Zielona Góra 2003-12-27

Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Instytut Inżynierii Środowiska

Zakład Sieci i Instalacji Sanitarnych

PROJEKT KONCEPCYJNY

ZAKŁADU OCZYSZCZANIA WODY

PRZEZNACZONEJ DO SPOŻYCIA PRZEZ LUDZI

Marek Goraj

Grupa 35A

OPIS TECHNICZNY

Zaprojektowano Zakład Uzdatniania Wody powierzchniowej o wydajności 20000m³. Woda ujmowana będzie z rzeki za pomocą ujęcia brzegowego i przepompowywana do Zakładu Uzdatniania Wody za pomocą pomp wirowych dobranych dla danej wydajności zakładu. Warunki, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 19 listopada 2002 r.

Warunki określone w rozporządzeniu dotyczą wody do picia pobieranej z wodociągów sieciowych, lokalnych i studni publicznych oraz studni prywatnych, jeżeli:

1) urządzenie wodne zaopatruje ponad 50 osób lub dostarcza przeciętnie na dobę ponad 10 m³ wody,

2) woda jest wykorzystywana do celów komercyjnych, w tym również do obsługi turystów.

Woda do picia powinna odpowiadać pod względem bakteriologicznym, fizykochemicznym i organoleptycznym warunkom określonym w załącznikach do danej ustawy.

Skład fizyczno - chemiczny ujmowanej wody.

Wykonane analizy wykazały, że surowa woda posiada następujące wartości wybranych wskaźników jakości wody:

Wskaźnik	Wartość wskaźnika
Temperatura [°C]	do 20 °C
Barwa [gPt/m^3]	10 - 60
Mętność [NTU]	7 - 25
pH	7 - 7,2
Twardość ogólna [gCaCO3/m^3]	250
Zasadowość ogólna [gCaCO3/m^3]	150 = 3val/m^3
Utlenialność [gO2/m^3]	5,6 - 12,0
Azot amonowy [gN/m^3]	0,15
Azot azotanowy [gNO3/m^3]	10,0
Żelazo ogólne [gFe/m^3]	0,05
Mangan [ gMn/m^3]	Śladowe ilości
Zawiesiny [ g/m^3]	3 - 15
Bakterie grupy coli w 100cm^3	12

Proponowany proces uzdatniania wody ma na celu dostosowanie wody surowej do wymagań wynikających z jej przeznaczenia, czyli do spożycia przez ludzi. Dlatego wybór schematu układu technologicznego uzdatniania wody powierzchniowej projektowanego ZUW jest dokonany na podstawie analizy fizyczno - chemicznej i bakteriologicznej ujmowanej wody. Schemat technologiczny gwarantuje odpowiednie uzdatnienie wody powierzchniowej, charakteryzującej się zmiennymi właściwościami zależnymi od wielu czynników takich jak: pora roku, stan zlewni, warunki atmosferyczne na terenie zlewni.

Zaprojektowano następujący układ technologiczny uzdatniania wody:

• ujęcie wody powierzchniowej z rzeki,

• koagulacja przy użyciu siarczanu glinu, Al₂(SO₄)₃ 18H₂O,

• sedymentacja,

• filtracja na filtrach grawitacyjnych pospiesznych wypełnionych złożem piaskowo - węglowym,

• dezynfekcja wody za pomocą chloru

• gromadzenie wody czystej w zbiornikach

• Koagulacja objętościowa:

Proces ten ma na celu zmniejszenie barwy oraz mętności oczyszczanej wody. Dlatego dawkę stosowanego koagulantu siarczanu glinu, Al₂(SO₄)₃ 18H₂O, obliczono dla skrajnych wartości barwy i mętności ujmowanej wody. Podczas projektowania zwrócono uwagę na wymaganą zasadowość wody po procesie koagulacji oraz zawartość dwutlenku węgla w wodzie. Koagulant przygotowywany będzie w zbiorniku zarobowo - roztworowym (roztwór 5%) i dawkowany za pomocą pompki dawkującej. Koagulacja będzie się odbywać w dwóch fazach. Pierwsza faza destabilizacji odbywa się w komorze szybkiego mieszania z mieszadłami łopatkowymi o osi pionowej. Druga faza (flokulacja) odbywa się mieszaczach wolnych mechanicznych. Komory szybkiego i wolnego mieszania znajdują się w budynku chemicznym.

• Korekta zasadowości i zawartości dwutlenku węgla agresywnego.

Po koagulacji następuje zmniejszenie zasadowości i wzrost zawartości dwutlenku węgla agresywnego. W celu zmniejszenia zawartości CO_2a do uzdatnianej wody dawkowane będzie mleko wapienne. Mleko wapienne będzie dawkowane za pomocą pompek dawkujących. Przygotowanie mleka wapiennego odbywać się będzie w zbiornikach roztworowych. Zbiorniki usytuowane będą w budynku chemicznym.

• Sedymentacja.

Proces sedymentacji zachodzi w sześciu osadnikach pionowych znajdujących się w hali osadników. Proces ten ma celu usunięcie wytrąconych zawiesin pokoagulacyjnych. W osadniku cząstki charakteryzujące się gęstością większą od gęstości wody opadają na dno do leja. Przewiduje się mechaniczne zgarnianie osadu.

• Filtracja.

Proces filtracji zapewnia usunięcie cząstek, których gęstość jest nieznacznie większa od gęstości wody. Filtracja odbywa się na filtrach grawitacyjnych piaskowo - węglowych, sześć filtrów. Wysokość warstwy piasku 0,7m, wysokość warstwy węgla aktywnego 0,5m. Filtry znajdują się w haki filtrów.

• Płukanie filtrów.

Filtry płukane będą wodą. Woda do płukania dostarczana będzie ze zbiorników wody czystej. Założono jednodobowy cykl filtracji. Płukanie filtra będzie się odbywać raz na dobę. Założony czas płukania t = 15min.

• Dezynfekcja.

Proces dezynfekcji odbywa się przy zastosowaniu chloru jako materiału dezynfekcyjnego. W celu zabezpieczenia sieci wodociągowej, zbiorników wody oraz w celu uzyskania wody pewnej bakteriologicznie po filtracji dawkowany będzie za pomocą chloratorów znajdujących się w chlorowni.

• Zbiorniki wody czystej.

Woda czysta do celów bytowo - gospodarczych będzie dostarczana ze zbiorników wody czystej. Zaprojektowano dwa zbiorniki wody czystej. Są to zbiorniki terenowe o objętości 6000m³.

• Ścieki technologiczne.

Osady powstałe w wyniku sedymentacji w osadnikach pionowych oraz popłuczyny z filtrów odprowadzane będą do odstojników. Następnie po zagęszczeniu trafia na laguny. Na lagunach osady będą osuszane. Woda nadosadowa z lagun będzie odprowadzana okresowo do kanalizacji. Przewiduje się wywóz osuszonych osadów na składowisko odpadów.

• Ścieki bytowo - gospodarcze.

Ścieki pochodzące z węzłów sanitarnych, czyszczenia urządzeń ZUW oraz mycia posadzek w różnych pomieszczeniach będą odprowadzane do sieci kanalizacyjnej miejskiej.

Projekt zawiera:

• opis techniczny

• część obliczeniową

• rysunki:

rys. 1 - Plan sytuacyjny w skali 1:500

rys. 2 - Schemat wysokościowy w skali 1:

1. Wybór reagentów i wykonanie obliczeń technologicznych.

1. Wyznaczenie wielkości dawek koagulantów.

Jako koagulant przyjęto uwodniony siarczan glinu Al₂(SO₄)₃ 18H₂O

Dawka koagulantu niezbędna do usuwania:

1. Mętności:

D_kM = 7

2. Barwy:

D_kB = 7

gdzie:

D_k - dawka koagulantu

M - mętność [NTU]

B - barwa

• Badanie zdolności wody surowej do całkowitej hydrolizy koagulantu.

zas. M < W * D + 0,7

gdzie:

zas. M - naturalna zasadowość wody

W - współczynnik określający jednostkowe zużycie zasadowości naturalnej wody w procesie hydrolizy koagulantu (dla siarczanu glinu W = 0,009)

D - dawka koagulantu

0,7 - zapas zasadowości naturalnej wody, warunkujący właściwy przebieg hydrolizy koagulantu

zas. M < 0,009 * 54,2 + 0,7

3
< 1,2

Ponieważ powyższa nierówność nie jest spełniona, do wody przed koagulacją nie należy dodawać wapna. Oznacza to również to, że naturalna zasadowość wody umożliwia całkowitą hydrolizę dawkowanego koagulantu.

2. Wyznaczenie niezbędnej ilości wapna do związania dwutlenku węgla agresywnego obecnego w wodzie po koagulacji.

Parametry wody surowej: pH = 7, zas.M = 3 val/m³ = 150g CaCO₃/m³.

Z nomogramu równowagi węglano - wapniowej dla tej wody wyznaczono zawartość dwutlenku węgla;

• wolnego - 32 gCO₂/m³

• przynależnego - 7,5 gCO₂/m³

• zawartość agresywnego CO₂ w wodzie surowej wynosi - 24,5 gCO₂/m³

Koagulacja 54,2
siarczanu glinu spowodowała obniżenie zasadowości M oraz zwiększenie zawartości dwutlenku węgla w wodzie.

Ponieważ dodanie 1g siarczanu glinu do 1 [m³] wody powoduje spadek zasadowości równy 0,45
i wzrost zawartości dwutlenku węgla o 0,4
, więc;

• obniżenie zasadowości wody, które wynosi:

Δ zas. M = 0,45 * 54,2 = 24,4

• zwiększenie zawartości CO_2w:

Δ CO₂ = 0,4 * 54,2 = 21,7

Parametry wody po koagulacji:

• obniżenie zasadowości:

zas. M' = 150 - 24,4 = 125,6

• zwiększenie zawartości wolnego CO₂

CO_2w = 32 + 21,7 = 53,7

Dla nowej zasadowości M' = 125,6
z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej wyznaczono zawartość dwutlenku węgla przynależnego, która wynosi 4,8
, stąd ilość dwutlenku węgla agresywnego obecnego w wodzie po koagulacji wynosi:

CO_2a = 53,7 - 4,8 = 48,9

Dopuszczalna zawartość agresywnego dwutlenku węgla w wodzie po koagulacji nie może wynosić więcej niż 2
, dlatego obecny w wodzie CO_2a należy usunąć dodając do wody wapna. Wapno zwiąże agresywny dwutlenek węgla zgodnie z równaniem:

2CO_2a + CaO + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Obliczenie dawki wapna potrzebnej do związania CO_2a

Przybliżenie 1.

Zakładam, iż związane zostanie 45
, ilość wapna wyznaczymy z reakcji:

56g CaO	przypada	88gCO2a
x	-	45gCO2a

Dawka wiążąca wapna wynosi:

x =

Zmiana zasadowości spowodowana dodaniem 28,6
wynosi:

Δ zas. M =

Nowa zasadowość po dodaniu 51,1
wynosi:

Zas. M'' = zas. M' + Δ zas. M = 125,6 + 51,1= 176,7

Dla nowej zasadowości wyznaczono z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej zawartość CO'_2p - 11g

Sprawdzenie zawartości agresywnego dwutlenku węgla po dodaniu wapna:

CO'_2a = CO_2w - CO_2z - CO'_2p

CO'_2a = 53,7 - 40 - 11 = 2,7 g CO_2a / m³.

Pozostała ilość agresywnego dwutlenku węgla = 2,7 > 2 widać więc, że związano za dużo CO_2a.

Przybliżenie 2.

Zakładam iż związane zostanie 41
, ilość wapna wyznaczymy z reakcji:

56g CaO	przypada	88gCO2a
x	-	41gCO2a

Dawka wiążąca wapna wynosi:

x =

Zmiana zasadowości spowodowana dodaniem 26,1
wynosi:

Δ zas. M =

Nowa zasadowość po dodaniu 46,6
wynosi:

Zas. M'' = zas. M' + Δ zas. M = 125,6 + 46,6= 172,2

Dla nowej zasadowości wyznaczono z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej zawartość CO'_2p - 11g

Sprawdzenie zawartości agresywnego dwutlenku węgla po dodaniu wapna:

CO'_2a = CO_2w - CO_2z - CO'_2p

CO'_2a = 53,7 - 41 - 11 = 1,7 g CO_2a / m³.

Pozostała ilość agresywnego dwutlenku węgla = 1,7 g CO_2a / m³ jest < 2,0 g / m³, dlatego związanie 41 g CO_2a / m³ usunie korozyjny charakter wody.

Maksymalne dobowe zużycie reagenta w postaci produktu technicznego:

M_dmax = Q_dmax ⋅ D_max ⋅f kg CaO/d

gdzie:

• Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [20000m³/d],

• D_CaO - maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na podstawie badań technologicznych [ 26,1 g CaO/m³],

• f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego, f = 1,15,

M_dmax = 20000 ⋅ 0,0261 ⋅ 1,15 = 600,3 kg CaO/d

Zapotrzebowanie dobowe na wapno jest > 250 kg CaO/d - stosuje się mleko wapienne.

3. Wyznaczenie dawek substancji stosowanych do chlorowania.

Ponieważ woda zawiera bakterie z grupy coli w ilości 12 / 100 cm³, a ilość azotu amonowego 0,15
oraz związki organiczne należy zastosować chlorowanie do punktu przełamania. Wymagana dawka chloru wynosi wg wzoru:

D_Cl2 = (8 - 9) C_N

gdzie:

D_Cl2 - dawka chloru,

C_N - stężenie azotu amonowego w wodzie

D_Cl2 = 8,5 * 0,15 = 1,3

Zapotrzebowanie na chlor: M_dmax = 1,3 * 20000 = 26000

2. Wymiarowanie magazynów dla koagulantu, wapna, chloru.

1. Magazyn koagulantu:

• Zapotrzebowanie koagulantu: Z_k = Q_dmax ⋅ D_max ⋅f

Z_K = 54,2 * 20000 * 1,15 = 1246600g/d ≈ 1247 kg/d

• Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody [20000m³/d],

• D_CaO - maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na podstawie badań technologicznych

• f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego, f = 1,15,

Wielkość zapasu - zapotrzebowanie miesięczne:

Z_M = 1247 * 30 = 37410

Przyjęto składowanie koagulantu w workach o masie 50kg każdy,

Ilość worków:

w stosach o wysokości 1,75m, zakładając wysokość worka h = 0,2m, ilość warstw 9, po 84 worki w każdej.

Ilość worków w jednej warstwie

Powierzchnia stosu F_st = I_w * F_w = 84 * 0,5 = 42m²

Zapewniając odpowiednią ilość miejsca w magazynie przeznaczoną na komunikację rzeczywista powierzchnia magazynu powinna wynosić:

F_mag = 82m².

2. Magazyn wapna.

D_CaO = 26,1

M_dmax = Q_dmax ⋅ D_max ⋅f kg CaO/d

M_dmax = 20000 * 26,1 * 1,15 = 600300g/d = 600,3 kg CaO/d

Zapotrzebowanie miesięczne Z.U.W

Z_M = 600,3 * 30 = 18010

Wapno będzie magazynowane w workach o masie 50kg, czyli w magazynie będzie 361 worków.

18010/50 = 361 worków

Składowane będą w stosie o wysokości H = 1,2m. Zakładając wysokość worka

h = 0,2m, ilość warstw 6, po 61 worków w każdej.

Powierzchnia stosu F_st = I_w * F_w = 61 * 0,5 = 30,5m²

• powierzchnia worka = 0,5 m²,

Zapewniając odpowiednią ilość miejsca w magazynie przeznaczoną na komunikację rzeczywista powierzchnia magazynu powinna wynosić:

F_mag = 64m².

3. Magazyn chloru.

D_Cl2 = 1,3

M_dmax = Q_dmax ⋅ D_max kg/d

M_dmax = 1,3 * 20000 * = 26000
≈ 26

Zapas chloru na 30 dni: Z_M = 30 * 26 = 780

zużycie butli w ciągu miesiąca

Chlor składuje się w butlach stalowych o masie 45kg, każda o wysokości h = 1,6m i średnicy d = 0,25m. W magazynie będzie 18butli. Butle będą magazynowane w pozycji pionowej w 2 stojakach po 9 butli na stojak. Długość stojaka L =2,5m, szerokość B = 0,30m. Zapewniając odpowiednią komunikację między stojakami A = 2m, to powierzchnia zajmowana przez stojaki w magazynie będzie wynosiła:

F_st = [(2*B) + (1*A)]*L

F_st = [(2*0,30) + (1*2)]*2,5 = 6,5m²

Butle opróżnione będą składowane w pozycji poziomej w jednym stojaku o wysokości

H =1,5m. Długość stojaka L =3,5m, szerokość B = 1,5m. Powierzchnia zajmowana przez stojak wyniesie

F_st = (B*L) = 5,25m²

3. Urządzenia do przygotowywania reagentów oraz do ich dawkowania.

1. Zbiornik zarobowo - roztworowy dla koagulantu.

• Zbiornik zarobowy zaprojektowany na 20% stężenia koagulantu.

Przyjmuje 3 zaroby na dobę, tzn., że w ciągu zmiany muszę produkować 1,8m³.

Przyjmuje liczbę zbiorników 2+1. Objętość jednego zbiornika wynosi 0,95m³.

Wymiary części zarobowej:

- h₁ = 0,5m

- b₁ = 0,95m

- l = 2m

• Zbiornik roztworowy zaprojektowany na 5% stężenia roztworu:

Przyjmuje 3 zaroby na dobę, tzn., że w ciągu zmiany muszę produkować 7,5m³.

Przyjmuje liczbę zbiorników 2+1.Objętość jednego zbiornika wynosi 4,0 m³.

Wymiary części roztworowej:

- h₂ = 1,2m

- b₂ = 1,7m

- l = 2m

Objętość całkowita jednego zbiornika zarobowo - roztworowego:

V_C = 0,95 + 4,0 = 4,95 m³

gdzie:

V₁ - objętość zbiornika zarobowego m³,

V₂ - objętość zbiornika roztworowego, m³,

Q_g - wydajność, m³/h,

b - stężenie roztworu, %,

a - dawka chemikaliów, chemikaliów g/m³,

n - liczba zarobów w ciągu doby.

Schemat urządzenia:

2. Zbiornik zarobowy dla wapna.

Do wody będzie dawkowane wapno w postaci mleka wapiennego, czyli zawiesiny wapna w wodzie o 5% stężeniu wagowym.

Stężenie roztworu: C_r-ru = 5% = 50

Zapotrzebowanie wapna: Z_CaO = 600,3 kg CaO/d

• Objętość zbiornika:

Przyjąłem trzy zaroby na dobę, dlatego w ciągu zmiany trzeba przygotować 4m³ mleka wapiennego.

Przyjmuje trzy zbiorniki:

• Objętość jednego zbiornika: V_z = 1,3 + 0,2 = 1,5m³.

Wysokość zbiornika 1,3m, stąd powierzchnia:

Średnica zbiornika:

3. Pompka dawkująca dla koagulatu.

Q = 20000m³/d = 13,8m³/min

D_K = 54,2 g/m³

Dawkowanie 5% - go roztworu koagulantu:

Miano roztworu: 1l = 50g

Q_pd = 13,8 * 54,2 = 748g/min

Dobrano pompkę dawkującą o wydajności Q_pd = 15 l/min.

4. Pompka dawkująca mleko wapienne.

Q = 20000m³/d = 13,8m³/min

D_CaO = 26,1

5% procentowy roztwór wapna

Miano roztworu: 1 = 50 g

Zapotrzebowanie: Q_pd = 13,8 * 26,1 = 361g/min

Ilość ml roztworu:

Wydajność pompki dawkującej, Q_pd = 7,22l/min

5. Chloratory.

Dawka chloru D_Cl2 = 1,3

Q_D = 833m³/h

Z_D = Q_D * D_Cl2

Z_D = 833,3 * 1,3 = 1084g/h = 1,084 kg/h

Dobrano dwa chloratory (jeden rezerwowy) ciśnieniowe.

Typ C - 3 ciśnieniowy o wydajności 100 - 3000gCl₂/h.

4. Urządzenia do uzdatniania wody

• Mieszacz szybki mechaniczny.

Czas szybkiego mieszania powinien wynosić od 120 do 180s, gdy są dawkowane substancje stałe.

Objętość mieszacza, przy założonym czasie przetrzymania wody w mieszaczu

t = 120s, wynosi:

V = Q * t

V = 833,3 * 0,03 = 25m³

Przyjęto jeden mieszacz mechaniczny cylindryczny z mieszadłami łopatkowymi o osi pionowej, o objętości 25m³.

Przyjęto wysokość mieszacza H = 3,5m, stąd jego powierzchnia wynosi

którego średnica:

Dla średnicy D = 3m przyjęto stosunek
,

stąd średnica mieszadła łopatkowego o osi pionowej, d = 1,95m.

Szerokość łopatek mieszadła obliczona dla przyjętego stosunku
, wynosi:

b = d * 0,15 = 1,95 * 0,15 = 0,30m

Przyjęto trzy łopatki każda o szerokości: b/3 = 10cm

sumaryczna powierzchnia łopatek wynosi:

f₀ = 3 * 0,10 * 1,95 = 0,6m²

co stanowi około 6% przekroju komory.

Przyjęto wysokość zawieszenia mieszadła od dna mieszacza
,

h = d * 0,20 = 1,95 * 0,20 = 0,40m

Schemat urządzenia:

• Mieszacz wolny mechaniczny.

Przyjęto czas flokulacji równy 1200s = 20min = 0,33h

Dla założonego czasu flokulacji objętość komory wynosi:

V = Q * t

V = 833,3 * 0,33 = 278m³

Dla głębokości komory H = 3,5m, powierzchnia F = 80m².

Przyjęto 3 komory o powierzchni 27m² i o wymiarach B = 4, L = 6,75

W każdej komorze flokulacji przyjęto mieszanie z poziomymi mieszadłami mechanicznymi. Przyjęto trzy mieszadła o osi poziomej. Średnica ramy mieszadła D przy założeniu odległości łopatek mieszadeł od ścian komory p = 0,30m, wynosi: D = 4,0 - (2 * 0,30) = 3,4m

Szerokość łopatki b określona na podstawie stosunku
,

b = D * 0,10 = 0,34m

Założono prędkość obwodową łopatek mieszadła ν_p = 0,6m/s.

Względna prędkość łopatek w wodzie ν można przyjmować (0,7 - 0,8) ν_p. Przyjęto ν = 0,75ν_p , stąd ν = 0,45m/s.

Dla wody o temperaturze 288,5K (η = 1,14 * 10^-3 kg/(m*s)) zapotrzebowanie mocy N = η * G² * V = 1,14 * 10^-3 * 50² * 278 = 792

Dla przyjętego gradientu prędkości G = 50s^-1

przyjęto ζ = 1,29

Stąd powierzchnia łopatek

Co stanowi około 10% powierzchni przekroju komór wolnego mieszania.

Schemat urządzenia:

• Osadnik o przepływie pionowym.

Wymiarowanie osadnika:

Powierzchnia osadników:

Q - natężenie przepływu wody

v_p - prędkość przepływu pionowego, przyjęto v_p = 0,6 mm/s.

n - liczba jednostek

Przyjęto liczbę osadników n = 6, stąd powierzchnia jednego osadnika:

Średnica wewnętrzna osadnika:

Przyjęto średnicy rury centralnej d = 1m.

Całkowita powierzchnia osadnika:

F = F_os + f_r

F_os = 64,5 + 0,79 = 65,3 m²

Przyjęto całkowitą średnicę wewnętrzną osadnika D_os = 9,2m

Objętość osadnika:

Przyjęto czas przepływu wody przez osadnik T = 2h.

Wysokość osadnika:

Wysokość rury centralnej: H_r = 0,8H = 0,8 * 4,26 = 3,41m

Długość krawędzi przelewowych:

przyjęto obciążenie hydrauliczne równe

Ilość zawiesin w wodzie po procesie koagulacji dopływającej do osadnika:

C_o = C_z + KD + 0,25B + N

Gdzie;

C_z - stężenie zawiesin w wodzie surowej, 15 g/m³

K - współczynnik dla siarczanu glinu oczyszczonego, K = 1,0

D - dawka koagulantu 54,2 g / m³

B - barwa wody 60g Pt / m³

N - ilość nierozpuszczalnych związków w reagencie dodawanym do wody,

przyjęto N = 2g

C_o = 15 + 1 * 54,2 + 0,25 * 60 + 2 = 86,2 [g / m³]

Objętość osadnika przeznaczona na magazynowanie osadu V_o:

gdzie:

V0	- objętość strefy osadów
Q	- objętość dopływającej wody w jednostce czasu, 833 m^3/h
Te	- czas między kolejnym usuwaniem osadu z osadnika, przyjęto Te = 12 [h]
C	- stężenie zawiesin w odpływie z osadnika, przyjęto C = 15 [g / m^3]
Co	- stężenie zawiesin w dopływie do osadnika, 86,2 [g / m^3]
n	- liczba osadników, n =6

Objętość leja osadowego:

Schemat urządzenia:

• Filtr pospieszny ze złożem piaskowo - węglowym.

Wydajność zakładu 833,3 m³/h.

Parametry złoża filtracyjnego:

- d₁₀ = 0,8mm dla piasku

- d₁₀ = 3mm dla węgla aktywnego

- H_p = 0,7m dla piasku

- H_w = 0,5m dla węgla

- WR = 1,5

gdzie:

H - wysokość złoża filtracyjnego

d₁₀ - średnica takiego ziarna, które wraz z ziarnami mniejszymi stanowi 10% badanej próbki

WR = d₆₀/d₁₀ - współczynnik równomierności

• Powierzchnia filtrów

Prędkość filtracji v_f = 6 m/h

• Liczba filtrów:

Przyjęto 6 filtrów o wymiarach L = 6m , B = 4m, czyli każdy o powierzchni 24m².

• Prędkość filtracji przy 1 filtrze wyłączonym z eksploatacji:

• Przyjęto wysokość złoża filtracyjnego 1,2m, wysokość warstwy podtrzymującej 0,4m.

• Wysokość złoża: H_zł = H_p + H_w = 0,7 + 0,5 = 1,2m

• Odległość koryt popłuczyn od warstwy podtrzymującej, przy założeniu 50% ekspansji złoża dla piasku oraz 100% ekspansji dla węgla.

h = H_zl ( 1 + eksp ) + 0,05

h = 1,2 ( 1 + 0,71 ) + 0,05 = 2,1

• Przyjęto płukanie filtru wodą

Dla złoża o parametrach d₁₀ = 0,8mm, WR = 1,5 oraz temperatury wody 283K, intensywność płukania wyznaczona z nomogramu wynosi:

q₁ = 15dm³/(m²s)

d_z = (1,8WR - 0,8)d₁₀

d_z = (1,8*1,5 - 0,8)* 0,08 = 0,152

Dla d_z = 0,152 z tablic odczytano współczynnik K = 1,0

I_p = K * q₁

I_p = 1,00 * 15 = 15dm³/(m² s), dla K =1,0

I_p - intensywność płukania wodą, dm³/(m²s),

• Stąd natężenie przepływu wody płuczącej

Q_x = 15 * 24 = 360dm³/s = 0,36m³/s

• Czas płukania przyjmujemy: t_pł = 15min = 900s

Ilość wody potrzebnej do płukania V = I_p * t_pł * F

V = 15 * 900 * 24 = 324000litrów = 324m³/złoże.

• Przyjęto koryto popłuczyn, którego szerokość wynosi

2x = 2 * 0,49 * q^0,4

q - natężenie przepływu popłuczyn, m³/s

2x - szerokość koryta

• Szerokość koryta wynosi 0,65m

• Dla przyjętej szerokości koryta popłuczyn 0,65 i dla prędkości przepływu popłuczyn v = 0,6m/s, głębokość koryta wynosi:

czyli

• Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości B = 0,6m, odległość dna kanału od dna koryta wynosi:

q - natężenie przepływu popłuczyn w kanale

B - szerokość kanału B = 0,6

g - przyśpieszenie ziemskie

przyjęto L = 0,55m

• W filtrze zastosowano drenaż grzybkowy niskooporowy. Przyjęto liczbę grzybków 70szt/1m² płyty drenażowej, każdy z nich ma na obwodzie 24 prostokątne szczeliny o wymiarach 10mm × 0,7mm. Powierzchnia szczelin w jednym grzybku

f₁ = 24 * 0,01 * 0,0007 = 1,68 * 10^-4 m²

Całkowita liczba grzybków w drenażu jednego filtru wynosi

N = 24 * 70 = 1680

Całkowita powierzchnia szczelin wynosi więc:

f₁ = 1680 * 1,68 * 10^-4 = 0,282m²

co stanowi około 1,2% powierzchni filtru.

• Obliczanie strat ciśnienia w drenażu niskooporowym.

Ilość wody płuczącej: Q_pł = 15 * 10^-3 * 24 = 0,36m³/s

Prędkość wypływu wody ze szczeliny:

Strata ciśnienia:

μ - współczynnik wydatku, dla szczelin wynosi 0,65

v₁ - prędkość wypływu wody ze szczeliny, m/s

Schemat urządzenia:

5. Zbiorniki wody czystej.

Zbiornik obliczono na 30% wydajności zakładu;

V_zb = 0,3 * 20000 = 6000m³

Przyjęto dwa zbiorniki o objętości 3000m³ każdy. Wymiary pojedynczego zbiornika. Wysokość zbiornika H = 7m, szerokość B = 20m,

długość L = 22m.

6. Gospodarka osadami.

1. Objętość osadnika przeznaczona na magazynowanie osadu V_o:

gdzie:

V0	- objętość strefy osadów
Q	- objętość dopływającej wody w jednostce czasu, 833 m^3/h
Te	- czas między kolejnym usuwaniem osadu z osadnika, przyjęto Te = 12 [h]
C	- stężenie zawiesin w odpływie z osadnika, przyjęto C = 15 [g / m^3]
Co	- stężenie zawiesin w dopływie do osadnika, 86,2 [g / m^3]
n	- liczba osadników, n =6
δ	- stężenie osadów w strefie osadowej, zależne od stężenie zawiesiny w dopływającej wodzie; przyjęto δ = 30 000 [g / m^3]

Objętość dobowa osadów ze wszystkich osadników

V_os.dob = 6 * 4 * 2 = 48m³/d

Przyjęto usuwanie osadu z osadników dwa razy w ciągu doby.

2. Ilość popłuczyn z płukania filtrów.

Ilość popłuczyn oblicza się na podstawie wzoru:

V_pł - objętość popłuczyn, 4m³,

I_p - intensywność płukania, 15dm³/(m²s) = 0,015m³/(m²s),

n_pł - liczba płukań w dobie, 1płukanie

ΣF - powierzchnia wszystkich filtrów, m²,

t_pł - czas płukania, 900s.

3. Obliczanie odstojników.

Objętość odstojnika: V_odst. = V_pł + V_os

V_odst = 1944 + 48 = 1992m³

Przyjęto objętość jednego odstojnika V = 996 m³, każdy o głębokości 2,5m, stąd powierzchnia jednego odstojnika F = 400m². Przyjęto wymiary odstojnika B = 20m, L = 20m. Przyjęto dwa odstojniki.

Osady po zagęszczeniu w odstojnikach suszy się na lagunach.

4. Obliczanie lagun.

Ilość osadów powstałych po zagęszczeniu popłuczyn:

Ilość osadów z osadników po zagęszczeniu w odstojniku do uwodnienia 96%.

gdzie:

u₀ - uwodnienie początkowe dla popłuczyn = 99,9%,

dla osadów z osadników = 99,6%

u - uwodnienie końcowe = 96%

Objętość laguny; V_l = ( V₁ + V₂ )t * a

V_l = ( 48,6 + 4,8 )* 365 * 0,3 = 5847m³

t - czas eksploatacji laguny 365dni

a - współczynnik zmniejszający objętość lagun ze względu na parowanie, przyjęto 0,3.

Przyjęto trzy laguny. Głębokość laguny H = 2m, stąd powierzchnia laguny

F = 975m², szerokość B = 30m, długość L = 32,5.

7. Pompownie.

Pompownia 1 - prowadzenie z rzeki

8. Dobór średnic przewodów.

Rodzaj rurociągu	Średnica [mm]	Prędkość [m/s]	Spadek [‰]
Dopływ wody do ZUW	600	0,82	1,5
Dopływ wody do mieszacza szybkiego	500	1,18	3,6
Dopływ wody do mieszacza wolnego	600	0,8	1,5
Dopływ wody do osadnika	800	0,46	0,3
Odpływ wody z osadników	800	0,43	0,3
Dopływ wody na filtry	600	0,8	1,5
Odprowadzenie filtratu	500	1,18	3,6
Dopływ wody płuczącej	400	1,83	10,1
Odpływ popłuczyn	500	1,18	3,6
Woda czysta w sieci wodociągowej	500	1,18	3,6
Przepływ osadu

20

---