UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD SIECI I INSTALACJI SANITARNYCH
PROJEKT NR 2
TEMAT:
ZAKŁAD UZDATNIANIA WODY PODZIEMNEJ.
JAKUB KOSTECKI
GRUPA 35 B
2003/2004
Opis Techniczny.
Woda podziemna ujmowana jest za pomocą studni wierconych, z czego jedna jest studnią zapasową. Pompa zapewnia przepływ wody przez aeratory i jej dopływ do filtru kontaktowego - grawitacyjnego.
Z powodu podwyższonej barwy i mętności stosuje się koagulację siarczanem glinu w złożu filtracyjnym. Dawkowanie koagulantu następuje przed filtrem kontaktowym; pełne wymieszanie koagulantu z wodą zapewnia wyprofilowana rura doprowadzająca wodę na filtry.
Napowietrzanie ciśnieniowe
Filtracja z koagulacją
Filtracja ciśnieniowa - pospieszna
Dezynfekcja
Ponieważ zamiast mleka wapiennego powinna być stosowana kłopotliwa woda wapienna, zastąpiono ją zasadą sodową dawkowaną przed filtrem ciśnieniowym.
Osady posedymentacyjne i popłuczyny odprowadzane są do odstojnika, skąd po zagęszczeniu trafiają na laguny; przewiduje się wywóz osadów z lagun na składowisko.
Czysta woda, po uprzedniej dezynfekcji za pomocą chloru jest kierowana bezpośrednio do odbiorców, zapas jest magazynowany w zbiorniku umiejscowionym poza obiektem ZUW
Kontrole jakości wody zapewnia znajduje się laboratorium położone przy budynku administracyjnym.
Stacje uzdatniania wody przewiduje się na wydajność ujęcia 16 000 [m3/d].
Tabelaryczne zestawienie parametrów początkowych.
Wskaźnik |
Wartość |
Jednostka |
Rodzaj ujmowanej wody
|
Podziemna |
- |
Wydajność ZOW |
16 000 |
|
Temperatura
|
10 |
[oC] |
Barwa |
25 |
|
Mętność |
10 |
[NTU] |
pH |
7,1 |
- |
Twardość ogólna |
410 |
|
Zasadowość ogólna |
260 |
|
Utlenialność |
8,2 |
|
Azot amonowy |
0,25 |
|
Azot azotanowy |
7,5 |
|
Żelazo ogólne |
3,7 |
|
Mangan |
0,4 |
|
Ustalenie składu technologicznego oczyszczania wody oraz odpowiadającego mu układu urządzeń i obiektów.
Skład technologiczny oczyszczania wody:
Napowietrzanie ciśnieniowe
Filtracja z koagulacją
Filtracja ciśnieniowa - pospieszna
Dezynfekcja
Układ urządzeń:
Ciśnieniowy mieszacz powietrza z wodą.
Filtr kontaktowy.
Filtr pospieszny ciśnieniowy ze złożem wpracowanym do usuwania manganu.
Urządzenia do dezynfekcji
Wybór reagentów i wykonanie obliczeń technologicznych.
2.1. Wyznaczenie dawki koagulantu.
Dk = 7
Dk = 6 - 8 (Przyjęto Dk = 7
)
Gdzie:
Dk - dawka koagulantu
M - mętność [NTU]
B - barwa
DkM = 7
= 22,1
DkB = 7
= 35,0
2.2. Wyznaczenie dawki wodorotlenku sodu.
Parametry wody po napowietrzaniu:
CO2 wolny - 40 [g / m3]
CO2 przynależny - 40 [g / m3]
CO2 agresywny - 0,0 [g / m3].
Zas M. - 260 [g CaCO3 / m3 ]
pH - 7,2
Koagulacja 35,0 siarczanu glinu spowodowała obniżenie zasadowości M oraz zwiększenie zawartości dwutlenku węgla w wodzie.
Ponieważ dodanie 1 [g] siarczanu glinu do 1 [m3] wody powoduje spadek zasadowości równy 0,45 i wzrost zawartości dwutlenku węgla, o 0,4, więc
Spadek zasadowości:
Δ zas. M = 0,45 * 35,0 = 15,75
Wzrost zawartości CO2:
Δ CO2 = 0,4 * 35,0 = 14,0
Po koagulacji:
Zasadowość:
zas. M' = 260 - 15,75 = 244,25
Zawartość dwutlenku węgla:
CO2 wol = 40 + 14 = 54,0
Zawartość CO2 w wodzie po koagulacji:
Wolny - 54,0 [g / m3]
Przynależny - 32,0 [g / m3]
Agresywny - 22,0 [g / m3].
Ponieważ dopuszczalna zawartość agresywnego dwutlenku węgla w wodzie po koagulacji nie może wynosić więcej niż 2, jego związanie zajdzie zgodnie z równaniem:
2 CO2 agr + CaO + H2O = Ca(HCO3)2
W ilości przybliżonej:
Przybliżenie: związane zostaną 14 [g / m3]
2CO2 agr - 1CaO
2 * 44 - 56
14 - x
Dawka wiążąca wapna wynosi:
x = 8,91
Zmiana zasadowości spowodowana dodaniem 8,91 wynosi:
Δ zas. M = 8,91 * 50 / 28 = 15,91
Zasadowość po dodaniu 15,91
wynosi:
Zas. M'' = zas. M' + Δ zas. M = 244,25 + 15,91 = 260,16
Zawartość CO2 w wodzie po dodaniu wapna wyznaczona z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej:
Przynależny - 39 [g / m3]
Zawartość pozostałego CO2 w wodzie wynosi: 56,0 - 14 - 39 = 1 [g CO2 / m3]
Zrezygnowano z wapna na rzecz zasady sodowej.
CO2 agr + NaOH = NaHCO3
Przybliżenie: związane zostaną 14 [g / m3]
CO2 agr - NaOH
44 - 40
14 - x
Dawka wiążąca wapna wynosi:
x = 12,73 [g NaOH / m3]
2.3. Wyznaczenie dawek substancji stosowanych do chlorowania.
Ponieważ woda zawiera ponad normatywną ilość azotu amonowego (0,25 [gN/m3]) wymagana dawka chloru wynosi wg wzoru:
DCl2 = (3 - 5) CN
Gdzie:
DCl2 - dawka chloru,
CN - stężenie azotu amonowego w wodzie
DCl2 = 4 * 0,25 = 1,0
Wykonanie obliczeń urządzeń i obiektów ZOW.
3.1. Urządzenia
Mieszacz ciśnieniowy wody z powietrzem.
Ze względu na zawartość żelaza ogólnego w ilości 3,7 [gFe/m3], niezbędna ilość powietrza w stosunku do uzdatnianej wody wynosi 2% wydajności zakładu.
Qpow = 0,02 * 16 000 = 320 [m3 / d]
Powierzchnia aeratora:
F =
Gdzie:
F - powierzchnia aeratora
Q - wydajność zakładu
V - prędkość przepływu wody; przyjęto V = 0,05 [m / s]
F =
[m2]
Przyjęto dwa aeratory o powierzchni jednostkowej 1,85 [m2]. Jednostkowa średnica D = 1,54 [m]. Wysokość aeratora przyjęto równą jego średnicy H = 1,54 [m].
3.1.2. Filtr kontaktowy - grawitacyjny.
Powierzchnia filtru
F =
Gdzie:
F - powierzchnia aeratora
Q - wydajność zakładu
Oh - obciążenie hydrauliczne; przyjęto Oh = 6,0 [m3 / (m2 * s)]
F =
= 111,11 [m2]
Przyjęto liczbę filtrów n = 6 o wymiarach 4 [m] x 6 [m].
Prędkość filtracji przy wyłączonym jednym filtrze:
Gdzie:
vf - prędkość filtracji
Q - wydajność zakładu
n - ilość filtrów
Fj - powierzchnia jednostkowa
[m / h]
Przyjęto złoże filtracyjne - piaskowe, o d10 = 0,6 [mm], WR = 2,0, wysokość złoża h = 2,0 [m]. Przyjęto drenaż wysokooporowy rurowy; filtr płukany wodą.
Drenaż wodny.
Przyjęto intensywność płukania wodą Ip = 15 [m3 / (m2 * h)], stąd natężenie przepływu wody:
Qp = Ip * Fj
Qp = 15 * 24 = 360 [m3 / h] = 100 [dm3 / s]
Z nomogramu Colebrooka - White'a przyjęto rurociąg główny o średnicy d = 300 [mm], v = 1,4 [m/s]. Ilość laterali n = 30.
Przyjęto laterale boczne o długości L = 1,7 [m] i rozstawie b = 0,2 [m].
Powierzchnia pasa laterali wynosi:
f = bL
f = 0,2 * 1,7 = 0,34 [m2]
Natężenie przepływu wody w laterali:
q =
q =
[dm3 / s]
Z nomogramu Colebrooka - White'a przyjęto laterale boczne o średnicy d = 50 [mm], v = 1,4 [m/s].
Przyjęto rozstaw otworów b' = 150 [mm]. Powierzchnia filtru przypadająca na 1 otwór:
bb' = 0,2 * 0,15 = 0,03 [m2]
Liczba otworów na całej powierzchni:
n =
n =
Powierzchnia jednego otworka o d0 = 0,007 wynosi fo = 6,36*10-5 [m];
Sumaryczna powierzchnia otworów wynosi
fo = 340 * 6,36*10-5 = 0,022
Co stanowi0,21 %
Straty ciśnienia:
h =
h =
= 2,87 [m H2O]
Dla 95% równomierności rozdziału wody przyjęto = 12.
3.1.3.Filtr ciśnieniowy pospieszny ze złożem wpracowanym do usuwania manganu.
Powierzchnia filtru przy założonym obciążeniu hydraulicznym Oh = 8 [m3 / (m2 * s)]:
F =
Σ F =
[m2]
Przyjęto średnice jednego filtru D = 3,0 [m].
Liczba filtrów:
n =
n =
Przyjęto 12 filtrów pionowych o wysokości złoża filtracyjnego Hz = 2,0 [m] oraz warstwie podtrzymującej 0,35 [m].
Powierzchnia jednostkowa
Prędkość filtracji przy jednym filtrze wyłączonym z eksploatacji;
v =
[m/h]
Przyjęto płukanie filtru wodą i powietrzem
Drenaż wodny.
Przyjęto intensywność płukania wodą Ip = 25 [m3 / (m2 * h)], stąd natężenie przepływu wody:
Qp = Ip * Fj
Qp = 25 * 6,95 = 173,75 [m3 / h] = 48,3 [dm3 / s]
Z nomogramu Colebrooka - White'a przyjęto rurociąg główny o średnicy d = 150 [mm], prędkość przepływu v = 1,5 [m/s], spadek hydrauliczny i = 20 ‰.
Przyjęto rozstaw lateral b = 0,2 [m]
Liczba lateral:
n =
n =
Długość laterali najdłuższej:
Lmax =
Odległość laterali od ściany filtru:
X = 0,04 [m]
Lmax =
= 1,38 [m]
Powierzchnia filtru przypadająca na najdłuższą lateralę:
f1 = bLmax = 0,2*1,38 = 0,276 [m2]
Natężenie przepływu w laterali najdłuższej:
q1 =
q1 =
= 1,92 [dm3 / s]
Jako boczne laterale przyjęto rurociągi o średnicy d' = 50 [mm], w których prędkość przepływu wynosi v ≈ 1,0 [dm / s], spadek hydrauliczny i = 55 ‰.
Dla przyjętej liczby lateral n = 15, oraz ich rozstawu co 0,2 [m], odległość pierwszej i ostatniej laterali od wewnętrznej ściany zbiornika filtracyjnego (wzdłuż średnicy) - h, wynosi 0,075 [m]
Długość laterali najkrótszej:
lmin =
Długość cięciwy:
c =
c =
= 0,937 [m]
lmin =
= 0,4 [m]
Powierzchnia filtru przypadająca na najkrótsza lateralę:
f2 =
f2 =
= 0,04 [m2]
Natężenie przepływu w najkrótszej laterali:
q2 =
q2 =
= 0,28
W rurociągu o średnicy d' = 32 [mm] prędkość przepływu v' = [m / s], spadek hydrauliczny i = ‰.
Przyjęto rozstaw otworów b' = 150 [mm].
Powierzchnia filtru przypadająca na 1 otwór:
bb' = 0,2 * 0,15 = 0,03 [m2]
Liczba otworów na całej powierzchni:
n =
n =
Powierzchnia jednego otworka o średnicy d0 = 0,007 wynosi fo = 6,36*10-5 [m];
Sumaryczna powierzchnia otworów wynosi
fo = 232 * 6,36*10-5 = 0,015 [m2]
co stanowi 0,22 % powierzchni filtru.
Straty ciśnienia:
h =
h =
= < 4 [m H2O]
Dla 95% równomierności rozdziału wody przyjęto = 12.
Drenaż powietrzny:
Przyjęto intensywność pukania powietrzem 72 [m3 / (m2 * h)], stąd natężenie przepływu powietrza:
Qp = Ip * Fj
Qp = 72 * 6,95 = 500,4 [m3 / h] = 139 [dm3 / s]
Z nomogramu Markela dla temperatury powietrza 288 K i nadciśnienia powietrza 5 [m H2O] przyjęto rurociąg główny o średnicy d = 150 [mm], w którym jednostkowe straty ciśnienia wynoszą [mm / m].
Przyjęto 15 sztuk lateral bocznych o rozstawie 0,2 [m]. Długość lateral najdłuższej i najkrótszej SA takie same, jak w drenażu wodnym.
Natężenie przepływu w laterali najdłuższej
q1pow =
= 0,788 [dm3 / s]
Jako boczne laterale przyjęto rurociągi o średnicy [mm]. których temperaturze powietrza 288 K i przy nadciśnieniu powietrza [m H2O], straty jednostkowe wynoszą [mm / m].
Natężenie przepływu w najkrótszej laterali:
q2pow =
Przyjęto lateralę najkrótszą o średnicy [mm]
Przyjęto sumaryczną powierzchnię otworków 0,02% powierzchni filtra.
Σfo= 0,0002*6,95 = 1,39 * 10-3
Przyjęto otworki o średnicy 2 [mm].
Liczba otworków
n =
n =
Powierzchnia jednego otworka
[m2]
Powierzchnia przypadająca na 1 otwór:
[m2]
Rozstaw otworów
[m] = 105 [mm]
3.1.5. Urządzenia do dezynfekcji.
Maksymalne dobowe zużycie chloru:
Mdmax = Qdmax DCl
Gdzie:
Qdmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody; Qdmax = 16 000
,
DCl - dawka chloru; DCl = 1,0
,
Mdmax = 16000 0,001 = 16,0
W budynku do dezynfekcji znajdują się: chlorownia, magazyn chloru, przedsionek, pomieszczenie do unieszkodliwiania chloru.
Magazyn chloru:
Przewiduje się magazynowanie chloru w stanie ciekłym, pod ciśnieniem, w butlach o pojemności 40 [kg]. Butle powinny być ustawione w pozycji pionowej w drewnianych stojakach. Przyjęto 4 beczki o łącznej pojemności 160 [kg] (zapas na ≈ 10 dób).
Chlorownia:
Przyjęto powierzchnię chlorowni 12 [m2]. Znajduje się w niej trzy chloratory C-3 (w tym jeden rezerwowy).
3.2. Magazyny.
3.2.1. Magazyn koagulantu.
Maksymalne dobowe zużycie koagulantu:
Mdmax = Qdmax Dk f
Gdzie:
Qdmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody; Qdmax = 16000
,
Dk - dawka koagulantu; Dk = 35
,
f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i
bezwodnej na masę produktu technicznego, f = 1,2,
Mdmax = 16000 0,035 1,2 = 672
Powierzchnia magazynu dla koagulantu magazynowanego na sucho:
Powierzchnia worka = 0,3 m2,
Masa worka = 50 kg,
Wysokość worka = 0,25 m,
Wysokość składowania = 2,5 m,
Zapas worków na 10 dób = 6720 : 50 = 135
Ilość worków w kolumnie = 10
Ilość kolumn = 14
Łączna powierzchnia magazynu: 30 m2 (w tym: powierzchnia składowania koagulantu: 5,0m2, powierzchnia przeznaczona do transportu wewnętrznego: 25,0 m2).
3.2.2.1. Zbiornik zarobowy.
Vz =
Gdzie:
Vz - objętość zbiornika
Dk - dobowa dawka koagulantu
Cr - Stężenie roztworu; przyjęto Cr = 20%
Vz =
= 3,4 [m3]
Przyjęto 2 zaroby na dobę, stąd liczba zbiorników o pojemności 3,4 wynosi 2 + 1 zapasowy. [m3].
3.2.2.2. Zbiornik roztworowy.
Vz =
Gdzie:
Vz - objętość zbiornika
Dk - dobowa dawka koagulantu
Cr - Stężenie roztworu; przyjęto Cr = 5%
Vz =
= 14 [m3]
Przyjęto 2 zaroby na dobę, stąd liczba zbiorników o pojemności 14 wynosi 2 + 1 zapasowy. [m3].
3.2.2.3. Dawkownik..
Dawkowanie koagulantu odbywa się za pomocą pompki dawkującej.
W =
W =
= 11,2
Dobrano pompkę dawkującą o wydajności 11,2 [m3 / d].
Magazyn zasady sodowej.
Dobowe zapotrzebowanie ługu czystego:
Zc = D*Q
Zc = 12,73 * 16 000 = 204 [kg NaOH / d]
Dobowe zapotrzebowanie ługu brudnego:
Zb = f * Zc
Zb = 2,5 * 204 = 510 [kg NaOH / d]
Przyjęto okres składowania 10 dób. Zapotrzebowanie na NaOH Objętość tym okresie wynosi:
Z = 510 * 10 = 5100 [kg NaOH]
Przyjęto składowanie w beczkach 300 [kg] o wysokości 1,5 [m] Objętość średnicy 0,25 [m]
Ilość beczek:
n =
n = 17 sztuk
Przewiduje się składowanie beczek w jednym rzędzie, w pozycji poziomej, z otworami wlewowymi skierowanymi ku górze. Do przelewania należy stosować specjalne wózki przechylne.
Łączna powierzchnia magazynu: 21 m2 (w tym: powierzchnia składowania ługu: 3,0 m2, powierzchnia przeznaczona do transportu wewnętrznego: 18,0 m2)
3.2.1.1. Zbiornik zarobowy.
Vz =
Gdzie:
Vz - objętość zbiornika
Dk - dobowa dawka ługu
Cr - stężenie roztworu; przyjęto Cr = 40%
Vz =
= 1,3 [m3]
Przyjęto 2 zaroby na dobę, stąd 3 zbiorniki o pojemności 1,5 [m3].
3.2.1.2. Zbiornik roztworowy.
Vz =
Gdzie:
Vz - objętość zbiornika
Dk - dobowa dawka ługu
Cr - Stężenie roztworu; przyjęto Cr = 5%
Vz =
= 10,2 [m3]
Przyjęto 2 roztwarzania na dobę, stąd 3 zbiorniki o pojemności 10,5 [m3].
3.2.1.3. Dawkownik..
Dawkowanie ługu odbywa się za pomocą pompki dawkującej.
Wydajność pompki:
W =
W =
= 4,16
Dobrano pompki dawkujące o wydajności 4,16 [m3 / d].
Gospodarka ściekowo - osadowa.
Ilość popłuczyn:
popłuczyny z filtru grawitacyjnego
Vpł = q npł F tpł
Gdzie:
Vpł - objętość popłuczyn [m3]
q - intensywność płukania [m3/ m2s]
npł - liczba płukań w dobie; przyjęto jedno płukanie na dobę.
F - powierzchnia wszystkich filtrów [m2]
tpł - czas płukania [s]; przyjęto t pł = 360 [s]
Vpł = 0,00417 * 1 * 111,11 * 360 = 167 [m3]
popłuczyny z filtru ciśnieniowego
Vpł = 0,00975 * 1 * 111,11 * 360 = 1404 [m3]
tpł - czas płukania [s]; przyjęto t pł = 360 [s]
Vpł = 0,1 * 1 * 111,11 * 360 = 1404 [m3]
Objętość odstojnika:
V = Vpł + Vos
V = 1404 + 19,6 = 1423,6 [m3]
Przyjęto dwa odstojniki o wymiarach: głębokość: 3 [m], szerokość: 19 [m], długość: 25 [m].
Ilość osadów powstała po zagęszczeniu popłuczyn:
V1 = Vpł
Gdzie:
uo - uwodnienie początkowe; przyjęto 99,9%
u - uwodnienie końcowe; przyjęto 96,0%
V1 = [m3]
2