Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Inżynieria Środowiska

Oczyszczanie wody i ścieków

KONCEPCJA TECHNOLOGICZNA STACJI UZDATNIANIA WÓD POWIERZCHNIOWYCH

Wykonały:

Ewa Skibska

Sylwia Wajszczyk

Rok II

Sprawdził:

Dr inż. Marek Rynkiewicz

Koncepcja technologiczna stacji uzdatniania:

- Liczba mieszkańców: 20000

- Temperatura wody: 7-16 ⁰ C

- Barwa wody: 35-55 [mgPt/dm³]

- Odczyn w skali pH : 7,2

- Zasadowość: 0,9 [mval/dm³]

- Mętność wody: 40-50 [mg/dm³]

- Koagulant: zwlazawy

-Zawartość zawiesin w wodzie surowej: 110 mg/dm³

- 50 % mieszkańców klasa 4, 50 % mieszkańców klasa 5

Schemat podstawowy stacji uzdatniania wody:

Woda powierzchniowa z ujęcia

Skratki Krata(sito)

Roztwór

Mieszalnik Dawkownik

koagulantu

Komora fluktuacji Zbiornik roztworowy

Osady Osadnik Zbiornik zarobowy

Magazyn koagulantu

Ścieki po Filtr pospieszny

płukaniu filtru

Urządzenie do dezynfekcji Dowóz koagulantu

Zbiornik wody czystej

Do pompowni i do sieci wodociągowej

Wskaźniki zapotrzebowania na wodę

1) Średnie zapotrzebowanie dobowe na wodę w ciągu roku

Q_dśr=q_dśr*j.o.

kl. 4 Q_dśr4=100*10 000=1 000 000
=1 000

kl. 5 Q_dśr5=160*10 000=1 600

Q_dśr=Q_dśr4+Q_dśr5=1 000+1 600=2 600

2) Przewidywane sumaryczne zapotrzebowanie na wodę w ciągu roku

Q_r=Q_dśr*365dni

Q_r=2 600*365=949 000[
]

3) Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę w ciągu rozpatrywanego roku

Q_dmax=Q_dśr*N_d

Q_dmax=2 600*1.5=3 900

4) Średnie godzinowe zapotrzebowanie na wodę

Q_hśr=

Q_hśr=3 900/ 24 = 162,5

5) Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę

Q_hmax=Q_hśr*N_h

Q_hmax= 162,5 *1.6=260

Koagulant żelazawy- rodzaj 17, gatunek I

6) mętność:

D=7*

D=7*

D₁=7*
=49.50

D₂=7*
=51.91

D₃=7*
=54.22

7) barwa:

D=7*

D₁=7*
=44
(min.)

D₂=7*
=56.44
(max.)

Do dalszych obliczeń przyjmujemy dawkę 56.44
, 44
.

8) zasadowość:

dana zas.M=1.1
=1.1

obliczenia:

W*D+0.7=0.009*56.44+0.7=1.20796

1.1<1.20796 - należy dodać wapna

9) dawka wapna:

D_CaO=28*(W*D+0.7-zas.M)

D_CaO=28*(0.009*56.44+0.7-1.1)=3.02288

Ilość oczyszczanej wody na stacji wynosi 481.25
, więc

D_CaO=3.02288
*481.25
=1454.761

10) Zapas koagulantu

D₁=41,41

D₂=51,91

Obliczanie rocznego zużycia koagulantu:

M_r=Q_d*f*(D₁*181dni+D₂*181dni)*10^-3[
]

M_r=2 600*1,99*(41,41*200+51,91*165)*10^-3 = 87 167,15[
]

Maksymalne dobowe zużycie koagulantu:

M_dmax=Q_dmax*D_max*f*10^-3

M_dmax=3 900 * 51,91* 1,99 *10^-3= 402,82

Minimalne dobowe zużycie koagulantu:

M_dmin=Q_dśr*D_min*f*10^-3

M_dmin=2 600*41,41*1,99*10^-3=214,26

Średnie dobowe zużycie koagulantu:

M=

M= 238,81

Zapas koagulantu:

Z₁=T_min*M_dmax

Z₁=15dni*402,82
=6 042,3

Z₂=T_max*M_dmin

Z₂=30dni*214,26
=6 427,8

Do dalszych obliczeń przyjęto zapas 6 427,8

Powierzchnia magazynowania

Magazynowanie na sucho:

F=
[
]

λ

F=1.2*
=10.34[
]

Magazynowanie na mokro:

V_m= β*
[
]

Dla:

V_m1=

[
]=
[
]

Dla:

Przyjęto:

1. Zbiornik zarobowy i roztworowy (mieszanie sprężonym powietrzem):

• Objętości zbiorników:

1. Zarobowy:

V=

c = 25%

n = 1
2 (dla Q_dśr<10000m³/d)

= 1260kg/m³

2. Roztworowy:

V=

c = 5%

n = 1
2 (dla Q_dśr<10000m³/d)

= 1060kg/m³

• Wymiary zbiorników:

Zarobowy: ⇒ b x a x H 1,2m
1,2m
1,8m

Roztworowy: ⇒ 1,2m
7,0m x 1,8m

• Instalacja sprężonego powietrza:

ilość powietrza niezbędna do zbiornika zarobowego:

Q_p^z = n x b_z x l_z x q_p² = 1 x 1,2 x 1,2 x 9 = 12,96 l/sek=0,78m³/min

n - l. pracujących jednocześnie zbiorników zarobowych

b,l - wymiary

q - jedn. Intensywności doprowadzania powietrza ( q_p²=9, q_p^r = 4 )

ilość powietrza niezbędna do zbiornika roztworowego:

Q_p^r = br x lr x q_p^r = 1,2 x 7,0 x 4 = 33,6 l/sek = 2,016 m³/min

Q_p^c=0,78+2,016=2,796m³/min=0,047m³/sek

2. Dawkownik:

1.Wydajność dawkownika roztworu :

q_d=
dm³/s

Q - obliczeniowe natężenie przepływu uzdatnianej wody [m³/s]

D - dawka reag. w przeliczeniu na produkt bezwodny chemicznie czysty [g/m³]

f - współczynnik przeliczeniowy masy reagenta z postaci chemicznie czystej i bezwodnej na postać produktu technicznego

c - stężenie dawkowanego reagenta [%]

- gęstość właściwa roztworu [t/m³]

2. Objętość użyteczna dawkownika:

V = 3,6 x q_d x T = 3,6 x 0,158 x 7 = 3,982m³

V = 4,0 m³ na każdy dawkownik

q_d - wydajność dawkownika [m³/sek]

T - czas, na jaki powinna wystarczyć jednorazowo przygotowana zawartość zbiornika [h]

Wymiary dawkownika: a=2m, b=2m, h=1m

III . Mieszalnik hydrauliczny z przegrodami i przepustami:

1. Obliczanie wymaganej powierzchni przepustów:

f_{p =
=
=} 0,045m²

v_p- prędkość przepływu wody w przepustach

Q_dmax- maksymalna dobowa wydajność stacji

2. Powierzchnia czynna przekroju koryta za trzecią przegrodą:

F =
=
= 0,1125 m²

a- liczba wskazująca na stosunek pow. przepustów do czynnej pow. przekroju poprzecznego

3. Obliczanie szerokości koryta mieszalnika:

B =
= 0,28m

4. Straty ciśnień przy przepływie wody przez przepusty:

hs =

vp - prędkość przepływu wody przez przepusty

g- przyspieszenie ziemskie

µ ≤ 0,75 - współczynnik przepływu przez otwory przepustu

5.Obliczanie wysokości napełnienia koryta przed każdą przegrodą:

H₄ = 0,4

H₁ = H₄+3h_s

H₁ = 0,619m

H₂ = H₄+2h_s

H₂ = 0,546 m

H₃ = H₄+h_s

H₃ = 0,473 m

6.Obliczanie wysokości przepustów w każdej przegrodzie:

h₁ = H₂ - h_z

h₁ = 0,546 -0,1 = 0,446 m

h₂ = H₃ - h_z

h₂ = 0,473 - 0,1 = 0,373 m

h₃ = H₄ - h_z

h₃ = 0,4 - 0,1 = 0,3 m

7.Obliczanie szerokości przepustu:

f_p = h_i x b_i b_i =

b₁ =

b₂ =
m

b₃ =
m

8. Obliczanie odległości między przepustami:

L = 2 x B L = 2 x 0,28 = 0,56 m

9. Obliczanie objętości komory mieszalnika:

V = B x H_i x L

V₁ = 0,28 x 0,619 x 1,56 = 0,097 m³

V₂ = 0,28 x 0,546 x 1,56 = 0,086 m³

V₃ = 0,28 x 0,473 x 1,56 = 0,074 m³

V₄= 0,28 x 0,4 x 1,56 = 0,063 m³

∑V = 0,32 m³

10. Obliczanie czasu przepływu wody przez zbiornik:

t_p=

IV. Komora flokulacji z mieszadłami łopatkowymi o osi poziomej:

1. Objętość komory flokulacji

2. Całkowita długość komory

L=β x H x Z=1,3 x 4 =10,4m

3. Szerokość komory

4. Średnica ramy mieszadła

D_T= H - 2 x h=4-2x0,2=3,6m

5. Długość łopatek mieszadła

6. Szerokość łopatki mieszadła

7. Zapotrzebowanie na moc

N_W=Z x m x Π³ x ζ x k³ x n³ x ρ x l x (r₂⁴ - r₁⁴)

Nw=3 x 24 x 3,14³ x 1,35 x 1³ x 0,04³ x 1000 x 0,239 x(1,8⁴ - 1,781⁴)=50,02W

8. Moc silnika

9. Średnia wartość gradientu prędkości ruchu wody w komorze

25 < G < 65

10. Kryterialna liczba bezwymiarowa

M=G x T = 30,566 x 40 x 60 = 73 358,4

40 000 < M < 210 000

V. Osadnik prostokątny o poziomym przepływie wody

1. Obliczanie prędkości opadania zawiesin:

-koncentracja zawiesin w ujmowanej wodzie z = 40g/m³

-prędkość opadania zawiesin u = 0,43mm/s

2. Długość osadnika:

L =

v-pozioma prędkość przepływu wody v
k x u = 10 x 0,43 = 4,3

u- prędkość opadania najmniejszych cząstek mm/s

k- współczynnik

H- średnia głębokość części przepływowej osadnika

3. Powierzchnia osadników:

F =

α-współczynnik zapasu

4. Szerokość osadnika:

∑B =
osadniki po 4,2 m każdy

5. Sprawdzenie warunków panujących w osadniku:

1. promień hydrauliczny:

Rh =

B- szerokość osadnika

H- średnia głębokość części przepływowej

b) liczba Reynoldsa:

Re =
< 12500 - Warunek spełniony.

v- pozioma prędkość przepływu wody

ν-współczynnik lepkości kinematycznej

c) Liczba Froude`a:

Fr =
> 1*10^-6 Warunek spełniony

v-pozioma prędkość przepływu wody

g- przyspieszenie ziemskie

6. Głębokość osadnika:

1. całkowita średnia głębokość osadnika:

H_c = H + h_k + h₀ = 2,0 + 0,5 + 0,5 = 3,0 m

H- średnia głębokość części przepływowej osadnika

h_k- wysokość wyniesienia ściany osadnika ponad zwierciadło wody

h_o- wysokość części osadnika przeznaczonej na osad i zgrzebło-zgarniacz

2. całkowita wysokość przy wlocie:

H_c' = H_c +

L- długość osadnika

i- spadek hydrauliczny

c)całkowita wysokość przy wylocie:

H_{c'' =} H_c -

7. Doprowadzenie wody do osadnika:

1. wymagana powierzchnia otworów

∑f₀=

n- liczba osadników

v₀- prędkość przepływu wody przez otwory

b) liczba otworów:

n₀ =
otworów

f₀-powierzchnia otworów = Πr² =3,14*0,05²= 0,0078

8. Odprowadzanie wody z osadnika:

1. długość ścianki koryta:

l_k=

q_k-dopuszczalne obciążenie krawędzi koryta zbiorczego

b) rzeczywiste obciążenie:

q_k =

l_krzecz- rzeczywista długość ścianek koryta

c) przekrój czynny koryta o jednostronnym zasilaniu:

f_k1=

v_k- prędkość przepływu wody w korytach odpływowych m/s

Wysokość czynna koryta h_k=0,2m

Szerokość czynna b=0,2m

d) przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu:

f_k2=

Wysokość czynna koryta h_k= 0,30m

Szerokość czynna koryta b= 0,30m

9. Komora osadowa:

a) wysokość komory osadowej:

h_os =

α- kąt nachylenia krawędzi bocznych do poziomu

b- szerokość dolnej ściętej krawędzi komory osadowej (m)

b) objętość komory osadowej:

V_{os =}

c) okres pracy między kolejnymi opróżnieniami komory osadowej:

T =

C_os = 8000g/m³

C_o = 10

Cp = z + k x Dk +0,25 x B + A = 40 + 0,55 x 50,72 + 0,25 x 52,5 + 50 = 131,021

d) Objętość zatrzymanego osadu:

V_os'=

T- okres pracy między opróżnieniami

T' = T x

VI. Filtr pospieszny grawitacyjny:

Na podstawie analizy sitowej próbki 100 g piasku kwarcowego rzecznego, średnio ziarnistego stwierdzono:

- minimalna średnica ziaren - d_min = 1,0mm

- maksymalna średnica ziaren - d_max = 2,0mm

- równoważna średnica ziaren d_e = 1,2m

- d₁₀=1,1mm

- d₉₀=1,9mm

- współczynnik nierównomierności uziarnienia k = 1,6

Przyjęto: - wymagana ekspansja złoża = 30%

- porowatość złoża filtracyjnego m_o = 40%

- wartość f ekspansji złoża f ( m_o,e ) = 0,48

f(m_o,e)=

- średni czas wyłączania filtru w okresie jego płukania t₁ = 20 min

- czas płukania filtra t₂ = 6 min

- obliczeniowa prędkość filtracji v_f = 7,0 m/h

- czas pracy filtrów w ciągu doby T = 24 h/d

- wysokość złoża filtracyjnego filtracyjnego =1,2m

- współczynnik kształtu ziaren ziaren = 1,2

- gęstość wody w 20°C ρ = 998,195kg/m³ / gęstość gęstość 8^oC ρ = 999,84kg/m³

- gęstość właściwa materiału filtracyjnego ρ_w = 2,65 g/cm³

1. Prędkość filtracji dla filtrów do odżelaziaczy:

2. Okres użytecznej pracy odżelaziaczy:

3. Częstotliwość płukania odżelaziaczy:

co 4,5 dnia

co 8,5 dnia

4. Wymagana intensywność płukania filtrów:

q = 73,5 x

q₁=
dla (20^oC)

q₂=
dla (8^oC)

- ρ - gęstość wody

- ρ_w - gęstość właściwa materiału filtracyjnego

- d_e - równoważna średnica ziaren

- α - współczynnik kształtu ziaren

- ψ - kinematyczny współczynnik lepkości wody

5. Długość cyklu filtracyjnego (między płukaniami):

T_f1 =
dla (20^oC)

T_f2 =
dla (8^oC)

Δh_gr - graniczna maksymalna strata ciśnienia przy przepływie wody przez złoże

B - stała wyznaczona doświadczalnie zależna od właściwości wody surowej i złoża filtracyjnego wyrażająca wysokość przyrostu straty ciśnienia

Δh₀ - początkowa strata ciśnienia:

Δh₀₁ =
dla (20^oC)

Δh₀₂ =
dla (8^oC)

H - wysokość złoża filtracyjnego (filtracyjnego)

α - współczynnik kształtu ziaren

V_f - obliczeniowa prędkość filtracji

M_o - porowatość złoża filtracyjnego

Ψ - kinematyczny współczynnik lepkości wody

d_e - równoważna średnica ziaren (mm)

6. Liczba płukań na dobę:

n₁=
co 4 dni (20^oC)

n₂=
co 7,5 dnia (8^oC)

7. Całkowita powierzchnia filtrów:

F₁=

F₂=

8.Liczba filtrów :

N₁ = ½*

N₂ = ½*

9. Powierzchnia jednego filtra:

f₁ =

f₂ =

10. Prędkość filtra podczas płukania jednego z filtrów:

V_fp1 =

V_fp2 =

N₁- liczba filtrów jednocześnie wyłączonych z eksploatacji

VII. Urządzenie do chlorowania wody

1. Wydajność chloratora

G = d x Q = 2 x 260 = 520kg Cl₂/m³

2 zbiorniki po 260 kgCl₂/m³

d- dawka chloru

Q -maksymalna godzinowa wydajność stacji

VIII. Zbiornik wody czystej

V = 2 x Q_dmax = 2 x 2600 = 5200 m³

2 zbiorniki po 2600 m³ wymiary : 15 x 15 x 12 m

---