POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INSTYTUT ZAOPATRZENIA W WODĘ I BUDOWNICTWA WODNEGO

Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Oczyszczania Ścieków

Projekt stacji uzdatniania wody powierzchniowej

Prowadzący: dr inż. Ryszard Wenda

Wykonała: Aneta Skowrońska

Grupa: ISiW - 1

WARSZAWA 2007

Spis treści

Cwiczenie 1

1. Obliczenie zużycia i zapasu siarczanu glinu w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

1.1 Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.

1.2 Całkowite roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego.

1.3 Średnie dobowe zużycie koagulantu.

1. Maksymalne dobowe zużycie koagulantu

2. Wielkość zapasu koagulantu.

3. Wielkość magazynu przy magazynowaniu „na mokro”

4. Wydajność pojedynczej pompy

2. Obliczenie zużycia i zapasu wapna w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

1. Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu na CaO.

2. Całkowite roczne zużycie reagentu na CaO.

3. Średnie dobowe zużycie wapna.

4. Maksymalne dobowe zużycie wapna.

5. Wielkość zapasu wapna.

6. Wielkość powierzchni magazynowania netto

7. Wielkość powierzchni magazynowania brutto

• . Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu siarczanu glinu.

1. Obliczenie zbiorników roztworowych.

2. Obliczenie instalacji sprężonego powietrza.

4. Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu wapna.

4.1 Obliczenie objętości zbiornika.

1. Obliczenie wymiarów zbiornika.

2. Obliczenie wymiarów mieszadła.

3. Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło.

• Obliczenie dawkowników.

5.1 Dobór pompy dawkującej roztwór siarczanu glinu.

2. Dobór pompy dawkującej mleko wapienne.

6.Obliczenie mieszalnika

1. Objętość czynna mieszalnika:

2. Powierzchnia w górnej części mieszalnika:

3. Średnica górnej części mieszalnika:

4. Wysokość dolnej (stożkowej części mieszalnika):

5. Objętość dolnej stożkowej części mieszalnika:

6. Wysokość górnej części mieszalnika

7. Całkowita wysokość mieszalnika:

8. Obliczanie koryt zbiorczych.

9. Odprowadzenie wody:

7. Mechaniczna komora flokuacji z mieszadłami łopatkowymi o osi poziomej

7.1 Objętość komory flokuacji

1. Długość jednej części komory

2. Szerokość komory

3. Ustalenie wymiarów mieszadła łopatkowego

4. Zapotrzebowanie mocy dla mieszadła

5. Sprawdzanie warunków mieszania

6. Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło

8. Osadnik poziomy podłużny

8.1 Długość osadnika

1. Powierzchnia osadników w planie

2. Sumaryczna szerokość wszystkich osadników

3. Promień hydrauliczny osadnika

4. Sprawdzenie warunku na liczbę Reynoldsa

5. Sprawdzenie warunku na liczbę Froude'a

8.7 Obliczenie głębokości osadnika

8.8 Odprowadzenie wody z osadnika

8.9 Komora osadowa

9. Filtr jednowarstwowy pośpieszny grawitacyjny

9.1 Wymiary i liczba jednowarstwowych filtrów pospiesznych grawitacyjnych

9.2 Wymiary filtrów:

9.3 Ustalenie charakterystyki złoża filtracyjnego:

9.4 Drenaż filtru

9.5 Koryta zbiorcze

9.6 Kanał zbiorczy

9.7 Wysokość strat ciśnienia przy płukaniu filtru

9.8 Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.

Ćwiczenie2

1. Obliczenie zużycia i zapasu siarczanu glinu w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

1. Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.

2. Całkowite roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego.

3. Średnie dobowe zużycie koagulantu.

4. Maksymalne dobowe zużycie koagulantu

5. Wielkość zapasu koagulantu.

6. Wielkość magazynu przy magazynowaniu „na mokro”

7. Wydajność pojedynczej pompy

2.Obliczenie zużycia i zapasu wapna w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

2.1 Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu na CaO.

2.2 Całkowite roczne zużycie wapna.

2.3 Średnie dobowe zużycie wapna.

2.4 Maksymalne dobowe zużycie wapna.

2.5 Wielkość zapasu wapna.

2.6 Wielkość powierzchni magazynowania netto

2.7 Wielkość powierzchni magazynowania brutto

3. Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu siarczanu glinu.

1. Obliczenie zbiorników roztworowych.

2. Obliczenie instalacji sprężonego powietrza.

4. Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu wapna.

4.1 Obliczenie objętości zbiornika.

4.2 Obliczenie wymiarów zbiornika.

4.3 Obliczenie wymiarów mieszadła.

4.4 Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło.

5 Obliczenie dawkowników.

5.1 Dobór pompy dawkującej roztwór siarczanu glinu.

5.2 Dobór pompy dawkującej mleko wapienne.

6.Obliczenie mieszalnika

6.1 Objętość czynna mieszalnika:

6.2 Powierzchnia w górnej części mieszalnika:

6.3 Średnica górnej części mieszalnika:

6.4 Wysokość dolnej (stożkowej części mieszalnika):

6.5 Objętość dolnej stożkowej części mieszalnika:

6.6 Wysokość górnej części mieszalnika

6.7 Całkowita wysokość mieszalnika:

6.8 Obliczanie koryt zbiorczych.

6.9 Odprowadzenie wody:

7.Obliczenie klarowników

1. Obliczeniowa wydajność klarowników w okresie letnim:

2. Obliczeniowa wydajność klarowników w okresie zimowym:

3. Powierzchnia strefy klarowania dla okresu letniego:

4. Powierzchnia strefy klarowania dla okresu zimowego:

5. Powierzchnia komory zagęszczacza dla okresu letniego:

6. Powierzchnia komory zagęszczacza dla okresu zimowego:

7. Liczba i wymiary klarowników:

8. Doprowadzenie wody do strefy klarowania

9. Odprowadzenie wody sklarowanej na zewnątrz klarownika:

10. Odprowadzenie nadmiaru osadu do zagęszczacza:

11. Odprowadzenie wody z komory zagęszczacza

12. Wysokość klarownika

13. Wysokość dolnej części klarownika o ścianach odchylonych od pionu:

14. Odprowadzenie osadu z komory zagęszczacza:

8. Filtr jednowarstwowy pośpieszny grawitacyjny

1. Wymiary i liczba jednowarstwowych filtrów pospiesznych grawitacyjnych

2. Wymiary filtrów:

3. Ustalenie charakterystyki złoża filtracyjnego:

4. Drenaż filtru

5. Koryta zbiorcze

6. Kanał zbiorczy

7. Wysokość strat ciśnienia przy płukaniu filtru

8. Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.

Ćwiczenie nr 1

Zaprojektować ciąg technologiczny SUW składający się z mieszalników, komór flokuacji, osadników, filtrów pośpiesznych grawitacyjnych

1.Obliczenie zużycia i zapasu siarczanu glinu w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

Magazynowanie siarczanu glinu odbywać się będzie metodą „na mokro”.

1. Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.

,

gdzie:

gramocząsteczka [g],

zawartość obcych domieszek w produkcie technicznym w stosunku do suchej masy [% wag.],

wilgotność produktu technicznego [% wag.].

Dla przyjętego koagulantu (siarczanu glinu)
oraz
. Gramocząsteczka Al₂(SO₄)₃თ18H₂O wynosi
g; dla Al₂(SO₄)₃
g.

2. Całkowite roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego.

[kg/rok]

Obliczenie wykonujemy na podstawie przewidywanych dawek reagentu w przeliczeniu na produkt bezwodny, chemicznie czysty, na podstawie poniższej tabeli.

Pora roku	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
Liczba dni	90	93	85	97
Dawka siarczanu glinu [g/m^3]	50	60	45	65
Dawka wapna [g/m^3]	10	12	9	13

[kg/rok]

[t/rok]

3. Średnie dobowe zużycie koagulantu.

[kg/d]

4. Maksymalne dobowe zużycie koagulantu.

[kg/d]

5. Wielkość zapasu koagulantu.

[kg],

gdzie:

minimalny normatywny czas zapasu (
[d] ).

[kg].

Przy minimalnym dobowym zużyciu koagulantu (dawka minimalna wynosi 45 [g/m³],
71000 [m³/d] zapewniony czas zapasu wynosi:

[d]

6. Wielkość magazynu przy magazynowaniu „na mokro”

[m³]

gdzie :

α - współczynnik zapasu

c - 25% stan nasycenia Al₂ (SO₄)₃ w temp.10 ^o C

ρ -1260 średnia gęstość przyjęta z tabeli

Wielkość i wymiary każdego ze zbiorników:

Przyjęto 3 zbiorniki o objętości
[m³] każdy. Przyjmując napełnienie zbiornika H = 3 m i wymiary w planie B = 8,5 m i L = 11 m otrzymuje się rzeczywistą objętość

[m³]

Dolna część zbiornika o wysokości 0,6 m zostanie wykorzystana dla umieszczenia rusztu drewnianego i dla gromadzenia zanieczyszczeń.

7. Wydajność pojedynczej pompy

Przewiduje się mieszanie zawartości zbiornika pompami. Każdy zbiornik będzie obsługiwany 2 pompami, przy założeniu całkowitej wymiany w ciągu 6 h. Wydajność pojedynczej pompy powinna wymościć

[m³/h]

2.0 Obliczenie zużycia i zapasu wapna w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

Magazynowanie wapna odbywać się będzie metodą „na sucho”.

2.1Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu na CaO.

Dla wapna współczynnik odczytujemy z tablic. Wynosi on
.

1. Całkowite roczne zużycie wapna.

[kg/rok]

Obliczenie wykonujemy na podstawie przewidywanych dawek reagentu w przeliczeniu na CaO, na podstawie tabeli przedstawionej w punkcie 1.2

[kg/rok]

[t/rok]

2. Średnie dobowe zużycie reagentu.

[kg/d]

3. Maksymalne dobowe zużycie wapna.

[kg/d]

4. Wielkość zapasu wapna.

[kg],

gdzie:

minimalny normatywny czas zapasu (
[d] ).

[kg].

Przy minimalnym dobowym zużyciu wapna (dawka minimalna wynosi 9 [g/m³],
71000 [m³/d] zapewniony czas zapasu wynosi:

[d]

2.6 Wielkość powierzchni magazynowania netto

gdzie:

ρ_n - gęstość nasypowa wapna

Przyjęto ρ_n = 1000 [kg/m³]

-wysokość warstwy składowej[m]

[m²]

1. wielkość powierzchni magazynowania brutto

gdzie:

- współczynnik zwiększający się ze względu na komunikację wewnętrzną ;Przyjęto
=1,2

3 Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu siarczanu glinu.

3.1 Obliczenie zbiorników roztworowych.

Przy założeniu, że stężenie roztworu roboczego wynosi
, objętość zbiorników roztworowych

[m³].

Przyjęto 2 zbiorniki roztworowe o objętości każdego z nich V_r = 27,5[m³] i wymiarach:

Wysokość czynna zbiornika h_r =3[m], szerokość b_r = 2,53[m], długość l_r = 3,06[m],

Całkowita wysokość zbiornika:

gdzie:

h_o - wysokość położenia krawędzi zbiornika ponad zwierciadłem roztworu.

Przyjęto h_o = 0,4[m]

h_r- wysokość użyteczna: h_r =3[m],

3.2 Obliczenie instalacji sprężonego powietrza.

Zakładamy, że mieszanie zawartości zbiornika roztworowego dokonywane będzie przy użyciu sprężonego powietrza dostarczanego przez sprężarkę.

Ilość powietrza niezbędnego do mieszania pojemności zbiorników roztworowych:

gdzie:

b_r, l_r - wymiary zbiornika w planie, przyjęto b_r =4[m]
=5[m]

- intensywność doprowadzania powietrza, przyjęto

4. Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu wapna.

Zużycie wapna w projektowanej stacji uzdatniania wynosi 1575g [kg/d]., stosujemy mleko wapienne. Zbiornik mieszany będzie mieszadłem łapowym.

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie mleka wapiennego w przeliczeniu na CaO wynosi:

[kg/d].

4.1 Obliczenie objętości zbiornika.

[m³],

gdzie:

wymagane stężenie roztworu
,

gęstość roztworu
,

liczba przygotowań roztworu w ciągu doby
.

4.2 Obliczenie wymiarów zbiornika.

Wymiary zbiornika ustalono przy założeniu, że średnica zbiornika D równa jest jego wysokości czynnej H wypełnionej roztworem.

Wówczas stosunek D : H = 1 i średnica zbiornika wynosi:

.

Przyjęto ostatecznie zbiornik o wymiarach:

• średnica zbiornika D = 2,6 [m],

• wysokość czynna zbiornika H = 2,6 [m],

• wysokość całkowita H_c = 3,2[m]

4.3 Obliczenie wymiarów mieszadła.

• Powierzchnia łap wynosi:

[m²],

• długość łapy:

[m].

Przy założeniu, że łapy umieszczone są na dwóch poziomach, czyli liczba par łap na jednej osi z = 2, szerokość łapy wynosi:

[m].

4.4 Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło.

[W],

gdzie:

moc na wale mieszadła [W],

współczynnik zapasu mocy
,

sprawność przekładni
,

liczba łap mieszadła,

współczynnik oporów hydraulicznych łap mieszadła,

gęstość wody [kg/m³],

prędkość obrotowa łap mieszadła [s^-1],

szerokość łapy mieszadła [m],

połowa długość łapy mieszadła [m].

Zatem:

[W]
[kW].

5 Obliczenie dawkowników.

1. Dobór pompy dawkującej roztwór siarczanu glinu.

Pompę dobieram przy następujących danych:

• natężenie przepływu uzdatnianej wody Q = 83000m³/d = 0,96m3/s.

• dawka koagulantu w odniesieniu do produktu bezwodnego, chemicznie czystego D = 65 g/m³;

• wsp. przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego f = 2,12;

• stężenie dawkowanego roztworu siarczanu glinu c = 5 %;

• gęstość roztworu siarczanu glinu ၲ = 1,05 t/m³.

Wymagana wydajność pompy:

Dobrano pompę typu ND, wielkość B, pracującą w zespole czterech pomp o średnicy nurnika 40 mm i skoku nurnika 100 mm. Pompa ta ma maksymalną wydajność 9080 l/h i może pracować przy przeciwciśnieniu 60 m H₂O.

1. Dobór pompy dawkującej mleko wapienne.

Pompę dobieram przy następujących danych:

• natężenie przepływu uzdatnianej wody Q = 83000m³/d = 0,96m3/s..

• dawka wapna w odniesieniu do produktu bezwodnego, chemicznie czystego D = 13 g/m³;

• wsp. przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego f = 1,46;

• stężenie dawkowanego roztworu mleka wapiennego c = 5 %;

• gęstość roztworu mleka wapiennego ၲ = 1,0 t/m³.

Wymagana wydajność pompy:

Dobrano pompę typu ND, wielkość B, pracującą w zespole czterech pomp o średnicy nurnika 40 mm i skoku nurnika 60 mm. Pompa ta ma maksymalną wydajność 1444 l/h i może pracować przy przeciwciśnieniu 400 m H₂O.

• Obliczenie mieszalnika

Przyjąłem mieszalnik pionowo - wirowy.

6.1 Objętość czynna mieszalnika:

gdzie:

t - czas przebywania wody w mieszalniku; t = 120 [s]

Q - w m³ / h; ; Q = 83000m³/d = 3458 m³/h

6.2 Powierzchnia w górnej części mieszalnika:

gdzie:

v_g - prędkość pionowa w górnej części mieszalnika (na poziomie koryt zbiorczych);

v_g = 0,025 [m/s],

Q - w m³ / h; Q = 83000m³/d = 3458 m³/h

6.3 Średnica górnej części mieszalnika:

6.4 Wysokość dolnej (stożkowej części mieszalnika):

gdzie:

d - średnica przewodu doprowadzającego wodę do mieszalnika. Przy założeniu utrzymania prędkości dopływowej v_d = 1Ⴘ2 m/s,

α - kąt rozwarcia stożka; α = 30Ⴘ40°; przyjęte v_d = 1,2 [m/s], α = 40°

6.5 Objętość dolnej stożkowej części mieszalnika:

6.6 Wysokość górnej części mieszalnika

6.7 Całkowita wysokość mieszalnika:

gdzie:

h_k - wzniesienie krawędzi mieszalnika ponad zwierciadło wody; h_k = 0,3Ⴘ0,5 m, przyjęto h_k = 0,4 [m]

1. Obliczanie koryt zbiorczych.

Woda po przejściu przez mieszalnik zbierana będzie przez koryta zbiorcze umieszczone na obwodzie zewnętrznym urządzenia.

Przekrój poprzeczny koryta:

gdzie:

v_k - prędkość przepływu wody w korycie zbiorczym; v_k = 0,6 [m/s],

Q - w m³ / h; Q = 3458 [m³/h]

Przy założonej szerokości koryta b_k = 0,5 m, wysokość słupa wody

Woda do koryta zbiorczego dopływa przez otwory umieszczone na obwodzie mieszalnika.

Powierzchnia otworów:

gdzie:

v_o - prędkość przepływu wody przez otwory; v_o = 1 [m/s]

Liczba otworów:

gdzie:

d_o - średnica otworu; d_o = 0,06Ⴘ0,12 m, przyjęto d_o = 0,12 [m]

Odległość między osiami otworów:

6.9 Odprowadzenie wody:

Woda z mieszalnika pionowo - wirowego odprowadzana jest przewodem kołowym, przy zachowaniu prędkości v = 0,8 Ⴘ 1,2 m/s, przy czym czas przebywania wody w przewodnie nie powinien przekraczać 2 minut.

Dla przepływu 3458 m³/h = 0,96 m³/s, przyjęto przewód o średnicy d = 1 m, co zapewnia prędkość przepływu v = 1 m/s.

7.Mechaniczna komora flokuacji z mieszadłami łopatkowymi o osi poziomej

7.1 Objętość komory flokuacji

Q- przepustowość komory flokuacji w
Q=3458

T- czas przebywania wody w komorze; Przyjęto T=30 minut

Przyjęto dwuczęściową komorę flokuacji o objętości każdej części V₁=1479/2=739,5

7.2 Długośćjednej części komory

-współczynnik doświadczalny ;przyjęto
=1

z-liczba osi mieszadeł; przyjęto z=2

H- głębokość wody w komorze; przyjętoH=4

7.3 Szerokość komory

7.4.Ustalenie wymiarów mieszadła łopatkowego

Obracająca się rama wyposażona jest w cztery wzajemnie prostopadłe łopatki

Średnica ramy

h- odległość minimalna od łopatki do zwierciadła wody i do dna komory; przyjęto h=0,15m

Długość łopatki

n- liczba mieszadeł w jednej części komory, umieszczonych na z osiach ,w układzie szachowym ,n=4

p- odległość między końcami łopatek i ścianą komory, a także pomiędzy łopatkami umieszczonymi na sąsiednich osiach ;p=0,25m

szerokość łopatki

7.5 Zapotrzebowanie mocy dla mieszadła

-moc na wale mieszadła, zużywana na pokonanie oporów środowiska wodnego przy obrocie łopatek , W;

z - liczba osi mieszadeł;z=2

m- liczba łopatek na jednej osi;m=16

-współczynnik oporów hydraulicznych mieszanego środowiska ;
=1,32

k- stosunek względnych prędkości wody i łopat mieszadła ;k=1

n- prędkość obrotowa mieszadła ;n=0,07 s^-1

-gęstość wody;
=1000

l-długość łopatki mieszadła;l=3,5m

r₂- zewnętrzny promień łopatki mieszadła

r₁- wewnętrzny promień łopatki mieszadła

7.6 Sprawdzanie warunków mieszania

a)Średni gradient prędkości ruchu cieczy

Przyjęto nowe k=0,75, pozostałe wartości jak w poprzednim punkcie

-kinematyczny współczynnik lepkości wody, dla t=10 stopni
=1,306 *10^(-6) m^2/s

M=G*T=70,7*1800=127260

7.7 Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło

-sprawność przekładni
=0,9

-współczynnik zapasu mocy
=0,2

8.Osadnik poziomy podłużny

Osadnik został zaprojektowany, biorąc pod uwagę następujące parametry:

- Koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie: Z_lato=240 g/m³,Z_zima=340 g/m³

- Barwa ujmowanej wody: B_lato = 30 gPt/m³, B_zima = 50 gPt/m³

- średnia dawka koagulantu: D_k=55g/m³,

- Średnia dawka wapna: D_w=11g/m³,

Prędkość opadania zawiesin będzie w tym przypadku równa

u_lato = 0,47mm/s

u_zima = 0,55 mm/s

Zakładam, że stosunek wysokości osadnika, do jego długości wyniesie: L/H=15, więc odpowiadający mu współczynnik k=10.

Wymagana prędkość przepływu wody w osadniku

Wymaganą prędkość przepływu wody w osadniku musi spełniać poniższy warunek:

gdzie:

v -prędkość przepływu wody w osadniku [mm/s]

k - współczynnik charakteryzujący kształt osadnika [-]

u - prędkość opadania zawiesiny [mm/s]

Przyjmuję prędkość przepływu w osadniku równą v=5,5mm/s. Spełnia ona warunki dotyczące prędkości wody w osadniku, dla zawartości zawiesin powyżej 250g/m³.

Współczynnik zapasu α

gdzie:

α - współczynnik zapasu [-]

u - prędkość opadania zawiesiny [mm/s]

ω - średnia wartość pionowej składowej prędkości strumienia wody w osadniku obliczana ze wzoru:

gdzie:

v - prędkość przepływu wody w osadniku [mm/s]

Po podstawieniu otrzymujemy ostateczny wzór na α:

Wymiary osadnika

8.1 Długość osadnika

Przyjmując średnią głębokość osadnika równą H=4m, można wyznaczyć długość osadnika jako:

gdzie:

L - długość osadnika [m]

α - współczynnik zwiększający długość, 1,5 [-]

v - prędkość przepływu wody w osadniku [mm/s]

H - założona średnia wysokość osadnika [m]

u - prędkość opadania zawiesin [mm/s]

8.2 Powierzchnia osadników w planie

Powierzchnię zajmowaną przez osadnik można wyznaczyć ze wzoru:

gdzie:

F - powierzchnia osadnika w planie [m²]

α - współczynnik zwiększający [-]

Q - wydajność stacji [m³/h]

u - prędkość opadania zawiesin [mm/s]

W dalszych obliczeniach wykorzystywać będę jedynie przypadek dozowania koagulantu w porze letniej gdyż jest to ze względu na powierzchnię osadników miarodajna pora roku.

8.3 Sumaryczna szerokość wszystkich osadników

Sumaryczną szerokość wszystkich osadników można policzyć ze wzoru:

gdzie:

ΣB - sumaryczna szerokość wszystkich osadników [m]

F - powierzchnia zajmowana przez wszystkie osadniki [m²]

L - długość osadnika [m]

Przyjęto osiem osadników o szerokości B=5,46m, każdy.

Sprawdzenie wartości liczby Reynoldsa i liczby Freude'a

8.4 Promień hydrauliczny osadnika

Promień hydrauliczny jest określony zależnością:

gdzie:

R_H - promień hydrauliczny [m]

B - szerokość osadnika [m]

H - wysokość osadnika [m]

8.5 Sprawdzenie warunku na liczbę Reynoldsa

Liczba Reynoldsa musi spełniać warunek: Re<12500. Określona jest wzorem:

gdzie:

Re - liczba Relnoldsa [-]

v - prędkość przepływu wody w osadniku, przyjmuje bardziej niekorzystną - zima [mm/s]

R_H - promień hydrauliczny [m]

ν - lepkość kinematyczna wody. Przyjęta ν=1,31·10^-6m²/s

Liczba Reynoldsa spełnia nałożony warunek.

8.6 Sprawdzenie warunku na liczbę Froude'a

Liczba Froude'a musi spełniać warunek: Fr>10^-6. Określona jest wzorem:

gdzie:

Fr - liczba Froude'a [-]

v - prędkość przepływu wody w osadniku [mm/s]

g - przyśpieszenie ziemskie, g=9,81m/s²

R_H - promień hydrauliczny [m]

Liczba Froude'a spełnia nałożony warunek.

8.7 Obliczenie głębokości osadnika

Całkowita głębokość osadnika jest określona wzorem:

gdzie:

H_c - całkowita głębokość osadnika [m]

H - głębokość zajmowana przez wodę [m]

h_k - wysokość wyniesienia ścian osadnika nad zwierciadło wody [m]

h_o - wysokość osadnika przeznaczona na osad i zgrzebło [m]

Przyjmuję następujące wartości: h_k= 0,5m, h₀=0,5m. Stąd wysokość całkowita wyniesie:

Przyjmuję spadek dna osadnika równy i=2%. Stąd wysokości osadnika na przy wlocie wyniesie:

natomiast przy wylocie:

gdzie:

H_c^' - wysokość osadnika przy wlocie [m]

H_c^'' - wysokość osadnika przy wylocie [m]

H_c - średnia wysokość osadnika [m]

L - długość osadnika [m]

i - spadek dna osadnika [%]

Zasilenie osadnika w wodę

Dla zapewnienia równomiernego zasilenia osadników doprowadzenie wody ma postać ścian perforowanych. Wymagana sumaryczna powierzchnia otworów jest określona wzorem:

gdzie:

Σf₀ - sumaryczna powierzchnia otworów [m²]

Q- przepływ wpływający do osadników [m³/h]

n - ilość osadników [-]

v₀ - prędkość przepływu przez otwory, założona v₀=0,18m/s

Zakładając średnicę otworów równą d₀=0,08m, gdzie pojedynczy otwór ma powierzchnię f₀=0,005024 m ² można wyznaczyć wymaganą liczbę otworów ze wzoru:

8.8 Odprowadzenie wody z osadnika

Woda z osadnika będzie odprowadzana za pomocą koryta zbiorczego z nakładką pilastą. Wymaganą długość krawędzi przelewowych można wyznaczyć za pomocą wzoru:

gdzie:

lk - wymagana długość koryta przelewowego [m]

Q- przepływ wpływający do osadników [m³/h]

n - ilość osadników

q_k - maksymalne dopuszczalne obciążenie krawędzi przelewowych, q_k=25m³/h·m

Wobec wymaganej długości koryt przelewowych i szerokości osadnika. Przewiduję zastosowanie trzech krawędzi przelewowych, o sumarycznej długości l_k=16,38m. Rzeczywiste obciążenie krawędzi przelewowych:

Wobec obciążenia krawędzi przelewowej q_k=22,56 m³/h·m napełnienie przelewów będzie wynosić h=0,06m.

Przekroje czynne koryt zbiorczych zostały obliczone przy założonej prędkości przepływu równej: v_k=0,6m/s.

Przekrój czynny koryta jednostronnie zasilanego można wyznaczyć ze wzoru:

gdzie:

f⁽¹⁾_k - powierzchnia koryta przelewowogo zasilanego jednostronnie [m2]

Q- przepływ wpływający do osadników [m³/h]

n - ilość osadników

v_k - prędkość przelewu w osadniku [m/s]

Przekrój czynny koryta dwustronnie zasilanego można wyznaczyć ze wzoru:

gdzie:

f⁽²⁾_k - powierzchnia koryta przelewowogo zasilanego jednostronnie [m2]

Q - przepływ wpływający do osadników [m³/h]

n - ilość osadników

v_k - prędkość przelewu w osadniku [m/s]

Zostały przyjęte następujące wymiary koryt przelewowych:

- Dla koryta jednostronnie zasilanego: szerokość - 0,31m, wysokość - 0,21m

• Dla koryta dwustronnie zasilanego: szerokość - 0,34m, wysokość - 0,38m

8.9 Komora osadowa

Przyjęto komorę osadową w kształcie ostrosłupa ściętego o następujących wymiarach:

- Długość boku większej podstawy B=5,46m

- Długość boku mniejszej podstawy B=0,5m

- kąt pochylenia bocznej ściany względem poziomu α=60º

Wysokość komory osadowej można wyznaczyć ze wzoru:

Objętość komory osadowej:

Żeby ustalić czas zagęszczania osadu została ustalona objętość zatrzymywanego osadu.

gdzie:

V'os - objętość zatrzymywanego osadu [m³]

T - czas pracy pomiędzy kolejnymi opróżnieniami komory osadowej. Przyjęte T=8h

Q- przepływ wpływający do osadników [m³/h]

C_o - koncentracja zawiesin w odprowadzanej wodzie. Przyjęte C_o=12g/m³

C_os - średnia koncentracja osadu w komorze osadowej C_os=60000g/m³

C_p - koncentracja zawiesin w wodzie doprowadzanej do osadnika określona wzorem:

gdzie:

Z - koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie [g/m³]

Dk - dawka koagulantu w przeliczeniu na produkt bezwodny [g/m³]

K - współczynnik przeliczeniowy, charakteryzujący koagulant, dla oczyszczonego Al₂(SO₄)₃ K=0,55

B - barwa ujmowanej wody [g Pt/m³]

A - ilość zanieczyszczeń wprowadzanych do wody z wapnem [g/m³]

Objętość osadu:

W związku z tym, że objętość osadu jest mniejsza od objętości komory osadowej rzeczywisty czas zagęszczania będzie wynosił:

9.0 Filtr jednowarstwowy pośpieszny grawitacyjny

9.1 Wymiary i liczba jednowarstwowych filtrów pospiesznych grawitacyjnych

Powierzchnia i liczba filtrów

Całkowitą wymaganą powierzchnię filtrów obliczyliśmy ze wzoru:

gdzie:

v_f - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] przy normalnym obciążeniu filtrów. v_f = 6 [m/h]

Qdmax - wymagana maksymalna dobowa wielkość dostawy wody do sieci wodociągowej [m³/d]

Qdmax = 83000 [m³/d]

n - liczba płukań każdego filtru na dobę n = 2·d^-1

t₁ - średni czas wyłączenia filtru z efektywnego działania w związku z jego płukaniem

t₁ = 20[min] = 0,33[h]

t₂ - średni czas płukania filtru t₂ = 6[min] = 0,1[h]

q - intensywność płukania wodą filtru wodą ustalona dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [l/s m²] wliczona dla średniej temperatury wody uzdatnionej 10^oC

Uwzględniając zalecenia dotyczące powierzchni pojedynczego filtru oraz ich liczby ze względu na utrzymanie odpowiednich parametrów pracy przyjęto N = 26 filtrów.

Zakładając, że płukaniu poddawany jest tylko jeden filtr oraz, że jeden filtr jest wyłączony jest do remontu, prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów wyniesie:

9.2 Wymiary filtrów:

Powierzchnia 1 filtru

Przyjęliśmy filtry o wymiarach: szerokość B = 4[m], długość L = 6,115[m] co odpowiada powierzchni każdego filtru 24,5[m²] i powierzchni łącznej F = 636 [m²].

9.3 Ustalenie charakterystyki złoża filtracyjnego:

Na podstawie charakterystyki uziarnienia filtrów pospiesznych przyjęliśmy:

• minimalna średnica ziaren d_min = 0,5[mm]

• maksymalna średnica ziaren d_max = 1,25[mm]

• równoważna średnica ziaren złoża filtracyjnego d_e = 0,7-0,8[mm]

• współczynnik nierównomierności uziarnienia K = 2 - 2,2

Wysokość warstwy przyjęliśmy H = 0,7[m]

Żwirowa warstwa podtrzymująca

Charakterystykę żwirowej warstwy podtrzymującej przyjęto:

-warstwa o uziarnieniu 16 - 32[mm] i wysokości przewyższającej o 0,1[m] poziom otworów drenarzu

- warstwa o uziarnieniu 8 - 16[mm] i H = 0,1[m]

• warstwa o uziarnieniu 4 - 8 i H = 0,1[m]

• warstwa o uziarnieniu 2 - 4 i H = 0,05[m]

9.4 Drenaż filtru

Przyjęto drenaż rurowy z jednym przewodem głównym i perforowanymi przewodami bocznymi.

Przy ustalonej maksymalnej intensywności płukania q_max = 15,29[l/s·m²] dla temperatury 20^oC oraz powierzchni pojedynczego filtru 24,5[m²] ilość wody potrzebnej do płukania pojedynczego filtru wynosi:

q_pł = q_max·f = 15,29·24,5 = 375[l/s] = 0,375[m³/s]

Zakładając prędkość przepływu wody na początku głównego przewodu drenażowego v₁=2[m/s], średnica tego przewodu wynosi:

Przyjęto średnice d_g = 0,5 co odpowiada prędkości przepływu v₁ = 1,94[m/s]

Liczbę bocznych przewodów perforowanych, ułożonych z każdej strony przewodu głównego, ustalono przy założeniu odległości między osiami przewodów l = 0,2[m]

przewodów

Zakładając prędkość przepływu wody na początku tych przewodów v₂ = 1,5[m/s], średnica przewodów wyniesie:

Przyjęliśmy średnicę przewodów bocznych 0,07[m]

Liczbę otworów w przewodach bocznych obliczono przy założeniu, że powierzchnia ich stanowi p = 0,25% = 0,0025 powierzchni filtru w planie oraz, że średnica otworu wynosi

d_o = 0,01[m].

Sumaryczna liczba otworów

otworów

W jednym przewodzie bocznym należy umieścić otwory w liczbie

otworów

9.5 Koryta zbiorcze

Przyjęto koryta zbiorcze o przekroju złożonym ; w górnej części o ścianach pionowych, a w dolnej o kształcie trójkąta.

Przy długości filtru L = 6,115[m], przyjęto n_k =3 koryta zbiorcze, o długości miedzy osiami 2,04[m].

Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości

q_k =

szerokość koryta odczytana z nomogramu dla a = 1.5 i q_k=0,122[m³/s] wynosi B = 0,481[m]

Wysokość prostokątnej części koryta

Całkowita wysokość koryta

Do obliczenia wzniesienia krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego, wykorzystaliśmy wzór:

H - wysokość warstwy złoża filtracyjnego [m], H = 0,7[m]

E - wymagane spęcznienie warstwy filtracyjnej w czasi płukania w %, e = 45%

Ponieważ całkowita wysokość koryta jest równa wzniesieniu krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego przyjęliśmy ostatecznie h_k = 0,6[m].

9.6 Kanał zbiorczy

Przyjęliśmy kanał zbiorczy o szerokości B_kz = 1,0[m]

9.7 Wysokość strat ciśnienia przy płukaniu filtru

Strata wysokości ciśnienia w drenażu przy

Przy prędkościach v₁ = 1,94[m/s] i v₂ = 1,5[m/s] strata wysokości ciśnienia wynosi:

Strata wysokości ciśnienia w warstwie podtrzymującej

Wysokość warstwy podtrzymującej przyjęto:

H_p = 0,34+0,1+0,1+0,05 = 0,6[m]

h₂ = 0,022თH_pთq_max = 0,022თ0,6თ15,29 = 0,20 [m H₂O]

Strata wysokości ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej, przy założeniu
,
oraz porowatości m_o = 40%

Całkowita strata wysokości ciśnienia przy przepływie wody przez filtr w czasie płukania wynosi:

h = h₁ + h₂ + h₃ = 4,18 + 0,20 + 0,69 = 5,1[mH₂O]

9.8 Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.

Przewód doprowadzający wodę uzdatnioną:

- przepływ wody

- prędkość przepływu v₁ = 1,2

- średnica przewodu

przyjmuję 1010[mm]

Przewód doprowadzający wodę do każdego z filtrów

- przepływ wody

- prędkość przepływu v₁ = 1,2

- średnica przewodu

Przewody odprowadzające wodę przefiltrowaną

- z każdego filtru - 200[mm]

- ze wszystkich filtrów 1010[mm]

Przewód doprowadzający wodę do płukania ; przyjęliśmy średnicę jak głównego przewnego przewodu drenażowego, czyli 1010[mm]

Przewód odprowadzający wodę po płukaniu:

- przepływ wody q_pł = 0,375

- prędkość przepływu v > 0,8 [m/s]

- średnica przewodu 1010[mm]

Ćwiczenie nr 2

Zaprojektować ciąg technologiczny SUW składający się z mieszalników, klarowników, filtrów pośpiesznych grawitacyjnych

1.Obliczenie zużycia i zapasu siarczanu glinu w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

Magazynowanie siarczanu glinu odbywać się będzie metodą „na mokro”.

1.1 Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego.

,

gdzie:

gramocząsteczka [g],

zawartość obcych domieszek w produkcie technicznym w stosunku do suchej masy [% wag.],

wilgotność produktu technicznego [% wag.].

Dla przyjętego koagulantu (siarczanu glinu)
oraz
. Gramocząsteczka Al₂(SO₄)₃თ18H₂O wynosi
g; dla Al₂(SO₄)₃
g.

1. Całkowite roczne zużycie koagulantu w postaci produktu technicznego.

[kg/rok]

Obliczenie wykonujemy na podstawie przewidywanych dawek reagentu w przeliczeniu na produkt bezwodny, chemicznie czysty, na podstawie poniższej tabeli.

Pora roku	Lato	Jesień	Zima	Wiosna
Liczba dni	90	93	85	97
Dawka siarczanu glinu [g/m^3]	50	60	45	65
Dawka wapna [g/m^3]	10	12	9	13

[kg/rok]

[t/rok]

2. Średnie dobowe zużycie koagulantu.

[kg/d]

3. Maksymalne dobowe zużycie koagulantu.

[kg/d]

4. Wielkość zapasu koagulantu.

[kg],

gdzie:

minimalny normatywny czas zapasu (
[d] ).

[kg].

Przy minimalnym dobowym zużyciu koagulantu (dawka minimalna wynosi 45 [g/m³],
71000 [m³/d] zapewniony czas zapasu wynosi:

[d]

5. Wielkość magazynu przy magazynowaniu „na mokro”

[m³]

gdzie :

α - współczynnik zapasu

c - 25% stan nasycenia Al₂ (SO₄)₃ w temp.10 ^o C

ρ -1260 średnia gęstość przyjęta z tabeli

Wielkość i wymiary każdego ze zbiorników:

Przyjęto 3 zbiorniki o objętości
[m³] każdy. Przyjmując napełnienie zbiornika H = 3 m i wymiary w planie B = 8,5 m i L = 11 m otrzymuje się rzeczywistą objętość

[m³]

Dolna część zbiornika o wysokości 0,6 m zostanie wykorzystana dla umieszczenia rusztu drewnianego i dla gromadzenia zanieczyszczeń.

6. Wydajność pojedynczej pompy

Przewiduje się mieszanie zawartości zbiornika pompami. Każdy zbiornik będzie obsługiwany 2 pompami, przy założeniu całkowitej wymiany w ciągu 6 h. Wydajność pojedynczej pompy powinna wymościć

[m³/h]

2.0 Obliczenie zużycia i zapasu wapna w stacji uzdatniania wody oraz powierzchni magazynu.

Magazynowanie wapna odbywać się będzie metodą „na sucho”.

2.1 Współczynnik przeliczeniowy masy reagentu na CaO.

Dla wapna współczynnik odczytujemy z tablic. Wynosi on
.

2.2 Całkowite roczne zużycie wapna w przeliczeniu na Ca0.

[kg/rok]

Obliczenie wykonujemy na podstawie przewidywanych dawek reagentu w przeliczeniu na CaO, na podstawie tabeli przedstawionej w punkcie 1.2

[kg/rok]

[t/rok]

2.3 Średnie dobowe zużycie wapna.

[kg/d]

2.4 Maksymalne dobowe zużycie wapna.

[kg/d]

2.5 Wielkość zapasu wapna.

[kg],

gdzie:

minimalny normatywny czas zapasu (
[d] ).

[kg].

Przy minimalnym dobowym zużyciu wapna (dawka minimalna wynosi 9 [g/m³],
71000 [m³/d] zapewniony czas zapasu wynosi:

[d]

2.6 Wielkość powierzchni magazynowania netto

gdzie:

ρ_n - gęstość nasypowa wapna

Przyjęto ρ_n = 1000 [kg/m³]

-wysokość warstwy składowej[m]

[m²]

1. wielkość powierzchni magazynowania brutto

gdzie:

- współczynnik zwiększający się ze względu na komunikację wewnętrzną ;Przyjęto
=1,2

3 Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu siarczanu glinu.

3.1 Obliczenie zbiorników roztworowych.

Przy założeniu, że stężenie roztworu roboczego wynosi
, objętość zbiorników roztworowych

[m³].

Przyjęto 2 zbiorniki roztworowe o objętości każdego z nich V_r = 27,5[m³] i wymiarach:

Wysokość czynna zbiornika h_r =3[m], szerokość b_r = 2,53[m], długość l_r = 3,06[m],

Całkowita wysokość zbiornika:

gdzie:

h_o - wysokość położenia krawędzi zbiornika ponad zwierciadłem roztworu.

Przyjęto h_o = 0,4[m]

h_r- wysokość użyteczna: h_r =3[m],

3.2 Obliczenie instalacji sprężonego powietrza.

Zakładamy, że mieszanie zawartości zbiornika roztworowego dokonywane będzie przy użyciu sprężonego powietrza dostarczanego przez sprężarkę.

Ilość powietrza niezbędnego do mieszania pojemności zbiorników roztworowych:

gdzie:

b_r, l_r - wymiary zbiornika w planie, przyjęto b_r =4[m]
=5[m]

- intensywność doprowadzania powietrza, przyjęto

4. Obliczenie zbiorników do przygotowania roztworu wapna.

Zużycie wapna w projektowanej stacji uzdatniania wynosi 1575g [kg/d]., stosujemy mleko wapienne. Zbiornik mieszany będzie mieszadłem łapowym.

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie mleka wapiennego w przeliczeniu na CaO wynosi:

[kg/d].

4.1 Obliczenie objętości zbiornika.

[m³],

gdzie:

wymagane stężenie roztworu
,

gęstość roztworu
,

liczba przygotowań roztworu w ciągu doby
.

4.2 Obliczenie wymiarów zbiornika.

Wymiary zbiornika ustalono przy założeniu, że średnica zbiornika D równa jest jego wysokości czynnej H wypełnionej roztworem.

Wówczas stosunek D : H = 1 i średnica zbiornika wynosi:

.

Przyjęto ostatecznie zbiornik o wymiarach:

• średnica zbiornika D = 2,6 [m],

• wysokość czynna zbiornika H = 2,6 [m],

• wysokość całkowita H_c = 3,2[m]

4.3 Obliczenie wymiarów mieszadła.

• Powierzchnia łap wynosi:

[m²],

• długość łapy:

[m].

Przy założeniu, że łapy umieszczone są na dwóch poziomach, czyli liczba par łap na jednej osi z = 2, szerokość łapy wynosi:

[m].

4.4 Obliczenie mocy silnika poruszającego mieszadło.

[W],

gdzie:

moc na wale mieszadła [W],

współczynnik zapasu mocy
,

sprawność przekładni
,

liczba łap mieszadła,

współczynnik oporów hydraulicznych łap mieszadła,

gęstość wody [kg/m³],

prędkość obrotowa łap mieszadła [s^-1],

szerokość łapy mieszadła [m],

połowa długość łapy mieszadła [m].

Zatem:

[W]
[kW].

5 Obliczenie dawkowników.

5.1 Dobór pompy dawkującej roztwór siarczanu glinu.

Pompę dobieram przy następujących danych:

• natężenie przepływu uzdatnianej wody Q = 83000m³/d = 0,96m3/s.

• dawka koagulantu w odniesieniu do produktu bezwodnego, chemicznie czystego D = 65 g/m³;

• wsp. przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego f = 2,12;

• stężenie dawkowanego roztworu siarczanu glinu c = 5 %;

• gęstość roztworu siarczanu glinu ၲ = 1,05 t/m³.

Wymagana wydajność pompy:

Dobrano pompę typu ND, wielkość B, pracującą w zespole czterech pomp o średnicy nurnika 40 mm i skoku nurnika 100 mm. Pompa ta ma maksymalną wydajność 9080 l/h i może pracować przy przeciwciśnieniu 60 m H₂O.

5.2 Dobór pompy dawkującej mleko wapienne.

Pompę dobieram przy następujących danych:

• natężenie przepływu uzdatnianej wody Q = 83000m³/d = 0,96m3/s..

• dawka wapna w odniesieniu do produktu bezwodnego, chemicznie czystego D = 13 g/m³;

• wsp. przeliczeniowy masy reagentu w postaci chemicznie czystej i bezwodnej na masę produktu technicznego f = 1,46;

• stężenie dawkowanego roztworu mleka wapiennego c = 5 %;

• gęstość roztworu mleka wapiennego ၲ = 1,0 t/m³.

Wymagana wydajność pompy:

Dobrano pompę typu ND, wielkość B, pracującą w zespole czterech pomp o średnicy nurnika 40 mm i skoku nurnika 60 mm. Pompa ta ma maksymalną wydajność 1444 l/h i może pracować przy przeciwciśnieniu 400 m H₂O.

6 Obliczenie mieszalnika

Przyjąłem mieszalnik pionowo - wirowy.

6.1 Objętość czynna mieszalnika:

gdzie:

t - czas przebywania wody w mieszalniku; t = 120 [s]

Q - w m³ / h; ; Q = 83000m³/d = 3458 m³/h

6.2 Powierzchnia w górnej części mieszalnika:

gdzie:

v_g - prędkość pionowa w górnej części mieszalnika (na poziomie koryt zbiorczych);

v_g = 0,025 [m/s],

Q - w m³ / h; Q = 83000m³/d = 3458 m³/h

6.3 Średnica górnej części mieszalnika:

6.4 Wysokość dolnej (stożkowej części mieszalnika):

gdzie:

d - średnica przewodu doprowadzającego wodę do mieszalnika. Przy założeniu utrzymania prędkości dopływowej v_d = 1Ⴘ2 m/s,

α - kąt rozwarcia stożka; α = 30Ⴘ40°; przyjęte v_d = 1,2 [m/s], α = 40°

6.5 Objętość dolnej stożkowej części mieszalnika:

6.6 Wysokość górnej części mieszalnika

6.7 Całkowita wysokość mieszalnika:

gdzie:

h_k - wzniesienie krawędzi mieszalnika ponad zwierciadło wody; h_k = 0,3Ⴘ0,5 m, przyjęto h_k = 0,4 [m]

1. Obliczanie koryt zbiorczych.

Woda po przejściu przez mieszalnik zbierana będzie przez koryta zbiorcze umieszczone na obwodzie zewnętrznym urządzenia.

Przekrój poprzeczny koryta:

gdzie:

v_k - prędkość przepływu wody w korycie zbiorczym; v_k = 0,6 [m/s],

Q - w m³ / h; Q = 3458 [m³/h]

Przy założonej szerokości koryta b_k = 0,5 m, wysokość słupa wody

Woda do koryta zbiorczego dopływa przez otwory umieszczone na obwodzie mieszalnika.

Powierzchnia otworów:

gdzie:

v_o - prędkość przepływu wody przez otwory; v_o = 1 [m/s]

Liczba otworów:

gdzie:

d_o - średnica otworu; d_o = 0,06Ⴘ0,12 m, przyjęto d_o = 0,12 [m]

Odległość między osiami otworów:

6.9 Odprowadzenie wody:

Woda z mieszalnika pionowo - wirowego odprowadzana jest przewodem kołowym, przy zachowaniu prędkości v = 0,8 Ⴘ 1,2 m/s, przy czym czas przebywania wody w przewodnie nie powinien przekraczać 2 minut.

Dla przepływu 3458 m³/h = 0,96 m³/s, przyjęto przewód o średnicy d = 1 m, co zapewnia prędkość przepływu v = 1 m/s.

7. Obliczenie klarowników

Przyjmuję, iż do klarowania i odbarwiania wody na drodze koagulacji i sedymentacji będzie służyć klarownik korytarzowy z zawieszonym osadem o jednostajnym przepływie.

7.1 Obliczeniowa wydajność klarowników w okresie letnim:

Koncentracja zawiesin w wodzie dopływającej do klarownika w okresie letnim:

gdzie:

Z - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie surowej w okresie letnim, Z = 240 [g/m³]

D_K - dawka koagulantu w okresie letnim w przeliczeniu na produkt bezwodny,

D_k = 50 [g/m³]

K - współczynnik przeliczeniowy, dla nieczyszczonego siarczanu glinu K=1,0

B - barwa wody surowej w okresie letnim, B = 30 [g Pt/m³]

D_W - dawka wapna w okresie letnim, D_w = 10 [g/m³]

C_p = 240 + 1,0 · 50 + 0,25 · 30 + 0,6 · 10 = 303,5 [g/m³]

Obliczeniowa wydajność klarowników dla okresu letniego:

gdzie:

Q_u - wymagana użyteczna wydajność klarownika, Q_u = 3458 m³/h

C_p - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie doprowadzanej do klarownika, z uwzględnieniem zawiesin powstających w wyniku traktowania wody reagentami,

C_p = 303,5 [g/m³]

C_o - zawartość zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika, C_o=12 [g/m³]

C_os - średnia koncentracja zawiesin w usuwanym osadzie,

dla T = 6[h], C_os = 24000 [g/m³]

7.2 Obliczeniowa wydajność klarowników w okresie zimowym:

Koncentracja zawiesin w wodzie dopływającej do klarownika w okresie zimowym:

gdzie:

Z - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie surowej w okresie zimowym,

Z = 340 [g/m³],

D_k - dawka koagulantu w okresie zimowym, D_k = 45 [g/m³],

K - współczynnik przeliczeniowy, dla nieoczyszczonego siarczanu glinu K = 1,0

B - barwa wody surowej w okresie zimowym, B = 50 [g Pt/m³],

D_w - dawka wapna, D_w = 9 [g/m³]

C_p = 340 + 1,0 · 45 + 0,25 · 50 + 0,6·9 = 402,9 [g/m³]

Obliczeniowa wydajność klarowników dla okresu zimowego:

gdzie:

Q'_u - wymagana użyteczna wydajność klarownika, Q_u = 3458 [m³/h],

C'_p - maksymalna zawartość zawiesin w wodzie doprowadzanej do klarownika, z uwzględnieniem zawiesin powstających w wyniku traktowania wody reagentami,

C'_p = 402,9 [g/m³],

C'_o - zawartość zawiesin w wodzie odpływającej z klarownika, C_o=12 [g/m³],

C'_os- średnia koncentracja zawiesin w usuwanym osadzie,

dla T = 6[h], C_os = 27000 [g/m³]

7.3 Powierzchnia strefy klarowania dla okresu letniego:

gdzie:

F_k - powierzchnia strefy klarowania ponad zawieszonym osadem,

K - współczynnik rozdziału wody, dla okresu letniego K = 0,7,

Q_ob - obliczeniowa wydajność klarownika, dla okresu letniego Q_ob = 2994 [m³/h],

v - obliczeniowa pionowa prędkość przepływu wody przez strefę klarowania, dla okresu letniego v = 1,1 [mm/s]

7.4 Powierzchnia strefy klarowania dla okresu zimowego:

gdzie:

F'_k - powierzchnia strefy klarowania ponad zawieszonym osadem,

K' - współczynnik rozdziału wody, dla okresu zimowego K = 0,7

Q'_ob - obliczeniowa wydajność klarownika, dla okresu zimowego Q_ob.= 3001,5 [m³/h]

v' - obliczeniowa pionowa prędkość przepływu wody przez strefę klarowania,

dla okresu zimowego v = 1,0 [mm/s]

7.5 Powierzchnia komory zagęszczacza dla okresu letniego:

gdzie:

- współczynnik zmniejszający obliczeniową prędkość pionową przepływu wody w strefie zagęszczania w stosunku do wartości tej prędkości w strefie klarowania,
=0,9

Przy uwzględnieniu poprzednich wartości oraz współczynnika α = 0,9 powierzchnia ta wyniesie:

7.6 Powierzchnia komory zagęszczacza dla okresu zimowego:

Przy uwzględnieniu poprzednich wartości oraz współczynnika α = 0,9 powierzchnia ta wyniesie:

7.7 Liczba i wymiary klarowników:

Łączna powierzchnia klarowników:

• dla okresu letniego:

F = F_k + F_zg = 529 + 252 = 781 [m²]

• dla okresu zimowego:

F' = F'_k + F'_zg = 584 + 278 = 862 [m²]

Do dalszych obliczeń przyjęto powierzchnie większe, czyli dla okresu zimowego

F' = 862 [m²]

Przy założeniu, że powierzchnia 1 klarownika nie powinna przekraczać 100 [m²], przyjęto n = 11 klarowników o powierzchni każdego z nich:

F^'₁= F^' : 9 = 862 :9 = 96[m²]

Powierzchnia każdej z 2 części strefy klarowania ponad zawieszonym osadem, w jednym klarowniku:

Przy założeniu szerokości strefy klarowania b_k = 3 [m], długość klarownika wyniesie:

l_k = f_k : b_k = 32,4 : 3 = 10,8 [m]

Powierzchnia zagęszczacza w jednym klarowniku:

Przy długości klarownika l_k = 10,03[m], szerokość zagęszczacza wyniesie:

b_zg = f_zg : l_k = 31 : 10,8 =2,9 [m]

7.8 Doprowadzenie wody do strefy klarowania

Woda do strefy klarowania doprowadzana będzie przewodami perforowanymi ułożonymi na dnie.

Maksymalny dopływ wody do jednego przewodu:

Ponieważ prędkość przepływu na początku przewodu powinna być utrzymana w granicach 0,4 do 0,6 [m/s], przyjęto przewód o zmiennej średnicy.

Poszczególne odcinki przewodu mają następujące długości i średnice oraz na początku każdego z nich panuje prędkość:

1) l₁ = 3,5[m]; d₁ = 300 [mm] v₁ = 0,43[m/s]

2) l₂ = 3,5[m]; d₂ = 250 [mm] v₁ = 0,48[m/s]

3) l₃ = 3,5[m]; d₃ = 200 [mm] v₃ = 0,62[m/s]

Woda do strefy klarowania wpływać będzie z prędkością początkową v_o = 1,8 [m/s] przez otwory umieszczone w przewodzie doprowadzającym. Osie otworów stanowiących perforacje są odchylone od osi pionowej przewodu o 45^o i będą miały średnice d_o = 0,02[m].

Przy założonej prędkości v_o i oraz średnicy otworu d_o wymagana liczba otworów wyniesie:

Przy zachowaniu rozmieszczenia otworów w dwóch rzędach odległość między osiami otworów wyniesie:

7.9 Odprowadzenie wody sklarowanej na zewnątrz klarownika:

Woda sklarowana gromadząca się ponad warstwą zawieszonego osadu odprowadzana będzie za pomocą koryt zbiorczych umieszczonych przy ścianach strefy klarowania wzdłuż całej długości klarownika. Ponieważ z jednej strefy klarowania odprowadzana będzie woda w ilości q_k = 0,036 [m³/s], to przy zachowaniu prędkości przepływu wody w korycie v_k = 0,6 [m/s], wymagany przekrój koryta wyniesie:

Wymiary koryta: szerokość b = 0,2 [m], maksymalne napełnienie h = 0,19 [m].

Woda sklarowana do koryta zbiorczego dopływać będzie przez przelewy Thomsona (przelewy trójkątne o kącie rozwarcia 90^o).

Przy łącznej długości koryt w jednej strefie klarowania:

2 · l_k = 2·10,8 = 21,6 [m]

oraz ilości wody odprowadzanej:

0,046 ·3600 = 165,6 [m³/h]

obciążenie krawędzi przelewu wyniesie:

q = 165,6 : 21,6 = 8 [m³/h·m]

Dla q = 8 [m³/h·m] napełnienie przelewów wynosi ok. 4[cm]

Przyjęto całkowitą wysokość koryta h = 0,25 [m].

7.10 Odprowadzenie nadmiaru osadu do zagęszczacza:

Nadmiar osadu zawieszonego, ze strefy klarowania do komory zagęszczacza, odpływać będzie przez otwory umieszczone w ścianie pionowej rozdzielające klarownik na te dwie części.

Ilość odpływającego przez otwory osadu nadmiernego:

Przy założeniu prędkości przepływu osadu przez otwory v_ot = 54 [m/h] powierzchnia otworów wyniesie:

Przyjęto otwory o przekroju prostokątnym i wysokości h_ot = 0,3[m].

Całkowita długość otworów

Przyjęto 10 otworów o szerokości jednego b_ot = 0,303 [m] i odległości między osiami

e_ot = l_k : 10 = 10,8 : 10 = 1,08[m]

7.11 Odprowadzenie wody z komory zagęszczacza

Woda sklarowana z komory zagęszczacza odprowadzana jest za pomocą perforowanych przewodów ułożonych na głębokości 0,3[m] poniżej zwierciadła wody. Jednocześnie odległość od osi tych przewodów do górnej krawędzi otworów między strefą klarowania i komora zagęszczacza nie może być mniejsza od 1,5[m]

Woda sklarowana odprowadzana będzie dwoma przewodami. Ilość wody odprowadzonej każdym przewodem, przy uwzględnieniu strat wody przy usuwaniu osadu wynosi:

gdzie:

K', C'_p , C_o', C_os' i Q_u' - jak w poprzednich obliczeniach,

n - liczba klarowników w stacji n = 9

K_r - współczynnik uwzględniający rozcieńczenie usuwanego osadu K_r = 1,2

Przy utrzymaniu warunku, że prędkość wypływu wody z przewodu nie może przekraczać

v_oz = 0,6 [m/s], przyjęto średnicę przewodu d_oz = 0,15 [m], co odpowiada prędkości wypływu wody z przewodu v_oz = 0,51[m/s].

Woda dopływa do przewodu przez otwory o osiach odchylonych od osi pionowej przewodu o 45^o, umieszczone w dolnej jego części. Przy założeniu średnicy otworu d_o = 0,018[m] oraz prędkości przepływu wody przez otwór v_o = 1,5 [m/s] liczba otworów w jednym przewodzie wyniesie:

Przy długości klarownika l_k = 10,8 oraz umieszczeniu otworów w dwóch rzędach, odległość między osiami otworów wynosi:

7.12 Wysokość klarownika liczona od osi przewodu doprowadzającego wodę do strefy klarowania do górnej krawędzi koryt zbiorczych w tej strefie określona jest wzorem:

gdzie:

b_k - szerokość jednej części strefy klarowania , m ; przyjęto b_k = 3 [m]

b - szerokość koryta odprowadzającego wodę sklarowaną ze strefy klarowania , m; przyjęto

b = 0,2 [m]

α - kąt zawarty między prostymi przeprowadzanymi od osi przewodu doprowadzającego wodę do górnej krawędzi koryt zbiorczych; α = 25^o

Wysokość warstwy wody ponad zawieszonym osadem przyjęto h_w = 1,7 [m]

7.13 Wysokość dolnej części klarownika o ścianach odchylonych od pionu:

gdzie;

a - szerokość dna dolnej części strefy klarowania, m; przyjęto a = 0,4[m]

β - kąt nachylenia ścianek względem poziomu; β = 70^o

Przy uwzględnieniu powyższych wymiarów oraz wysokości otworów prostokątnych do odprowadzenia nadmiaru osadu h_ot = 0,3[m], wysokość warstwy zawieszonego osadu w klarowniku wynosi:

h_z = H_k - (h_w + h_d + h_ot) = 5,9 - (1,7 + 1,85 +0,3) = 2,05[m]

Wartość ta należy do przedziału 1,5-2,5.

Sprawdzenie czasu przebywania osadu w komorze zagęszczacza.

Objętość zagęszczacza określamy ze wzoru:

gdzie:

V_zg -całkowita objętość dwuczęściowego zagęszczacza w jednym klarowniku, m³

b_zg - szerokość całkowita zagęszczacza, m; przyjęliśmy b_zg = 2,9 [m]

Ilość osadu i czas zagęszczenia osadu.

Ilość osadu dopływającego w ciągu godziny do zagęszczacza:

- w okresie letnim

- w okresie zimowym

Czas zagęszczenia osadu:

- w okresie letnim

- w okresie zimowym

7.14 Odprowadzenie osadu z komory zagęszczacza:

Osad z zagęszczacza odprowadzany jest dwoma przewodami perforowanymi. Czas przepływu osadu przez przewód: t_p = 0,25 + 0,33·h, prędkość przepływu osadu na końcu przewodu: v₁
1[m/s], prędkość przepływu osadu w otworach v₂
3[m/s].

Biorąc pod uwagę najniekorzystniejsze warunki (wypełnienie całej objętości zagęszczacza) oraz przy założeniu, że czas przepływu osadu przez przewód t_p = 0,33·h, wymagana przepustowość przewodu odprowadzającego wynosi:

Przyjęto przewód o średnicy d_p = 0,20[m]. Przy tej średnicy, prędkość przepływu na końcu przewodu v₁ = 1,34 [m/s]. Przy założonej prędkości przepływu wody w otworach

v₂ = 4 [m/s] i przy średnicy otworu d_o = 0,02[m], wymagana liczba otworów w jednym przewodzi wyniesie:

Przy długości klarownika l_k = 10,6 [m], odległości miedzy osiami otworów wyniosą:

e = l_k : n_o = 10,8 : 41 = 0,26 [m]

8.0 Filtr jednowarstwowy pośpieszny grawitacyjny

8.1 Wymiary i liczba jednowarstwowych filtrów pospiesznych grawitacyjnych

Powierzchnia i liczba filtrów

Całkowitą wymaganą powierzchnię filtrów obliczyliśmy ze wzoru:

gdzie:

v_f - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] przy normalnym obciążeniu filtrów. v_f = 6 [m/h]

Qdmax - wymagana maksymalna dobowa wielkość dostawy wody do sieci wodociągowej [m³/d]

Qdmax = 83000 [m³/d]

n - liczba płukań każdego filtru na dobę n = 2·d^-1

t₁ - średni czas wyłączenia filtru z efektywnego działania w związku z jego płukaniem

t₁ = 20[min] = 0,33[h]

t₂ - średni czas płukania filtru t₂ = 6[min] = 0,1[h]

q - intensywność płukania wodą filtru wodą ustalona dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [l/s m²] wliczona dla średniej temperatury wody uzdatnionej 10^oC

Uwzględniając zalecenia dotyczące powierzchni pojedynczego filtru oraz ich liczby ze względu na utrzymanie odpowiednich parametrów pracy przyjęto N = 26 filtrów.

Zakładając, że płukaniu poddawany jest tylko jeden filtr oraz, że jeden filtr jest wyłączony jest do remontu, prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów wyniesie:

8.2 Wymiary filtrów:

Powierzchnia 1 filtru

Przyjęliśmy filtry o wymiarach: szerokość B = 4[m], długość L = 6,115[m] co odpowiada powierzchni każdego filtru 24,5[m²] i powierzchni łącznej F = 636 [m²].

8.3 Ustalenie charakterystyki złoża filtracyjnego:

Na podstawie charakterystyki uziarnienia filtrów pospiesznych przyjęliśmy:

• minimalna średnica ziaren d_min = 0,5[mm]

• maksymalna średnica ziaren d_max = 1,25[mm]

• równoważna średnica ziaren złoża filtracyjnego d_e = 0,7-0,8[mm]

• współczynnik nierównomierności uziarnienia K = 2 - 2,2

Wysokość warstwy przyjęliśmy H = 0,7[m]

Żwirowa warstwa podtrzymująca

Charakterystykę żwirowej warstwy podtrzymującej przyjęto:

-warstwa o uziarnieniu 16 - 32[mm] i wysokości przewyższającej o 0,1[m] poziom otworów drenarzu

- warstwa o uziarnieniu 8 - 16[mm] i H = 0,1[m]

• warstwa o uziarnieniu 4 - 8 i H = 0,1[m]

• warstwa o uziarnieniu 2 - 4 i H = 0,05[m]

8.4 Drenaż filtru

Przyjęto drenaż rurowy z jednym przewodem głównym i perforowanymi przewodami bocznymi.

Przy ustalonej maksymalnej intensywności płukania q_max = 15,29[l/s·m²] dla temperatury 20^oC oraz powierzchni pojedynczego filtru 24,5[m²] ilość wody potrzebnej do płukania pojedynczego filtru wynosi:

q_pł = q_max·f = 15,29·24,5 = 375[l/s] = 0,375[m³/s]

Zakładając prędkość przepływu wody na początku głównego przewodu drenażowego v₁=2[m/s], średnica tego przewodu wynosi:

Przyjęto średnice d_g = 0,5 co odpowiada prędkości przepływu v₁ = 1,94[m/s]

Liczbę bocznych przewodów perforowanych, ułożonych z każdej strony przewodu głównego, ustalono przy założeniu odległości między osiami przewodów l = 0,2[m]

przewodów

Zakładając prędkość przepływu wody na początku tych przewodów v₂ = 1,5[m/s], średnica przewodów wyniesie:

Przyjęliśmy średnicę przewodów bocznych 0,07[m]

Liczbę otworów w przewodach bocznych obliczono przy założeniu, że powierzchnia ich stanowi p = 0,25% = 0,0025 powierzchni filtru w planie oraz, że średnica otworu wynosi

d_o = 0,01[m].

Sumaryczna liczba otworów

otworów

W jednym przewodzie bocznym należy umieścić otwory w liczbie

otworów

8.5 Koryta zbiorcze

Przyjęto koryta zbiorcze o przekroju złożonym ; w górnej części o ścianach pionowych, a w dolnej o kształcie trójkąta.

Przy długości filtru L = 6,115[m], przyjęto n_k =3 koryta zbiorcze, o długości miedzy osiami 2,04[m].

Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości

q_k =

szerokość koryta odczytana z nomogramu dla a = 1.5 i q_k=0,122[m³/s] wynosi B = 0,481[m]

Wysokość prostokątnej części koryta

Całkowita wysokość koryta

Do obliczenia wzniesienia krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego, wykorzystaliśmy wzór:

H - wysokość warstwy złoża filtracyjnego [m], H = 0,7[m]

E - wymagane spęcznienie warstwy filtracyjnej w czasi płukania w %, e = 45%

Ponieważ całkowita wysokość koryta jest równa wzniesieniu krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego przyjęliśmy ostatecznie h_k = 0,6[m].

8.6 Kanał zbiorczy

Przyjęliśmy kanał zbiorczy o szerokości B_kz = 1,0[m]

1. Wysokość strat ciśnienia przy płukaniu filtru

Strata wysokości ciśnienia w drenażu przy

Przy prędkościach v₁ = 1,94[m/s] i v₂ = 1,5[m/s] strata wysokości ciśnienia wynosi:

Strata wysokości ciśnienia w warstwie podtrzymującej

Wysokość warstwy podtrzymującej przyjęto:

H_p = 0,34+0,1+0,1+0,05 = 0,6[m]

h₂ = 0,022თH_pთq_max = 0,022თ0,6თ15,29 = 0,20 [m H₂O]

Strata wysokości ciśnienia we właściwej warstwie filtracyjnej, przy założeniu
,
oraz porowatości m_o = 40%

Całkowita strata wysokości ciśnienia przy przepływie wody przez filtr w czasie płukania wynosi:

h = h₁ + h₂ + h₃ = 4,18 + 0,20 + 0,69 = 5,1[mH₂O]

8.8 Średnice przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę.

Przewód doprowadzający wodę uzdatnioną:

- przepływ wody

- prędkość przepływu v₁ = 1,2

- średnica przewodu

przyjmuję 1010[mm]

Przewód doprowadzający wodę do każdego z filtrów

- przepływ wody

- prędkość przepływu v₁ = 1,2

- średnica przewodu

Przewody odprowadzające wodę przefiltrowaną

- z każdego filtru - 200[mm]

- ze wszystkich filtrów 1010[mm]

Przewód doprowadzający wodę do płukania ; przyjęliśmy średnicę jak głównego przewnego przewodu drenażowego, czyli 1010[mm]

Przewód odprowadzający wodę po płukaniu:

- przepływ wody q_pł = 0,375

- prędkość przepływu v > 0,8 [m/s]

- średnica przewodu 1010[mm]

---