1. Ustalenie składu technologicznego oczyszczania wody oraz odpowiadającego mu układu urządzeń i obiektów.

Skład technologiczny oczyszczania wody:

• Koagulacja objętościowa

• Wiązanie CO_{2 agr}

• Sedymentacja

• Filtracja pospieszna

• Dezynfekcja

Układ urządzeń:

• Mieszacz szybki hydrauliczny

• Mieszacz wolny mechaniczny

• Osadnik o przepływie poziomym

• Filtr pospieszny grawitacyjny ze złożem piaskowym

• Urządzenia do dezynfekcji

2. Wybór reagentów i wykonanie obliczeń technologicznych.

2.1. Wyznaczenie dawki koagulantu.

D_k = 7

D_k = 6 - 8
(Przyjęto D_k = 7
)

Gdzie:

D_k - dawka koagulantu

M - mętność [NTU]

B - barwa

D_kM = 7
= 38

D_kB = 7
= 47

Zawartość CO₂ w wodzie surowej wyznaczona z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej:

• Wolny - 12
  

• Przynależny - 0
  

Zawartość agresywnego CO₂ w wodzie surowej wynosi 12,0

Koagulacja 58,6
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 * 58,6 = 26,4

• Wzrost zawartości CO₂:

Δ CO₂ = 0,4 * 58,6 = 23,4

Po koagulacji:

• Zasadowość:

zas. M' = 75 - 26,4 = 48,6

• Zawartość dwutlenku węgla:

CO_{2 wol} = 12 + 23,4 = 35,4

Zawartość CO₂ w wodzie po koagulacji wyznaczona z nomogramu równowagi

węglanowo - wapniowej:

• Wolny - 35,4
  

• Przynależny - 0
  

Zawartość agresywnego CO₂ w wodzie po koagulacji wynosi 35,4

Ponieważ dopuszczalna zawartość agresywnego dwutlenku węgla w wodzie po koagulacji nie może wynosić więcej niż 2
, jego związanie zajdzie zgodnie z równaniem:

2 CO_{2 agr} + CaO + H₂O = Ca(HCO₃)₂

W ilości przybliżonej:

Przybliżenie: związane zostaną 33

2CO_{2 agr} - 1CaO

2 * 44 - 56

33 - x

Dawka wiążąca wapna wynosi:

x =
= 21,0

Zmiana zasadowości spowodowana dodaniem 21,0
wynosi:

Δ zas. M =
* 50 = 37,5

Zasadowość po dodaniu 37,5
wynosi:

Zas. M'' = zas. M' + Δ zas. M = 48,6 + 37,5= 86,1

Zawartość CO₂ w wodzie po dodaniu wapna wyznaczona z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej:

• Przynależny - 1,35
  

Zawartość pozostałego CO₂ w wodzie wynosi: 35,4 - 33 - 1,35 = 1,05

2.2. Wyznaczenie dawki wapna.

Badanie zdolności oczyszczonej wody 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 (dal siarczanu glinu W = 0,009)

D - dawka koagulantu

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

koagulantu

zas. M < 0,009* 58,6 + 0,7

1,5
> 1,23

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 koagulant.

2.3. Wyznaczenie dawek substancji stosowanych do chlorowania.

Ponieważ woda zawiera bakterie z grupy coli w ilości 25 / 100 cm³, a ilość azotu amonowego dochodzi do 0,7
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 * 0,7 = 5,95

3. Wykonanie obliczeń urządzeń i obiektów ZOW.

3.1. Urządzenia

3.1.1. Mieszacz szybki hydrauliczny.

Ponieważ wydajność zakładu wynosi 1333 [m³ / h] dobrano mieszacz hydrauliczny pionowy z wirowym ruchem wody.

Przyjęto czas przepływu wody w mieszaczu t = 120 [s]

Objętość komory mieszacza:

V = Qt

Gdzie:

V - objętość komory mieszacza [m³]

Q - wydajność zakładu [m³ / s]

t - czas przepływu wody w mieszaczu [s]

V = 0,37 * 120 = 44,4 m³

Powierzchnia górnej cylindrycznej komory mieszacza:

f_g =

Gdzie:

f_g - powierzchnia górnej cylindrycznej komory mieszacza [m²]

_g - prędkość przepływu wody w części cylindrycznej; przyjęto _g = 0,025 [m / s]

f_g =
= 14,8 [m²]

Średnica cylindrycznej części mieszacza

D =

D =
= 4,3 [m]

Wysokość dolnej części mieszacza w przypadku kształtu stożkowego

h₁ =

Gdzie:

 - kąt rozwarcia dolnej części stożkowej; przyjęto  = 40⁰

d - średnica odpływu; przyjęto d = 0,3 [m]

h₁ =
= 5,5 [m]

Objętość części stożkowej mieszacza.

V₁ =

V₁ =
= 28,6 [m³]

Wysokość górnej cylindrycznej części mieszacza.

h₂ =

h₂ =
= 1,1 [m]

Do odprowadzania wody z mieszacza zaprojektowano koryto zbiorcze na obwodzie. Dla założonej prędkości przepływu 0,6 [m / s] przyjęto koryto o szerokości 0,4 [m] i wysokości 0,6 [m].

Woda do koryta zbiorczego dopływa przez otwory umieszczone na obwodzie mieszacza. Powierzchnia otworów, przy prędkości przepływu wody przez otwory  = 1,0 [m / s], wynosi:

f₀ =

f₀ =
= 0,37 [m²]

Liczba otworów przy założonej średnicy otworów d₀ = 0,1 [m], wynosi:

n =

n =
= 148

Odległość między otworami:

3.1.2. Mieszacz wolny mechaniczny.

Objętość komory:

V = Qt

V - objętość komory mieszacza [m³]

Q - wydajność zakładu m³ / s

t - czas przepływu wody; przyjęto 1000 [s].

V = 0,37 * 1000 = 3700 [m³]

Głębokość komory przyjęto H = 3,0 [m]. Powierzchnia jest równa:

F =

3.1.3. Osadnik o przepływie poziomym.

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

K - współczynnik dla siarczanu glinu oczyszczonego, K = 0,55

D - dawka koagulantu g / m³

B - barwa wody g Pt / m³

N - ilość nierozpuszczalnych związków w reagencie dodawanym do wody; przyjęto N=0

C_o = 50 + 0,55 * 58,6 + 0,25 * 70 = 99,73 [g / m³]

Powierzchnia osadnika

F =

Gdzie:

Q - ilość oczyszczanej wody

₀ - prędkość opadania cząstek; przyjęto ₀ = 0,4 [m / s]

 - współczynnik sprawności osadnika

Gdzie:

_k - prędkość przepływu wody w osadniku

_k = k * ₀

k - współczynnik zależny od stosunku L/H; przyjęto dla L/H = 15, k = 10

L - długość osadnika; przyjęto L = 50 [m]

H - głębokość osadnika; przyjęto H = 3,0 [m]

= 1,5

F =
= 1388,5 [m²]

Ilość osadników:

n =

Gdzie:

n - ilość osadników

B - szerokość osadnika, przyjęto B = 6 [m]

n =
= 4,6

Przyjęto n = 5 osadników.

Powierzchnia rzeczywista osadnika:

F_rz = B*L

F_rz = 6 * 50 = 300 [m²]

Sprawdzenie warunków stabilności:

; 16,7 > 10

; 10 > 8,3 > 3

Długość krawędzi przelewowych:

L_p =

Gdzie:

O_p - obciążenie hydrauliczne przelewów; przyjęto O_p = 15 [m³ / (m*h)]

L_p =
= 17,8 [m]

Całkowita długość osadnika:

L_c = L + L_o

Gdzie:

L_o - długość osadnika zajęta przez przelewy; przyjęto L_o = 2,0 [m]

L_c = 50 + 2 = 52 [m]

Czas przetrzymania wody w osadniku:

T =

Gdzie:

V_n - objętość pojedynczego osadnika; V_n = 900 [m³]

Q_n - wydajność pojedynczego osadnika; Q_n = 266,7 [m³ / h]

T =
= 3,37 [h]

Objętość osadnika na osad magazynowany w czasie eksploatacji:

Gdzie:

V₀ - objętość strefy osadów

Q - objętość dopływającej wody w jednostce czasu

T_e - czas między kolejnym usuwaniem osadu z osadnika; przyjęto T_e = 24 [h]

C₀, C - stężenie zawiesin w dopływie i odpływie z osadnika; przyjęto C = 10 [g / m³]

n - liczba osadników

δ - stężenie osadów w strefie osadowej, zależne od stężenie zawiesiny w dopływającej wodzie; przyjęto δ = 30 000 [g / m³]

= 19,1 [m³]

Sprawdzenie występującego w osadniku ruchu:

Re =

3.1.4. Filtr pospieszny grawitacyjny ze złożem piaskowym.

3.1.5. Urządzenia do dezynfekcji.

3.2. Magazyny.

3.2.1. Magazyn wapna.

Maksymalne dobowe zużycie reagenta w postaci produktu technicznego:

M_dmax = Q_dmax ⋅ D_max ⋅f

Gdzie:

Q_dmax - maksymalna dobowa wydajność stacji uzdatniania wody; Q_dmax = 32000
,

D_CaO - maksymalna dawka reagenta w postaci czystej i ewentualnie bezwodnej, ustalona na podstawie badań technologicznych; D_CaO = 21,0

f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego, f = 1,2,

M_dmax = 32000 ⋅ 0,021 ⋅ 1,2 = 806,4

Ponieważ zapotrzebowanie dobowe na wapno przekracza 250 kg stosuje się mleko wapienne.

Magazyn wapna na maksymalnie 10 dób.

Zbiornik do przygotowania mleka wapiennego.

Objętość całkowita:

V_m.w. =
m³

Ilość zbiorników:

n = 6

Objętość pojedynczego zbiornika:

V_1zb =
m³

Wysokość zbiornika:

h = 1,5 m

Objętość rzeczywista zbiornika:

V_rz = 2,7 + 0,3 = 3,0 m³

Średnica zbiornika:

D =
= 1,6 m.

Powierzchnia magazynu dla wapna 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 = 806,4: 50 = 161,3 (~170)

• Ilość worków w kolumnie = 10

• Ilość warstw = 17

• Łączna powierzchnia magazynu: 25 m² (w tym: powierzchnia składowania wapna: 5,3 m², powierzchnia przeznaczona do transportu wewnętrznego: 19,7 m²)

3.2.2. Magazyn koagulantu.

Ponieważ dawka koagulantu D_kB = 58,6
, a wydajność ZOW 32 000
, zużycie dobowe koagulantu wynosi 1875,2 kg.

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 = 18752 : 50 = 375,04 (~380)

• Ilość worków w kolumnie = 10

• Ilość warstw = 38

• Łączna powierzchnia magazynu: 49 m² (w tym: powierzchnia składowania koagulantu: 9,0m², powierzchnia przeznaczona do transportu wewnętrznego: 40,0 m²).

4. Wykonanie rysunków:

• Plan sytuacyjny ZOW (1:500)

• Przekrój przez urządzenia (1:100:500)

• Hala filtrów

• Wybrane urządzenie

5. Schematy pozostałych urządzeń i obiektów zamieszczone w części obliczeniowej.

---