 3 butlach o pojemności 50kg każda. Dawkowanie następuje za pomocą chloratora POWOGAZ typu C53 o zakresie 100-3000g/h. Dobrano również drugi chlorator (rezerwowy) o takich samych parametrach.
Stacja uzdatniania wody musi zapewnić dostarczenie do jednostki osadniczej odpowiedniej ilości medium niezależnie od warunków zewnętrznych , czy zdarzeń losowych. Aby uniknąć sytuacji pozbawienia lokalnej ludności dostaw wody zaplanowano miedzy innymi:
Podwójny układ przewodów równoległych praktycznie w każdym miejscu ciągu technologicznego
rezerwowy układ pompowy2 rezerwowe filtry
rezerwowy odstojnik dla osadów z osadnika wielostrumieniowego i jeden odstojnik dla wód z filtrów pośpiesznych
zasilanie stacji z dwóch źródeł elektrycznych
Podwójny układ zbiorników (dwie odrębne komory w zbiorniku wody płuczne, wody czystej)
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministrów z dnia 24.03.1965 Dz.U. nr 13 dostosowano się do następujących wymogów:
Odpowiednia ilość terenów zielonych i zalesionych
Duża odległość chlorowni od budynków przebywania ludzi (52m)
Ogrodzenie trwałe pilnowane przez portiera
Zapewnienie wymaganej szerokości dróg (5m)
Kontrola dopływów do rzeki oraz umieszczanie w wyznaczonych miejscach tablic informacyjnych o ujęciu wody pitnej
Dobranie terenu stacji w sposób umożliwiający:
- grawitacyjny przepływ wody przez wszystkie lub część obiektów stacji.
- grawitacyjny przepływ wody po płukaniu z urządzeń technologicznych.
- grawitacyjne odprowadzenie oczyszczonych ścieków z kanalizacji sanitarnej.
Powyższy projekt pozwala na zapoznanie się z podstawowymi zasadami wymiarowania
i lokalizacji urządzeń znajdujących się na SUW, jak i uświadamia konieczność uwzględnienia przy projektowaniu pokaźnej liczby czynników niewpływających na jakość uzdatniania wody (spadek terenu, wzajemne umiejscowienie urządzeń, normowe odległości granic działki itd.). Nie jest to jednak projekt wykonawczy , a jedynie poglądowy. Przed przystąpieniem do wykonania jakichkolwiek robót i rozpoczęcia budowy, należało by sporządzić dokładniejsze projekty rozwiązujące szczegółowo poszczególne elementy prac.
W powyższym projekcie skupiono się jedynie na stawianych wymaganiach normatywnych
i planowanych rozwiązaniach technologicznych. W rzeczywistości należy również uwzględnić potencjalne koszty budowy poszczególnych elementów oraz ewentualne sposoby ich niwelowania.
Ponadto pominięto niektóre niezbędne części stacji uzdatniania (aparatura pomiarowa) lub też założono odgórnie wartości, nie uwzględniając danych wyjściowych. W przypadku realnego projektu takie szacowanie wielkości może spowodować nie tylko większe koszty eksploatacji SUW (np. przewymiarowanie urzadzeń) , ale także wpłynąć na pogorszenie jakości uzdatnianej wody.
OBLICZENIA
Aby zastosować właściwy schemat technologiczny należy obliczyć ilość zawiesiny pokoagulacyjnej. Zastosowano wzór:
C0 – ilość zawiesiny w wodzie surowej
D – dawka koagulantu w formie bezwodnika
k – współczynnik uwzględniający jakość koagulantu.
B – barwa wody
N – ilość nierozpuszczalnych substancji, wprowadzanych z wapnem przy korekcie pH
Dane:
Jako koagulant zastosowano FeSO4 :
Przyjęto:
Obliczono:
Uwzględniając obliczone wielkości dobrano koagulację klasyczną objętościową.
Obliczenie niezbędnej powierzchni filtracji
Qbrutto - przepływ obliczeniowy (brutto), powiększony o potrzeby własne stacji uzdatniania wody
QT – maksymalne dobowe zapotrzebowanie wody
F – powierzchnia filtracji
vf – prędkość filtracji
Dane:
Obliczenia:
Ilość złóż
Dane:
Wymiary pojedynczego złoża filtracyjnego:
Założono:
a = 9 m
b = 6 m
gść = 0,4 m
F1 – pole powierzchni czynnej jednego złoża filtracyjnego
n – ilość filtrów
Obliczenia:
Po dodaniu dwóch rezerwowych, łączna ilość filtrów wynosi:
Rzeczywista prędkość filtracji
Długość filtrocyklu
Tobl – długość filtrocyklu (czasu pomiędzy płukaniami)
Pz – pojemność złoża, w której mogą gromadzić się zanieczyszczenia
Cx – zawartość zawiesiny w wodzi dopływającej do filtrów
Dane:
Obliczenia:
Przyjęto dwa płukania na dobę:
Szybkość narastania strat ciśnienia na złożu filtracyjnym
ΔHmax – maksymalne straty ciśnienia na filtrze
Przyjęto:
Obliczenia:
Odczytano z wykresu zależności przyrostu strat ciśnienia filtracyjnego
i głębokości przenikania zawiesin w złożu od uziarnienia złoża filtracyjnego i szybkości filtracji:
Sprawdzenie:
Płukanie filtrów
Przyjęto:
Ekspansja
Minimalna temperatura wody:
Maksymalna temperatura wody:
Minimalny czas płukania:
Maksymalny czas płukania:
Z wykresu odczytano intensywność płukania uwzględniając dsr=0,82mm:
Obliczenia:
Liczba koryt
Przyjęto:
Korytko odprowadza wodę z 10m2 złoża.
Wydajność wody płuczącej
Kształt koryt
Przyjęto:
Obliczenia:
Obliczenia:
Odległość korytek w osich
Wzniesienie górnej krawędzi koryta
Przyjęto:
Obliczenia:
Przyjęto dyszę typu DSP o parametrach:
Średnica trzonu:
Wydajność dyszy:
Opór hydrauliczny dyszy:
Wymiary jednej płyty drenażowej: 1m x 1m
Ilość dysz przypadających na jeden filtr
Ilość płyt przypadających na jeden filtr
Przyjęto:
Wymiary filtra
a=9m
b=6m
Obliczenia:
Ilość dysz przypadających na jedną płytę
Przyjęto 24 dysze, umieszczone na płycie w czterech rzędach po 6 sztuk.
Sprawdzenie:
Dane:
liczba filtrów pracujących (bez rezerwowych):
liczba płukań w ciągu doby:
Minimalny czas płukania:
Maksymalny czas płukania:
Dla qmax i tpł.min
Dla qmin i tpł.max
Obliczanie dobowej ilości spustu pierwszego filtratu
Przyjęto:
Obliczenia:
W czasie pracy
Strata początkowa: 0,1-0,3m
Strata końcowa: hk=3m
W czasie płukania – w złożu filtracyjnym
W czasie płukania – w warstwie podtrzymującej
Przyjęto:
$Q_{\text{koag}.} = 30\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
$Q_{\text{gosp}.} = 150\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
$Q_{\text{dez}\text{..}} = 38,4\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
Obliczenia:
$$\sum_{}^{}Q = Q_{\text{koag}.} + Q_{d\text{.\ }pl} + Q_{\text{gosp}.} + Q_{\text{dez}.} = 30 + 4443,280 + 150 + 38,4 = 4661,680\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{1} = Q_{T} + \sum_{}^{}Q = 28000 + 4661,680 = 32661,680\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{2}\mathrm{=}Q_{1}\mathrm{-}Q_{\text{dez}} = 32661,680 - 38,4 = 32623,280\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{3}\mathrm{=}Q_{2} + Q_{\text{sp}.I.f} = 32623,2680 + 213,319 = 32936,319\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{\text{os}}\mathrm{=}\mathrm{1,5\% \bullet}Q_{3} = 0,015 \bullet 32936,319 = 494,045\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{4}\mathrm{=}Q_{3} + Q_{\text{os}} = 32936,319 + 494,045 = 33430,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$Q_{5}\mathrm{=}Q_{4} - Q_{\text{koag}.} = 33430,364 - 30 = 33400,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
Dobór średnicy przewodu doprowadzającego
Dane:
$Q_{5} = 33400,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}} = 386,578\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s}}$
Przyjęto:
Ilość przegród: np = 4
Ilość ciągów technologicznych: nct = 2
Obliczenia:
$$Q_{5\text{obl}} = \frac{Q_{5}}{2} = \frac{386,578}{2} = 192,789\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s}}$$
Dobrano przewód :
Materiał: stal
Średnica: d = 450mm
Prędkość przepływu: $\ v_{p} = 1,08\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Straty: i = 0, 3%
Średnica poszerzenia
Pole przekroju przewodu: $\text{\ \ }F_{1} = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4} = \frac{\pi \bullet 450^{2}}{4} = 158962,5\mathrm{\text{mm}}^{\mathrm{2}} = 0,159\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$
$$D = \sqrt{\frac{4 \bullet 2 \bullet F_{1}}{\pi}} = \sqrt{\frac{4 \bullet 2 \bullet 0,159}{3,14}} = 0,637\mathrm{m}$$
Przyjęto rurę o średnicy wewnętrznej DN 65 mm.
Odstępy między przegrodami
$$a \bullet D = F_{1} \rightarrow a = \frac{F_{1}}{D} = \frac{0,159}{0,65} = 0,245m$$
Straty ciśnienia na komorze szybkiego mieszania
Przyjęto:
$$\frac{D}{d} = 1,44$$
↓
ξposzerz. = 0, 16
ξzwez. = 3
ξprzeg. = 5, 3
Obliczenia:
$${\Delta h_{k.\text{szm}} = \sum_{}^{}{\xi \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g}} = (\xi}_{\text{poszerz}.} + \xi_{\text{zw}ez.} + \xi_{\text{przeg}.}) \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g} = (0,16 + 3 + 4 \bullet 5,3) \bullet \frac{{1,4}^{2}}{2 \bullet 9,81} = 2,434\mathrm{m}$$
Straty ciśnienia na długości pomijamy ze względu na małą długość komory szybkiego mieszania.
Objętość komory flokulacji
Dane:
Laboratoryjny czas flokulacji: Tl = 7min
Przyjęto:
T = 3 • 7 = 21min
Obliczenia:
$$Q_{4} = 33430,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}} = 1392,932\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}}$$
$$V_{\text{kf}} = \frac{Q_{4} \bullet \text{Tz}}{60} = \frac{1392,932 \bullet 21}{60} = 487,526\mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$
Przyjęto dwuczęściowa komorę flokulacji.
Objętość jednej części:
$$V_{\text{kf}.1} = \frac{V_{\text{kf}}}{2} = \frac{487,526}{2} = 243,763m^{3}$$
Długość komory flokulacji L
Przyjęto:
Współczynnik doświadczalny: β = 1, 5
Głębokość wody w komorze: Hw = 3, 0m
Liczba osi mieszadeł: Z = 2
Lkf ≥ β • Z • Hw = 1, 5 • 2 • 3, 0 = 9m
Przyjęto długość L=9m.
Szerokość komory B
$$B_{\text{kf}} = \frac{V_{\text{kf}.1}}{L \bullet H} = \frac{243,763}{9 \bullet 3,0} = 9,028\mathrm{m}$$
Wymiary mieszadła łopatkowego
Średnica ramy, wyposażonej w cztery wzajemnie prostopadłe łopatki:
Przyjęto:
Odległość łopatki od zwierciadła wody i dna komory: h = 0, 2m
Dr = H − 2h = 3, 0 − 2 • 0, 2 = 2, 6m
Długość łopatki
Przyjęto:
Liczba mieszadeł w jednej części komory: n = 6
Liczba mieszadeł w jednej osi: nz = 3
Odległość między łopatkami oraz między ścianą i łopatką: p = 0, 25m
$$l = \frac{B_{\text{fk}} - \left( n + 1 \right) \bullet p}{n} = \frac{9,045 - \left( 6 + 1 \right) \bullet 0,25}{6} = 1,213\mathrm{m}$$
Szerokość łopatki
$$b = \frac{1}{10} \bullet l = \frac{1}{10} \bullet 1,213 = 0,121\mathrm{m}$$
Zapotrzebowanie mocy dla mieszadła
Dane:
Liczba osi mieszadeł: Z = 2
Liczba łopatek w jednej osi: M = 24
Długość łopatki: l = 1, 213m
Przyjęto:
Stosunek prędkości względnych wody i łopat mieszadła: k = 0, 95
Prędkość obrotowa mieszadła:vm = 0, 08s−1
Gęstość wody: $\rho = 1000\frac{\mathrm{\text{kg}}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$
Obliczenia:
Współczynnik oporów hydraulicznych:
$$\frac{l}{b} = \frac{1,213}{0,121} = 9,967 \rightarrow \xi = 1,3$$
Zewnętrzny promień mieszadła łopatki
$$r_{2} = \frac{D_{r}}{2} = \frac{2,6}{2} = 1,3\mathrm{m}$$
Wewnętrzny promień mieszadła łopatki
$$r_{1} = \frac{D_{r}}{2} - b = \frac{2,6}{2} - 0,122 = 1,178\mathrm{m}$$
Moc na wale mieszadła
Nw = Z • M • π3 • ξ•k3 • vm3 • ρ • l • (r24−r14)=
=2 • 24 • 3, 143 • 1, 3•0, 953 • 0, 083 • 1000 • 1, 213 • (1, 34−1, 1784) = 1528,017W
Sprawdzenie warunków mieszania
Średni gradient prędkości ruchu cieczy
Przyjęto:
Stosunek prędkości względnych wody i łopat mieszadła: k = 0, 75
Kinematyczny współczynnik lepkości: $\nu = 1,306 \bullet 10^{- 6}\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{2}}}{\mathrm{s}}$
Obliczenia:
N′w = Z • M • π3 • ξ•k3 • vm3 • ρ • l • (r24−r14)=
=2 • 24 • 3, 143 • 1, 3•0, 753 • 0, 073 • 1000 • 1, 216 • (1, 34−1, 1784) = 751, 867W
$$G = \sqrt{\frac{{N'}_{w}}{\nu \bullet \rho \bullet V_{\text{kf}}}}\mathrm{=}\sqrt{\frac{751,867}{1,306 \bullet 10^{- 6} \bullet 1000 \bullet 487,526}} = 34,364$$
Gradient mieści się z zalecanym zakresie: G ∈ (25;65)s−1
Kryterialna liczba bezwymiarowa
T = 21 • 60s = 1260s
M = G • T = 34, 364 • 1260 = 43298, 273
Liczba mieści się z zalecanym zakresie: M ∈ (40 000;120 000)s−1
Dobór rurociągów doprowadzających i odprowadzających wodę
Dobrano przewód doprowadzający :
Materiał: stal
Średnica: d = 500mm
Prędkość przepływu: $\ v_{p} = 0,98\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Straty: i = 0, 19%
Dobrano przewód odprowadzający :
Materiał: stal
Średnica: d = 700mm
Prędkość przepływu: $\ v_{p} = 0,49\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Straty: i = 0, 033%
Dane:
$Q_{4}\mathrm{=}33430,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
Przyjęto:
Prędkość opadania (woda po koagulacji, zawartość zawiesiny <50 g\l, bez stosowania flokulantów): $u_{m} = 0,4\frac{\mathrm{\text{mm}}}{\mathrm{s}} = 0,0004\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Cześć przepływowa osadnika będzie wykonana w postaci pakietów przewodów o przekroju kwadratowym.
Nachylenie przewodów : Θ = 60
Długość przewodów mierzona po drodze przepływu: l = 1m
Bok kwadratu liczony w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu: c = 0, 05m
Współczynnik dla przekroju kwadratowego: $s = \frac{11}{8}$
Grubość ścianki przewodów: a = 0, 004m
Obliczeniowa prędkość przepływu wody w przekroju poprzecznym
Przyjęto:
Współczynnik zmniejszający prędkość opadania zawiesin: α2 = 1, 5
$$v = \frac{u_{m}}{\alpha_{2} \bullet s} \bullet \left( \sin\Theta + \frac{1}{c} \bullet \cos\Theta \right) = \frac{0,0004}{1,5 \bullet \frac{11}{8}} \bullet \left( \sin 60 + \frac{1}{0,05} \bullet \cos 60 \right) = 0,0021\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$$
Powierzchnia przekroju poprzecznego pakietów przewodów(z wyłączeniem grubości ścianki)
Dane:
$Q_{4} = 1392,932\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}}$
Obliczenia:
$$F = \frac{Q_{4}}{3600 \bullet v} = \frac{1392,932}{3600 \bullet 0,0021} = 184,25\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$$
Liczba osadników i powierzchnia osadnika w planie
Przyjęto:
Liczba osadników nos = 6
Współczynnik zwiększający powierzchnię: β = 1, 15
Obliczenia:
$$F_{c} = \beta \bullet \frac{F}{\sin{\Theta \bullet n_{\text{os}}}} = 1,15 \bullet \frac{184,25}{\sin{60 \bullet 6}} = 40,778\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$$
Wymiary pojedynczego osadnika
Przyjęto:
Szerokość osadnika: Bod = 4, 5m
Długość strefy wlotowej: L1 = 1, 5m
Długość strefy wylotowej: L2 = 1, 35m
Obliczenia:
$$L_{c} = \frac{F_{c}}{B_{\text{os}}} = \frac{40,778}{4,5} = 9,062\mathrm{m}$$
Całkowita dł. osadnika: L = L1 + Lc + L2 = 1, 5 + 9, 062 + 1, 35 = 11, 912m
Sprawdzenie wartości liczby Reynolds’a i Freuda
Przyjęto:
Kinematyczny współczynnik lepkości: $\nu_{k} = 1,306 \bullet 10^{- 6}\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{2}}}{\mathrm{s}}$
Obliczenia:
Promień hydrauliczny:
$$R_{h} = \frac{c^{2}}{4c} = \frac{{0,05}^{2}}{4 \bullet 0,05} = 0,0125\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$$
Liczba Reynolds’a:
$$\text{Re} = \frac{v \bullet R_{h}}{\nu_{k}} = \frac{0,0021 \bullet 0,0125}{1,306 \bullet 10^{- 6}} = 20,1$$
Obliczona wartość spełnia warunek: Re < 500
Liczba Freuda:
$$\text{Fr} = \frac{v^{2}}{R_{h} \bullet g}\mathrm{=}\frac{{0,0021}^{2}}{0,0125 \bullet 9,81}\mathrm{=}3,596 \bullet 10^{- 3}$$
Obliczona liczba Freuda spelnia warunek: Fr >10−5
Dobór rurociągów doprowadzających i odprowadzających
Dobrano przewód doprowadzający :
Materiał: stal
Średnica: d = 700mm
Prędkość przepływu: $\ v_{d} = 0,49\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Straty: i = 0, 33%
Dobrano przewód odprowadzający :
Materiał: stal
Średnica: d = 700mm
Prędkość przepływu: $v_{\text{od}} = 0,49\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$
Straty: i = 0, 33%
Dane:
Rodzaj koagulantu: FeSO4
Dawka przeciętna FeSO4: $D_{\text{FeSO}4} = 8\frac{g}{m^{3}}$
Współczynnik przeliczeniowy dla FeSO4: f = 2, 05
Gęstość FeSO4: $\gamma_{1} = 1,6\frac{\mathrm{T}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$
Wysokość składowania: hskl = 1, 6m
Przepływ: $Q_{5} = 33400,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
Obliczenia:
Zużycie reagenta na dobę
$$G_{d} = Q_{5} \bullet D_{\text{FeSo}4} \bullet f \bullet 10^{- 6} = 33400,364 \bullet 8 \bullet 2,05 \bullet 10^{- 6} = 0,548\frac{\mathrm{T}}{\mathrm{d}}$$
Zapas miesięczny:
$$G_{30} = 30 \bullet G_{d} = 30 \bullet 0,548 = 16,433\frac{\mathrm{T}}{\mathrm{miesiac}}$$
Objętość zapasu reagentów:
$$V_{30} = \frac{G_{30}}{\gamma_{1}} = \frac{16,433}{1,6}\mathrm{= 10,271}\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{miesiac}}$$
Założono składowanie reagenta w workach o masie 50 kg i wymiarach 80x50x20cm. Objętość zmieszczona w jednym worku:
Vw = 0, 8 • 0, 5 • 0, 2 = 0, 08 m3
Ilość worków
$$n_{w} = \frac{V_{30}}{V_{w}} = \frac{10,271}{0,08} = 129$$
Całkowita powierzchnia magazynu
Założono ułożenie worków w 6 warstwach. Najniższa warstwa obejmuje następującą ilość worków:
$$n_{1w} = \frac{129}{6} \approx 22$$
Fc = 22 • 0, 8 • 0, 5 = 8, 8m2
Wymiary magazynu
Założono powierzchnię Fc jako wielokrotność 1,5m tj.:
Fc = 3m x 3m = 9m2
Objętość zbiorników
Przyjęto:
Stężenie roztworu: c = 10%
Czas dozowania roztworu: 10 000 < QT < 50 000 → T = 12h
Dane:
Gęstość właściwa dla FeSo4: $\gamma_{\text{Fe}} = 1,1\frac{\mathrm{T}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$
Dawka maksymalna koagulantu: $D_{\text{FeSO}4} = 8\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$
Przepływ: $Q_{5} = 33400,364\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}} = 1391,682\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}}$
Obliczenia:
$$V_{\text{zb}.\text{roz}} = \frac{Q_{5} \bullet T \bullet D_{\text{FeSo}4}}{10\ 000 \bullet c \bullet \gamma_{\text{Fe}}} = \frac{1391,682 \bullet 12 \bullet 8}{10\ 000 \bullet 10 \bullet 1,1} = 1,2\mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$
Dobrano 3 zbiorniki PRO-1 z wewnętrzną z wykładziną chemoodporną firmy INDUSTRIO o wymiarach:
Charakterystyka:
średnica wewnętrzna – 1,27 m
max. wysokość – 1,3 m
Objętość zbiornika – 1,65 m3
Pompki dozujące
Dane:
Objętość jednego zbiornika: V1.zb = 1, 65 m3
Czas dozowania roztworu: T = 12h
Wydajność pompki:
$Q_{\text{pompki}} = \frac{V_{1\text{zb}}}{T} = \frac{1,65}{12} = 0,137\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}} = 137\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{h}}$
Dobrano dozującą pompkę wyporową firmy TAPFLO.
Charakterystyka:
Typ: AP-AI 250
Seria: PDP
Max. wydajność: 164 l/h
Max. Ciśnienie: 250 bar
Ilość wody potrzebnej do rozrobienia reagentów
Objętość roztworu
$$V_{d.\text{roz}} = V_{1.\text{zb}} \bullet n_{\text{rozt}.} = 1,65 \bullet 2 = 3,3\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
Objętość koagulantu
Dane:
$$\rho_{\text{FeSo}4} = 1,9\frac{T}{m^{3}}$$
$$V_{d.\text{koag}.} = \frac{G_{d.\max}}{\rho} = \frac{Q_{5} \bullet D_{\max} \bullet f}{\rho} = \frac{33400,364 \bullet 8 \bullet 2,05 \bullet 10^{- 6}}{1,9} = 0,288\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
Woda do rozrobienia koagulantu
$$V_{d.H_{2}0} = V_{d.\text{roz}} - V_{d.\text{koag}.} = 3,3 - 0,288 = 3,012\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
Dobór średnic
Przyjęto:
Tnap = 20 min
$V_{1w} = \frac{V_{d.H_{2}O}}{n_{\text{roz}}} = \frac{3,012}{2} = 1,506m^{3}$
$$Q_{W} = \frac{V_{1.w}}{T_{\text{nap}.}} = \frac{1,506}{20} = 0,0753\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{\min}} = 4,518\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}} \approx 1,3\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s}}$$
Przyjęto rurociąg:
Materiał: PE
Średnica: 40 mm
Prędkość: 0,8 m/s
Spadek: 22%
Wody do płukania
Dane:
F1 = 48, 16m2
$q_{\max} = 23,091\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s \bullet}\mathrm{m}^{\mathrm{2}}}$
$q_{\min} = 19,221\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s \bullet}\mathrm{m}^{\mathrm{2}}}$
tpl.min = 5min = 300s
tpl.max = 10min = 600s
$v_{f} = 7\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{h}}\ $
h = 1h
Przyjęto:
Vpoz. = 100m3
Obliczenia:
Vpl.1 = F1 • qmax • tpl.min • 10−3 = 48, 16 • 23, 091 • 300 • 10−3 = 333, 619m3
Vpl.2 = F1 • qmin • tpl.max • 10−3 = 48, 16 • 19, 221 • 600 • 10−3 = 555, 410m3
Vpl.2>Vpl.1→Vpl.2=Vpl
$$V_{\text{gosp}.}\mathrm{=}\frac{1\ }{2}\mathrm{\bullet \ }h\ \mathrm{\bullet}{\ F}_{1} \bullet v_{\text{filtr}.}\mathrm{=}\frac{1}{2}\mathrm{\bullet 1 \bullet 48,16 \bullet 7 = 168,56}\mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$
Vzb.pl=2•Vpl+V gosp.+Vpoz.=2•555,410+168,56+100=1379,38m3
Zaprojektowano zbiornik prostokątny dwukomorowy. Wymiary jednej komory:
a x b = 13, 5 x 12 m
Powierzchnia dna zbiornika jest równa:
Fzb.pl = 2 • a • b = 2 • 13, 5 • 12 = 324m2
Napełnienie każdej z komór wynosi zatem:
$$h_{\text{zb}.pl} = \frac{V_{\text{zb}.p\ l}}{F_{\text{zb}.pl}} = \frac{1379,38}{324} = 4,257\mathrm{m}$$
Woda czysta
Dane:
$Q_{1} = 32661,68\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}} = 1360,903\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{h}}$
Taw = 1h
Tdez = 0, 5h
Tuz = 1, 5h
Obliczenia:
Vaw = Q1 • Taw = 1360, 903 • 1, 0 = 1360, 903m3
Vdez = Q1 • Tudezz = 1360, 903 • 0, 5 = 680, 452m3
Vuz = Q1 • Tuz = 1360, 903 • 1, 5 = 2041, 355m3
Vcz=Vuz+Vaw•Vdez=2041,355+1360,903+680,452=4082,710m3
Zaprojektowano zbiornik terenowy dwukomorowy prostokątny o wymiarach komory:
a x b = 15 x 20m
Założono wysokość równą 8m. Po skorygowaniu wysokość wynosi:
$$h_{\text{rz}.} = \frac{V_{\text{cz}}}{2 \bullet F_{\text{komory}}} = \frac{4082,710}{2 \bullet 15 \bullet 20} = 6,8\ \mathrm{m}$$
Lokalizacja odstojników
Odstojniki osadów filtracyjnych
Powierzchnia rzutu jednego odstojnika
Założenia:
Woda z płukania 1 filtra zrzucana jest do 1 odstojnika.
Wysokość odstojnika: hodst. = 4m
V1 = F1 • qmax • tpl.min • 10−3 = 48, 16 • 23, 091 • 300 • 10−3 = 333, 619m3
V2 = F1 • qmin • tpl.max • 10−3 = 48, 16 • 19, 221 • 600 • 10−3 = 555, 410m3
V2>V1
$$F_{1.\text{odst}.} = \frac{V_{2}}{h_{\text{odst}.}} = \frac{555,410}{4} = 138,853\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$$
Założono:
Wymiary odstojnika:
B = 5, 5 m
L = 5 • B = 5 • 5, 5 = 27, 7m
Rzeczywiste wymiary:
Frz.odst. = B • L = 5, 5 • 27, 7 = 152, 35 m2
$h_{\text{rz}.\text{odst}.} = \frac{V_{2}}{F_{\text{rz}.\text{odst}.}} = \frac{555,410}{152,35} = 3,65\mathrm{m}$
Dobowy harmonogram pracy odstojników
Przyjęto:
Zrzut popłuczyn z filtru t = 0, 5 h
Odstawanie osadu – czas zatrzymania: tz=9, 5h
Czyszczenie odstojnika: tcz= 2h
Dane:
Ilość filtrów pracujących: 4
Ilość płukań na dobę: 2
Dla powyższych danych sporządzono dobowy harmonogram pracy odstojników:
(rysunek)
Odstojniki osadów z osadników
Powierzchnia rzutu jednego odstojnika
Dane:
$Q_{\text{os}}\mathrm{=}494,045\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$
Przyjęto:
Wysokość odstojnika: hodst. = 4m
$$F_{1.\text{odst}.} = \frac{Q_{\text{os}}}{h_{\text{odst}.}} = \frac{494,045}{4} = 123,512\mathrm{m}^{\mathrm{2}}$$
Założono:
Wymiary odstojnika:
B = 5 m
L = 5 • B = 5 • 5 = 25m
Rzeczywiste wymiary:
Frz.odst. = B • L = 5 • 25 = 125 m2
$$h_{\text{rz}.\text{odst}.} = \frac{Q_{\text{os}.}}{F_{\text{rz}.\text{odst}.}} = \frac{494,045}{125} = 3,95\mathrm{m}$$
Założono dwa odstojniki osadów – pracujący oraz rezerwowy.
Magazynowanie chloru
Dobowe zapotrzebowanie chloru
Dane:
$$Q_{2} = 32623,280\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
$$D_{\text{przec}} = 1,1\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$$
$$G_{d} = Q_{2} \bullet D_{\text{przec}} \bullet 10^{- 3} = 32623,280 \bullet 1,1 \bullet 10^{- 3} = 35,886\frac{\mathrm{\text{kg}}_{\mathrm{Cl2}}}{\mathrm{d}}$$
Magazyn podręczny
Przyjęto:
T = 4 dni
Masa chloru gromadzona w jednej butli: GB=50 kg
G5d = Gd • T = 35, 886 • 4 = 143, 544 kgCl2
$$n_{B}\mathrm{=}\frac{G_{5d}}{G_{B}}\mathrm{=}\frac{143,544}{50}\mathrm{=}2,8 \approx \mathrm{3\ butle}$$
Magazyn główny
Przyjęto:
T = 25 dni
Masa chloru gromadzona w jednej beczce: GBecz.=500 kg
G5d = Gd • T = 35, 886 • 25 = 897, 150 kgCl2
$$n_{\text{Becz}.}\mathrm{=}\frac{G_{5d}}{G_{\text{Becz}}}\mathrm{=}\frac{897,150}{500}\mathrm{=}1,8 \approx \mathrm{2\ beczki}$$
Dobór chloratora
Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na chlor
Dane:
$$D_{\text{Cl}.\max} = 1,2\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}$$
$$G_{\text{Cl}\text{.\ }h.\max} = \frac{Q_{2} \bullet D_{\text{Cl}.\max}}{24} = \frac{32623,280 \bullet 1,2}{24} = 1631,164\ \frac{\mathrm{g}_{\mathrm{Cl2}}}{\mathrm{h}}$$
Dobrano chlorator POWOGAZ o wydajności 100-3000 $\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{h}}$. Przewiduje się również drugi chlorator rezerwowy o takich samych parametrach.
Wydajność wody zasilającej chlorator
$$V_{W.\text{Cl}}\mathrm{= 1600}\frac{\mathrm{l}}{\mathrm{s}}\mathrm{= 38,4\ }\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{d}}$$
Wymagane ciśnienie wody zasilającej chlorator
pwym.=0, 2 ÷ 0, 6 MPa
Zbiornik wody czystej – Filtr
Przyjęto:
Straty na filtrze: Hf=3m
Straty miejscowe: hm1 = 0, 35 m
Dane:
Spadek: i = 3, 2%0
Długość przewodu: L1 = 56 m
h1 = Hf + L • i + hm1 = 3 + 0, 003 • 56 + 0, 35 = 3, 518m
Filtr – Osadnik
Przyjęto:
Straty miejscowe: hm2 = 0, 35 m
Straty na osadniku: hos = 0, 2 m
Dane:
Spadek przewodu dla Q3/2: i1/2 = 0, 33%0
Długość przewodu dla Q3/2: L2.1/2 = 31, 27 m
Spadek przewodu dla Q3/6: i2.1/6 = 1, 5%0
Długość przewodu dla Q3/6: L2.1/6 = 12, 14 m
Średnica przewodu dla Q3/6: DN2.1/6 = 350 mm
Prędkość przewodu dla Q3/6: $v_{2.1/6} = 0,58\frac{m}{s}$
$$h_{2} = L_{\frac{1}{2}} \bullet i_{\frac{1}{2}} + {L_{\frac{1}{6}} \bullet i}_{\frac{1}{6}} + h_{\text{os}} + h_{m2} =$$
=31, 27 • 0, 00033 + 0, 0015 • 12, 14 + 0, 2 + 0, 35 = 0, 58m
Osadnik – Komora flokulacji
Przyjęto:
Straty miejscowe: hm3 = 0 m
Straty na komorze flokulacji: hflok = 0, 5 m
Dane:
Spadek przewodu dla Q4/2: i3.1/2 = 0, 33%0
Długość przewodu dla Q4/2: L3.1/2 = 3 m
Spadek przewodu dla Q4/6: i3.1/6 = 0, 48%0
Długość przewodu dla Q4/6: L3.1/6 = 9, 12 m
Średnica przewodu dla Q4/6: DN3.1/6 = 450 mm
Prędkość przewodu dla Q4/6: $v_{3.1/6} = 0,4\frac{m}{s}$
$$h_{3} = L_{\frac{1}{2}} \bullet i_{\frac{1}{2}} + {L_{\frac{1}{6}} \bullet i}_{\frac{1}{6}} + h_{\text{flok}.} + h_{m3} =$$
=3 • 0, 00033 + 0, 0048 • 9, 12 + 0, 5 + 0 = 0, 51m
Komora flokulacji – Komora szybkiego mieszania
Ze względu na małe odległości pominięto straty liniowe.
Straty na komorze szybkiego mieszania obliczono wcześniej:
h4 = Δhk.szm = 2, 434m
Komora szybkiego mieszania – Pompownia Io
Dane:
Spadek: i5 = 0, 35%0
Długość przewodu: L5 = 46, 06 m
h5 = L5 • i5 = 0, 3 + 0, 0035 • 46, 06 = 0, 02 m
Pompownia Io
Założona pompa musi pokonać straty:
Hgeom. = 7, 89m
h4 = Δhk.szm = 2, 434m
h5 = 0, 02m
huj.=0, 3m
hpom.. = 3m
$$\sum_{}^{}H = 13,64\mathrm{m}$$
Dobrano pompę Powen – Wafapomp S.A. OZ o paramterach:
Q = 167 ÷ 1560 m /h
H = 15 ÷ 116 m
n = 1500 min-1
D = 150 ÷ 400 mm n
t = 35°C
Pompownia IIo
Pompy dobrano na przepływ QT=1166,667m3/h:
Typ B
Q = 250 ÷ 5800 m /h
H = 6 ÷ 150 m
-1 n = 750 ÷ 1500 min
D = 250 ÷ 600 mm n
t = 150°C
lp. | Strumień | ozn. | Przepływ | Mat. | DN | v | i |
---|---|---|---|---|---|---|---|
m3/d | l/s | Qobl | mm | ||||
1 | po dezynfekcji | Q1 | 32661,680 | 378,03 | 189,01 | stal | 450 |
2 | po filtrach | Q2 | 32623,280 | 377,58 | 188,79 | stal | 450 |
3 | po osadniku; do filtra | Q3 | 32936,319 | 381,21 | 190,60 | stal | 700 |
4 | po KWM, do osadnika | Q4 | 33430,364 | 386,93 | 193,46 | stal | 700 |
5 | do KSM | Q4 | 33430,364 | 386,93 | 193,46 | stal | 450 |
6 | po KSM; do KWM | Q4 | 33400,364 | 386,58 | 193,29 | stal | 500 |
7 | surowa | Q5 | 33400,364 | 386,58 | 193,29 | stal | 700 |
8 | koagulant | Qkoag | 30,000 | 0,35 | 0,35 | PE | 80 |
9 | zawracane na SUW | suma Q | 4661,680 | 53,95 | 53,95 | PE | |
10 | dezynfekcja | Qdez | 38,400 | 0,44 | 0,44 | PE | |
11 | do płukania | Qd.pł | 4443,280 | 51,43 | 51,43 | stal | 175 |
12 | popłuczna | Qd.pł | 4444,280 | 51,44 | 51,44 | stal | 250 |
13 | spust filtratu | Qsp.I.f. | 213,039 | 2,47 | 2,47 | stal | |
14 | czysta | Qt | 28000 | 324,07 | 162,04 | stal | 350 |