PROJEKT PRZEJŚCIOWY

Z UZDATNIANIA WODY POWIERZCHNIOWEJ

Charakterystyka fizyko-chemiczna i bakteriologiczna wody surowej:

Temperatura max 18⁰C

Temperatura min 1⁰C

Barwa: 29-36 mg Pt/l

pH: 8,2

Zawiesina og.: 69 mg/l

Żelazo: 0,1 mg Fe/l

Chlorki: 100 mg Cl^-/l

Miano Coli:50 0,001ml

Mętność: 66,2-72 NTU

Utlenialność: 2,8 mg/l

Mangan: 0,0 mg Mn/l

Zasadowość 290 mg CaCO₃/l

Epichlorohydryna 0,2 μg/l

Chlorki 100 mg Cl/l

Subst. Rozp 240 mg/l

1.Wyznaczenie układu technologicznego

Dla usunięcia zanieczyszczeń zaprojektowano układ technologiczny realizujacy sekwencję procesów:

• koagulacji

• flokulacji

• sedymentacji

• filtracji

• dezynfekcji końcowej

Do procesu koagulacji zaprojektowano użycie koagulanta PAX -XL 60.Jest to wodny roztwór polichlorku glinu.

2. Obliczenia technologiczne

2.1. Obliczenie indeksu mętności:

I_m =

gdzie:

Z - zawiesina = 69 [mg/l], dla C_max;

M - mętność = 72 [NTU], dla C_max dla C_max tj. ok. 144 mg SiO₂/dm³

Z - zawiesina = 65 [mg/l], dla C_90%;

M - mętność = 66,2 [NTU], dla C_90% dla C_90% tj. ok. 132,4 mg SiO₂/dm³

zawiesina drobna

zawiesina drobna

2.2. Obliczenie dawki koagulanta

2.2.1 Koagulant:

Jako koagulant stosujemy polichlorek glinowy PAX - XL60 - wodny roztwór polichlorku glinu.

• Dla mętności:

MĘTNOŚĆ	[NTU]	20	30	40	50	100	200
DAWKA	[mgAl/l]	2,0	2,5	2,8	3,0	3,5	5,0

Dla mętności 72 NTU przyjęto następującą dawkę koagulanta:

D(M=72[NTU])= 3,2 [mgAl/l ]

Przeliczamy dawkę w glinie na dawkę w PAX-ie:

D= 3 [mg Al./l] = 32,5 [ml PAX/m³]

• Dla barwy:

BARWA	[mgPt/l]	20	40	60	80	100	130	200
DAWKA	[mgAl/l]	1,2	2,0	5,0	6,5	8,0	10,5	16,0

Zgodnie z powyższą tabelką, przyjmuję następującą dawkę koagulanta:

D(B = 36 [mg Pt/l]) = 1,8 [mgAl/l]

Przeliczamy dawkę w glinie na dawkę w PAX-ie

D= 1,8 [mg Al./l] = 18,3 [ml PAX/m³]

Otrzymano następujace dawki

• B (D= 18,3 [ml PAX/m³])

• M( D= 32,5 [ml PAX/m³])

Przyjmujemy dawkę

D= 32,5 [ml PAX/m³]

2.2.2 Magazynowanie koagulanta

Projektuje się dwa zbiorniki do magazynowania PAX o łącznym czasie przechowywania 30 dni. Zbiornik projektujemy na wartość C_90%.

B = 29 [mgPt/l]
D = 1,6 [mgAl/l]

M = 66,2 [NTU]
D = 3,2 [mgAl/l]

Dla D = 3,2 [mgAl/l]
D = 32,5 [ml PAX/m³]

• Dobowe zużycie PAX

Q_d = 22800 m³/d

Q_h = Q_d/ 24 = 22800/24 = 950 [m³/h] = 0,264[m³/s]

Z_d - zużycie dobowe PAXu (D = 32,5 [ml PAX/m³])

• Projekt magazynowania

Projektuje się dwa zbiorniki do magazynowania PAX o łącznym czasie przechowywania 30 dni. Zbiornik projektujemy na wartość C_90%.

2 zb. → τ = 30 dni

Dla V_{śr zb} = 11,1 dobrano zbiornik Metalchem Plasticon o pojemności V= 12,5 m³

Typ - 160 A-C 12,5 A

Długość L = 6650 mm

Wysokość H = 320 mm

Średnica wewnętrzna D_w = 1600 mm

2.2.3 Dobór pomp dawkujących

Pompę dobieramy na p_max

Q_maxp = Q_h= (741 l/d ) :24 h = 30,875

Q
=
l/h

Z katalogu dobrano pompę o następujących parametrach:

ProMinent Pompa Meta MTK; typ 04033 o wydajności 34,9 l/h

2.2.4 Sprawdzenie spadku zasadowości

Zas = 290 mg CaCO₃ /l

Spadek zasadowości wynosi 5,6 [mg CaCO₃/mgAl].

tzn., że spadek przy dawce 3,2 [mgAl/l], wyniesie 3,2∙5,6 = 17,92 [g CaCO₃].

Zasadowość po koagulacji:

Z_pk =290 - 17,92 = 272,08 [mg CaCO₃/l]

Z nomogramu równowagi węglanowo - wapniowej dla pH = 8,2 wynika, że woda po koagulacji znajduje się w strefie wód nie korozyjnych.

3. Wymiarowanie komór szybkiego mieszania

3.1 Objętość komór

Przyjmujemy układ komór jak na szkicu:

Zakładamy, że w czasie awarii jednej z komór, druga przejmie jej funkcję, zapewniając zalecany czas zatrzymania t = 60 sekund

Sumaryczna objętość komór wyniesie:

gdzie: t_KSM = 60 [s]

Q = 22800 [m³/d] = 950[m³/h] = 0,264 [m³/s]

1. ΣV_ksM = 60 * 0,264 m³/s = 15,84 m³

Przyjmujemy ,że wykonane będą dwie komory szybkiego mieszania zatem:

n_KSM = 2

Objętość pojedynczej komory wyniesie:

2. V_KSM = ΣV_ksM / n_KSM = 15,84/ 2 = 7,92 m³

3.2. Wymiary komór

Zakładamy, że komora szybkiego mieszania ma kształt walca, w którym centralnie umieszczono mieszadło na pionowym wale.

Zakładamy, że komora ma głębokość czynną zbliżoną do średnicy czyli:

H_KSM ≈ D_KSM

Z zależności:

Obliczamy:

• 
  

Wymiary zaokrąglamy do 5 cm, przyjmujemy zatem D = 2,2 [m], a głębokość czynna jest równa średnicy czyli H = 2,2 [m].

• Rzeczywista objętość komory wyniesie:

Różnica pomiędzy V_KSM a V wynosi 5,5 %.

3.3. Szkic wymiarowy

3.4. Elementy składowe komory szybkiego mieszania

3.4.1. Koryto obwodowe

Założenia:

- b_k ≈ h_k, ale b_k ≥ 0,3 [m];

- prędkość wody w korycie v_k = 0,5 ÷ 0,7 [m/s] - wybieram v = 0,6 [m/s];

- koryto wymiarujemy na przypadek całości przepływu przez jedną komorę szybkiego mieszania.

• Powierzchnia przekroju poprzecznego koryta:

• Ponieważ b_k ≈ h_k zatem:

b_k = h_k =

Przyjmuje b_k = 0,5 [m], zatem h_k =0,44 [m].

3.4.2. Otwory przelewowe

• Otwory przelewowe ∅ = od 0,06 do 0,2 [m];

• Prędkość wody w otworze v₀ = 1,0 [m/s];

1. do obliczeń przyjęto :

∅ = 0,1 [m]

2. Sumaryczna powierzchnia otworów w jednej komorze

3. ilość otworów

4. odległości pomiędzy osiami otworów

• Sprawdzenie poprawności obliczeń: e > 1,5∙∅

0,4 > 1,5∙0,1

0,4 > 0,15

Warunek został spełniony.

• Otwory są zatopione - minimalna odległość pomiędzy zwierciadłem wody a styczną do górnej krawędzi otworów wynosi min 1.0∙∅ = 0,1 [m].

3.4.3. Przewody doprowadzające

1. średnice przewodów wyznaczymy z zależności

W przewodach doprowadzających i odprowadzających przyjmujemy prędkość w zakresie 0,8÷1,2 [m/s] - przyjmuję 1,0 [m/s].

Obliczenia prowadzimy dla:

- przewodu głównego (Q) - D = 500 [mm];

• przewodu do pojedynczej komory (Q/2) - D = 350 [mm];

d_dop=
z pompowni

d_dop,odp=
m - doprowadzenie i odprowadzenie z KSM

Sprawdzenie poprawności obliczeń:

b_k > D_1Q

bo 0,47 > 0,28

3.4.4. Dobór mieszadła

Dla V= 7,92 m³ dobrano mieszadło typu VRE 3040-200

Ø D = 1000 mm

Ht = 2150 mm

3.4.5. Dobór armatury

Z katalogu dobrano armaturę:

Dobrano zasuwy QUART 2000 na rurociągach:

rurociąg dop. (Z1): d_dop =500 mm ,H = 1070 mm , L =700 mm , D₀= 715 mm

rurociąg dop. i odp. (Z2): d_dop,odp =400 mm , H = 880 mm , L =600 mm , D₀ =580 mm

4. Komory flokulacji

4.1. Objętość komór flokulacji

Przyjmujemy układ komór jak na szkicu:

Parametry projektowe komór flokulacji:

• τ_KF = od 15 do 45 minut

• τ_awarii = od 15 do 45 minut

• głębokość: 2 ÷ 4,5 m

• kształt pojedynczej komory w rzucie jest kwadratowy (B_KF = L_KF)

• proporcja głębokości do długości boku H:B = od 0,8 do 1,2

a)sumaryczna objętość komór flokulacji

Sumaryczna objętość komór wyniesie:

m³/s

Dla τ_KF = 20 minut:

= 316,8 m ³ ≅ 317

Przyjmuję liczbę komór flokulacji: n_KF = 4

b)Objętość pojedynczej komory wyniesie

V
=
m³

4.2. Wymiary komór

• Zakładam , że komora flokulacji ma kształt prostopadłościanu w którym umieszczono mieszadło na pionowym wale.

• Zakładamy, że komora ma głębokość czynną H_KF = 4,0 m

Z zależności pomiędzy objętością komory a powierzchnią rzutu obliczymy:

F
=
m²

• Zakładam, że B_KFj = L_KFj

m

Przyjmuję: B = L = 4,5 m

Obliczenie sprawdzające:

V_KF(rzecz) = B × L × H = 4,5 × 4,5 × 4,0 = 81 m³

H:B:L = 4,5:4,5:4

Obliczenie sprawdzające pracę komór w warunkach awarii:

=
min

Przyjęty układ zapewnia prawidłową pracę także w warunkach awarii.

Obliczenia dodatkowe

Prędkości w przewodach doprowadzających i odprowadzających

m/s

• obliczenie prędkości w przewodach doprowadzających KF

Średnice przewodów wyznaczamy z zależności jak dla komór szybkiego mieszania.

• W przewodach doprowadzających do komór flokulacji przyjmujemy prędkości w zakresie 0,8÷1,2 [m/s] - przyjęto 1,0 [m/s];

• W przewodach doprowadzających bezpośrednio do komór przyjmujemy prędkość w zakresie 0,6÷0,8 [m/s] - przyjęto 0,8 [m/s];

• W przewodach odprowadzających przyjmujemy prędkość w zakresie

0,2÷0,3 [m/s] - przyjęto 0,3 [m/s];

Średnice doprowadzające wodę do komór flokulacji

Q całkowite =0,264 m³/s

Odcinek rurociągu	Qrz [m^3/s]	Średnica obliczona d [mm]	Średnica dobrana d' [mm]	Prędkość przyjęta V [m/s]	Prędkość rzeczywista Vrz [m/s]
Przewód doprowadzający do KF - d1	Q/2= 0,132	390	400	1,1	1,05
Przewód doprowadzający do KF - d4	1/4 Q =0,065	280	300	1,0	0,93

Średnice przewodów odprowadzających:

Odcinek rurociągu	Qrz [m^3/s]	Średnica obliczona d' [mm]	Średnica dobrana d'' [mm]	Prędkość przyjęta V [m/s]	Prędkość rzeczywista Vrz [m/s]
Przewód wyprowadzający od KF - d'1=d5	Q/4=0,065	530	550	0,3	0,27
Przewód wyprowadzający od KF - d'4	Q/2= 0,132	748	750	0,3	0,29

Mieszadło

Z katalogu dobrano mieszadło typoszeregu FRE 2500

Parametry mieszadła: średnica D_M= 2500 mm

wysokość HT = 3640 mm

Armatura

Z katalogu dobrano armaturę:

Dobrano zasuwy (nr kat.111/N) na rurociągach:

rurociąg dop. (Z3): d_dop =300 mm , H = 1011 mm , L =270 mm , D₀= 400 mm

rurociąg odp. (Z1): d_odp =550 mm , H = 1380 mm , L =350 mm , D₀ =620 mm

Komora flokulacji - szkic wymiarowy

5. Osadnik pokoagulacyjny

dane:

Q=22800 m³/d = 950 [m³/h]

D_k = 32,5 [ml PAX/ m³]

5.1. Długość osadnika

gdzie: α - wskaźnik zapasu > 1 ⇒ obliczono i przyjęto α = 1,5

H - średnia głębokość części przepływowej osadnika (2 ÷ 4) m ⇒ H = 3 m

u - prędkość opadania zawiesin [m/s] - dla Z = 27 g/m³ ⇒ u = 0,45 mm/s

V - pozioma prędkość przepływy wody w osadniku mm/s

V = k ∗ u

L/H = 15 - wydłużenie ⇒ stąd k = 10

Zatem pozioma prędkość przepływu:

V = 10 ∗ 0,45 = 4,5 mm/s

Współczynnik zapasu wynosi :

Przyjmując średnią głębokość osadnika H = 3 m długość osadnika wyznaczam z zależności

L =

5.2.Powierzchnia osadników w rzucie

m²

gdzie: α = 1,5

Q = 950 m³/h

u = 0,45 [mm/s]

F=
≈880 m²

5.3.Szerokość osadnika

Sumaryczna szerokość wszystkich osadników:

m

Przyjmuję 4 osadniki o szerokości każdego z nich wynoszącej B_i = 5 m

5.4. Wysokość osadnika

H_C = H + h_k + h_o - wysokość całkowita

gdzie: H =3,0 m - średnia wysokość części przepływowej

h_k = (0,3 ÷ 0,5) m ⇒ h_k = 0,4 m - wysokość wzniesienia osadnika ponad zwierciadło wody

h_o = (0,4 ÷ 0,7) m ⇒ h_o = 0,6 m - wysokość części osadnika przeznaczonej na osad

H_C = 3,0 + 0,4 + 0,6 = 4,0 m

Spadek dna osadnika w kierunku do wlotu wody do osadnika wynosi: i = 2 %

Zatem:

• całkowita wysokość osadnika przy wlocie wyniesie:

H
'=

• całkowita wysokość osadnika przy wylocie wyniesie:

5.5. Sprawdzenie wartości liczb kryterialnych

Liczba Reynoldsa

gdzie: V = 4,5 [mm/s] = 4,5 ∗10^-3 m/s

ν - kinematyczny współczynnik lepkości wody - dla t = 0 ⁰C ⇒ ν = 1,78 ×10^-6 m²/s

R_h - promień hydrauliczny [m]

R
=

zatem:

R
=
< 12500 ⇒ ruch przejściowy

Liczba Froude'a

F
=
> 10^-6 ⇒ ruch stabilny

5.6. Doprowadzenie wody do osadnika

W celu zapewnienia równomiernego rozprowadzania wody w poprzecznym przekroju osadnika oraz dla wyeliminowania w możliwie największym stopniu zawirowań i martwych przestrzeni projektuję dopływ wody przez przegrodę perforowaną. Zaleca się, żeby otwory umieszczone były na wysokości 0,75 H_C^' = 3,4 m licząc od zwierciadła wody.

• wymagana powierzchnia otworów

m²

gdzie: Q = 950 m³/h

n = 4

V_O = (0,12 ÷ 0,24) ⇒ V_O = 0,2 m/s - prędkość przepływu wody przez otwór

m²

Przyjmuję średnicę otworu d_o = (0,05 ÷ 0,10) m ⇒ d = 0,1 m

Powierzchnia pojedynczego otworu:

m²

• liczba otworów

n
=
otworów

Przyjmuję n_o = 40 otwory, które zostały rozmieszczone:

• L_k = 10 - liczba kolumn

• L_rz = 4 - liczba rzędów

Odległość między otworami w poziomie:

e'= e
=
m

Odległość między otworami w pionie:

e”= e
=
m

5.7. Odprowadzenie wody z osadnika

Do odprowadzenia wody uzdatnionej z osadników zastosowano koryta zbiorcze umieszczone w poprzek osadnika. Dopływ do koryt odbywa się przez przelew Thomsona. Obciążenie krawędzi przelewu nie powinno przekraczać q_k = 30 m³/h×m.

• wymagana długość koryt przelewowych w jednym osadniku:

l
=
m

Przy szerokości osadnika B = 5 m przyjęto jedno koryto zasilane dwustronnie. Rzeczywista długość koryt przelewowych wynosi 10 m.

• rzeczywiste obciążenie krawędzi przelewowych wyniesie:

q
=
m³/h×m

Warunek został spełniony:

q_k = 23,75 m³/h×m < q_dop = 30 m³/h×m

Odległość między korytami:

a = 0,7H = 0,7*3 = 2,1m

Koryta są wyposażone w przelewy pilaste.

5.8. Obliczenie koryt zbiorczych

Przekrój czynny koryta o dwustronnym zasilaniu:

m²

gdzie: V_k = 0,6 m/s - założona prędkość przepływu

f
=
m²

Przyjęto wymiary koryt:

- dla koryt zasilanych dwustronnie

• szerokość 0,40 m

• wysokość czynna 0,275 m

• wysokość całkowita 0,38 m

5.9. Obliczenie komory osadowej

Objętość zatrzymanego osadu:

m³

gdzie: T = (8 ÷ 24) h ⇒ T = 8 h - czas, w którym osad jest gromadzony w komorze

Co = 10 g/m³

Cp - koncentracja zawiesin w wodzie doprowadzonej do osadnika z uwzględnieniem zawiesin dostających się do wody w wyniku koagulacji g/m³

Cp = Z + 3,6 × Dk + 0,25 × B + 0,6 × Dw g/m³

gdzie: Z = 69 g/m³ - zawiesina

Dk_max = D = 32,5 mg PAX/m­³- dawka koagulanta

Dw = 0 - dawka wapnia

B_max = 36 mg Pt/l - barwa

Cp = 69 + 3,6 × 32,5 + 0,25 × 36 + 0,6 × 0 = 195 g/m³

Przy Cp = 195 g/m³ i założonym czasie zagęszczania T = 12 h z tablic odczytano wartość
C_OS = 27000 g/m³

V
=
m³

Ze względów konstrukcyjnych przyjęto komorę osadową o kształcie ostrosłupa ściętego prawidłowego czworokątnego o następujących wymiarach:

• wymiar podstawy górnej B = 5 m

• podstawa dolna kwadratowa o boku b = 0,5 m

• kąt nachylenia krawędzi bocznej komory osadowej względem poziomu α = 50^O

Wysokość komory osadowej:

h
=
m

Objętość komory osadowej:

m³

Ponieważ objętość komory osadowej przekracza objętość osadu zatrzymywanego w ciągu 8 h to rzeczywisty czas zagęszczania wyniesie:

T ` =T
h

Różnica T' oraz T < 15%T

Armatura

Z katalogu dobrano armaturę:

Dobrano zasuwy (nr kat.111/N) na rurociągach:

rurociąg dop. (Z4): d_dop =600 mm , H = 1548 mm , L =390 mm , D₀= 725 mm

rurociąg odp. (Z5): d_odp =350 mm , H = 1121 mm , L =290 mm , D₀ =460 mm

6.Projektowanie filtrów pospiesznych otwartych

6.1. Charakterystyka złoża filtracyjnego

• minimalna średnica ziaren d _min = 0,5mm

• maksymalna średnica ziaren d _max= 1,25 mm

• współczynnik nierównomierności uziarnienia M_R =
  = 1,6

1. wysokość złoża przyjęto H= 0,2 m

2. warstwa podtrzymująca żwirowa o wysokości 0,4 m o następującym uziarnieniu

• żwir o średnicy 25 mm- grubość warstwy 0,1 m

• frakcja 12mm - grubość warstwy 0,1m

• frakcja 6 mm - grubość warstwy 0,1 m

• frakcja 3 mm- grubość warstwy 0,1 m

6.2. Obliczenie powierzchni liczby filtrów

Całkowita wymagana powierzchnia filtrów:

F=

gdzie:

V_f - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] ( przy normalnym obciążeniu filtrów)

T - nominalny czas pracy filtrów w ciągu doby [h/d]

t₁ - średni czas wyłączenia filtra z efektywnego działania w związku z jego płukaniem[h]

t₂ - średni czas płukania filtra [h]

n - liczba płukań każdego filtra na dobę [d^-1]

q - intensywność płukania wodą filtra ustalana dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [dm³/sm²]

Przyjęto wielkości do projektu:

Q= 22800 m³/d

V_f = 6,5 m/h

T= 24 h

t₁ = 15 min = 0,25 h

t₂ = 6 min = 0,1 h

q = 10 [dm³/sm²]

F=
= 151 m²

F= 151 m²- całkowita powierzchnia filtrów

Uwzględniając zalecenia dotyczące powierzchni ( filtra pojedynczego= nie więcej niż 40 m²) oraz liczby filtrów( nie mniej niż 4 szt.) przyjęto N= 4 filtrów

• powierzchnia pojedynczego filtra

f₁= F/N = 151/4 = 37,8 m²

-wymiary pojedynczego filtra :B_f = 5m -szerokość filtra, L_f = 8m - długość filtra

• sumaryczna powierzchnia wszystkich filtrów ∑ F = N * B_f * L_f =160 m²

• rzeczywista średnia prędkość filtracji v_f(rzecz) = Q / (∑F*24) = 5,6 m/h

Zakładając ,że po płukaniu poddawany jest tylko jeden filtr , prędkość filtracji w warunkach przeciążenia filtrów wyniesie:

V_fp = V_f(rzecz)
= 5,6* 4/3 = 7,4 m/h

Wartość V_fp = 7,2 m/h jest zgodna z zaleceniem : V_fp = 5,5- 7,5 m/h

Ostatecznie przyjęto filtry o wymiarach B = 5m-szerokość , L= 8 m długość

6.3. Drenaż filtrów

Zaprojektowano drenaż płytowy z dyszami do płukania wodno -powietrznego. Czasza dyszy posiada 36 szczelin o wymiarach 0,8 cm x 1 mm co daję łączną powierzchnię szczelin:

f_d = 288 *10^-6 m²

• sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach

F_d = F
[m²]

Gdzie:

F- powierzchnia jednego filtra F=40 m²

p- stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtra, przyjęto p = 1,2%

F_d =40 *0,012= 0,48 m²

• liczba dysz wymagana

n =
=
= 1667 sztuki

• Rozmieszczenie dysz : mając na uwadze względy konstrukcyjne przyjęto 40 płyt o powierzchni 0,97 m² każda i o wymiarach 98,4 x 98,4 cm . W każdej płycie umieszczono 49 dysz .Rozstaw w osiach 16,4 cm . Łączna liczba dysz rzeczywista :

n₁ = 40* 49 = 1960 sztuk

6.4.Zapas wody do płukania

Przyjęto intensywność płukania q_pł = 10 [l/s m²]

Założona maksymalna wartość ekspansji = 20 % , co przy jednostkowej powierzchni filtra F=40 m² daje ilość wody niezbędnej do płukania:

Q_wpł = F * q_pł = 40 *10 = 400 [l/s]= 24[ m³/min]

Co przy założeniu zalecanego czasu płukania t₂ = 6 min daje

V_pł = Q_wpł * t₂ = 24 * 6 = 144 [m³]

Pojemność rezerwowa na wodę do płukania filtrów powinna wystarczać na 1,5 - 2 płukań.

Przyjęto 2 płukania

V_zbpł = 2* 144 = 288 [m³]

O taką wielkość należy powiększyć pojemność zbiornika na wodę czystą, z tego bowiem zbiornika pompy pobierać będą wodę do płukania .

6.5.Płukanie powietrzem

Założono intensywność płukania powietrzem q_p = 20[ l/s m²]

Ilość powietrza do płukania:

Q_p = q_p * F * 3,6= 20 * 40* 3,6= 2880 [m³/h]

Straty ciśnienia powietrza na rurociągu dopływowym, w drenażu rozdzielczym, w otworach, na przepływie powietrza przez warstwę filtracyjną wynoszą około 0,2 m H₂O

6.6. Koryta zbiorcze

Zaprojektowano koryta zbiorcze o przekroju złożowym : w górnej części o ścianach pionowych , a w dolnej części o kształcie trójkąta. Przyjęto n_k= 2 koryta zbiorcze w odległości między osiami 2,2 m. Koryta zbiorcze mają spadek dna w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wody po płukaniu wynoszący 2% . Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości :

q_k = q_pł / n_k = 0,4/2 = 0,2 m³/s = 200 dm³/s

Do określenia wymiarów koryt zbiorczych skorzystano z nomogramu. Wartość parametru pomocniczego x wynosi x = 29 cm

• szerokość koryta zbiorczego B= 2x = 0,58 m

• wysokość prostokątnej części koryta h_p = 1,5x= 0,44 m

• całkowita wysokość koryta h_k =2,5x = 0,73 m

Minimalne wzniesienie krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego. Przyjmując projektowaną ekspansję e = 20% i wysokość warstwy filtracyjnej H = 0,7 m:

∆h_k=
+ 0,25 =
+0,25 = 0,4

Wysokość warstwy wody nad krawędzią koryt;

• na początku cyklu : 0,5 m

• na końcu cyklu :1,5 m

6.7. Kanał zbiorczy

Do zbiornika wody po płukaniu z wszystkich koryt przewidziano kanał zbiorczy umieszczony po stronie galerii rur . Przyjęto kanał zbiorczy o szerokości B_kz = 0,7 m, głębokość tego kanału mierzona od dna koryta wynosi :

H_kz≥0,8
+ 0,2 [m], tj. H_kz = 0,8
+ 0,2 = 0,75 [m]

6.8. Prędkości wody w rurociągach

• Rurociąg wody doprowadzonej do filtra

Q = 0,264 m³/s , v = 1 m/s

Do 1 i 2 filtra

Średnica rurociągu: d =
= 0,579m
≈0,6 m

Sprawdzenie; v =
= 0,93 m/s-prędkość mieści się w zalecanym przedziale

Do 3 filtra : v = 1,1 m/s

Średnica rurociągu: d =
= 0,451 ≈ 0,5m

Spr. v = 0,89 m/s

D0 4 filtra : v = 1,2 m/s

Średnica rurociągu: d =
= 0,300 m ≈0,3 m

Spr. v = 1,14 m/s

Dla rurociągu wody przefiltrowanej przyjęto te same średnice rurociągów z tym że rozstaw jest na odwrót.

• Rurociąg do powietrza

v= 16 m/s , Q = 0,264m³/s

d=
=
= 0,144=0,15 m

spr. v 15 m/s

• Rurociąg wody popłucznej i filtratu

Q _wpł = 24 m³/min= 0,4 m³/s, v = 1,5 m/s

d=
= 0,582 m= 0,600 m

spr. v = 1,42 m/s

• Rurociąg wody do płukania

V= 1,6 m/s

d=
= 0,458 m= 0,500 m

7. Układ ozonowania

Dane:

Parametry projektowe:

• Q = 22800 m³/d

• Temperatura = 18 ⁰C

• Założona dawka ozonu: 0-2 gO₃/dm³

Przyjęto dwa generatory ozonu, w przypadku awarii jeden przejmuje funkcję obu generatorów.

7.1 Podział funkcjonalny komory ozonowania

Wprowadzenie ozonu do wody odbywać się będzie w komorach ozonowania połączonych równolegle. Minimalna ilość komór = 2

• Głębokość komory 3 do 5m

• Szerokość pojedynczej komory 2 do 4 m

Każda komora podzielona jest na strefy, przez które kolejno przepływa woda.

Podział funkcjonalny komory ozonowania:

komora ozonowania podzielona jest na trzy strefy, w których przepływ następuje od góry do dołu:

• Strefa wstępna czas zatrzymania przy Q_proj t = 1-5 min.

• Strefa dezaktywacji czas zatrzymania przy Q_proj t = 5-10 min.

• Strefa końcowa czas zatrzymania przy Q_proj t = 5-10 min.

Strefy: wstępna i dezaktywacji mikroorganizmów są wyposażone w dyfuzory ceramiczne pozwalające na wprowadzenie ozonu do wody.

Zmiana kierunku przepływu odbywa się kanałami (strefami pionowymi) z prędkością przepływu 0,02-0,1 m/s.

Komora ozonowania - uproszczony szkic poglądowy

7.2. Dobór ozonatora

Dane wyjściowe:

Dawka maksymalna: 2 gO₃/dm³

Projektowana przepustowość stacji: 22800 m³/d

Dobowe zapotrzebowanie ozonu: DO₃ = 2*22800*0,001 = 45,6 kg/d

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na ozon: GO₃ = 45,6 /24 = 1,9 kg/h = 1900 g/h

Wydajność nominalna jednego ozonatora powinna być nie niższa niż 0,95 kg/h.

Przyjęto dwa ozonatory typu TRAILIGAZ OZC 1050

Przy wytwarzaniu ozonu z powietrza wydajność pojedynczego urządzenia wynosi:

QO₃ = 2560gO₃/h

Produkcja z dwóch urządzeń: ΣQO₃ = 5,12 kgO₃/h

Przy wyłączeniu jednego generatora możliwe będzie osiągnięcie dawki ozonu:

DR = 2560 / 950 = 2,69 gO₃/m³

7.3. Wymiary komory ozonowania

Długość każdej ze stref funkcjonalnych komory ozonowania:

gdzie: τ_i - czas zatrzymania w i-tej strefie [minut]

Q - minutowy przepływ przez pojedynczą komorę [m³/min] Q_min = 7,9 m³/min

B_i - szerokość pojedynczej komory [m]

H- średnia głębokość czynna komory [m]

Przyjęto:

B = 3m

H = 4,0 m

7.3.1 Strefa wstępna

Czas zatrzymania τ₁ = 4min

7.3.2. Strefa dezaktywacji mikroorganizmów

Czas zatrzymania τ₂ = 8min

7.3.3. Strefa usunięcia nadmiaru ozonu

Czas zatrzymania τ₃ = 10 min

7.3.4. Strefy zmiany kierunku przepływu

v₀ = 0,05 m/s = 3 m/min

Wymiary przekroju poprzecznego strefy wynikają z wymiarów komory:

B = 3m

H = 4,0 m

Długość strefy zmiany kierunku

Całkowita długość komory przy założeniu, że ścianki dzielące strefy mają grubość 0,2m.

SL = L₁ + L₂ + L₃+ 3*L_s+ 5*0,2 =

= 2,6 + 5,3+6,6+3*0,9+5*0,2 = 18,2 m

8. Filtry węglowe

Zaprojektowano filtry węglowe po ozonowaniu.

Wypełnienie węglem drobnoziarnistym.

Prędkość filtracji oraz wysokość warstwy filtracyjnej zapewniające wymagany efekt oczyszczania wody oraz czas zatrzymania bez wypełnienia (EBCT) przyjęto zgodnie z danymi zawartymi w literaturze.

8.1. Charakterystyka złoża filtracyjnego

8.1.1 Zasady wymiarowania filtra węglowego

1. Wymiary geometryczne, powierzchnia i liczba filtrów wg prędkość filtracji

2. Wymiary i wysokość złoża przyjęto wg wyznaczonego EBCT

3. Warstwa podtrzymująca wg projektu filtra pospiesznego

4. Oszacowanie czasu pracy wg założonego WWW

8.2 Obliczanie powierzchni i liczby filtrów

Całkowita wymagana powierzchnia filtrów

gdzie:

V_f - obliczeniowa prędkość filtracji [m/h] (przy normalnym obciążeniu filtrów)

T - nominalny czas pracy filtrów w ciągu doby [h/d]

n - ilość płukań każdego filtru na dobę [d^-1]

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

t₂ - średni czas wyłączenia filtru [h]

q - intensywność płukania wodą filtru ustalana dla danego uziarnienia i wymaganego stopnia ekspansji złoża stosownie do sposobu płukania [dm³/sm²] (dla średniej temperatury)

Zasady szczegółowe:

Z1: Prędkość liniowa (prędkość filtracji) 10-20 m/h.

Przyjęto następujące wielkości:

• Q = 22800 m³/d

• T = 24 h (ciągła praca SUW)

• V_f = 15 m/h (wg Z1)

• n = 1 d^-1

• t₁ = 10 min = 0,33 h

• t₂ = 6 min. = 0,1 h

• q = 8dm³/sm²

Dobór ilości filtrów - ze względów ekonomicznych prowadzony jest w oparciu o następujące zasady:

1. wymiary filtrów w rzucie są identyczne jak filtrów piaskowych, jeśli jest możliwe stosuje się tę samą wysokość konstrukcyjną

2. nie stosuje się filtrów rezerwowych, oblicza się za to prędkość filtracji przy wyłączeniu jednego z filtrów, tak aby nie przekroczyła ona 20-25 m/h

Ponieważ filtry piaskowe mają wymiary:

• szerokość 5m

• długość 8m

zatem jednostkowa powierzchnia filtra wynosi:

f_1w = 40 m²

Przyjęto: 2 filtry o łącznej powierzchni 80 m² i następujących parametrach pracy:

• rzeczywista prędkość filtracji: V_f = 22800/(24*80) = 11,9 m/h

• prędkość filtracji przy wyłączeniu 1 filtra: V_f = 22800/(24*40) = 23,75 m/h, jest to prędkość zgodna z założeniami

8.3. Obliczenia sprawdzające zwymiarowanie złoża metodą ETBC

• Przyjęto czas kontaktu w pustym filtrze: tk = 10 min

Stąd wymagana pojemność łączna złóż:

Vzw = (Qd/24)*(tk/60) = (22800/24)*(10/60) =158,3 m³

• Wysokość czynna złożą

H = Vzw / F = 158,3/80 = 1,98 m

• Wartość ekspansji: 30% →0,3*1,978= 0,59 m

• Wyniesienie koryt 0,7 m ponad ekspansję = 0,70 m

• Wysokość koryt = 0,65 m (z nomogramu)

• Wolna przestrzeń nad korytami = 1,5 m

Razem nad warstwą podtrzymującą 5,42 m.

8.4 Oszacowanie czasu wyczerpania zdolności sorpcyjnych metodami: pojemności sorpcyjnej oraz WWW

8.4.1 Założenia do prowadzenia procesu

Cel stosowania: usuwanie epichlorohydryny

Z tabeli odczytano: WWW = 100000 m³/m³

Skład wody surowej: stężenie epichlorohydryny = 0,20 μg/l

Dopuszczalne stężenie = 0,1 μg/l

Założona wartość wskaźnika w wodzie oczyszczonej:

Stężenie= 0,0000008 g/m³ (80% dopuszczalnej wartości).

Dobrano wegiel :

8.4.3. Obliczenie parametrów kontrolnych

Obliczamy okres między regeneracyjny wg wskaźnika WWW

1. pojemność łączna złóż Vzw = 158,3 m³

2. zdolność sorpcyjna wg Σ WWW= Vzw * WWW = 158,3*100000 = 15830000

3. okres międzyregeneracyjny T = Σ WWW/ Qd = 15830000/22800 = 694 d

8.5. Obliczenia i wymiarowanie pozostałych elementów

8.5.1. Drenaż filtrów

Zaprojektowano drenaż płytowy z dyszami do płukania wodno -powietrznego. Czasza dyszy posiada 36 szczelin o wymiarach 0,8 cm x 1 mm co daję łączną powierzchnię szczelin:

f_d = 288 *10^-6 m²

• sumaryczna powierzchnia wszystkich otworów w dyszach

F_d = F
[m²]

Gdzie:

F- powierzchnia jednego filtra F=40 m²

p- stosunek powierzchni otworów w dyszach do powierzchni filtra, przyjęto p = 1,2%

F_d =40 *0,012= 0,48 m²

• liczba dysz wymagana

n =
=
= 1667 sztuki

• Rozmieszczenie dysz : mając na uwadze względy konstrukcyjne przyjęto 40 płyt o powierzchni 0,97 m² każda i o wymiarach 98,4 x 98,4 cm . W każdej płycie umieszczono 49 dysz .Rozstaw w osiach 16,4 cm . Łączna liczba dysz rzeczywista :

n₁ = 40* 49 = 1960 sztuk

8.5.2 Zbiornik płuczący (wodny) - rezerwa w zbiorniku końcowym

Przyjęto intensywność płukania q_pł = 10 [l/s m²]

Założona maksymalna wartość ekspansji = 20 % , co przy jednostkowej powierzchni filtra F=40 m² daje ilość wody niezbędnej do płukania:

Q_wpł = F * q_pł = 40 *10 = 400 [l/s]= 24[ m³/min]

Co przy założeniu zalecanego czasu płukania t₂ = 6 min daje

V_pł = Q_wpł * t₂ = 24 * 6 = 144 [m³]

Pojemność rezerwowa na wodę do płukania filtrów powinna wystarczać na 1,5 - 2 płukań.

Przyjęto 2 płukania

V_zbpł = 2* 144 = 288 [m³]

O taką wielkość należy powiększyć pojemność zbiornika na wodę czystą, z tego bowiem zbiornika pompy pobierać będą wodę do płukania .

8.5.3 Płukanie wodą i powietrzem

Układ płukania filtrów - wykorzystanie układu do płukania filtrów piaskowych - z zastosowaniem reduktorów ciśnienia.

Założono intensywność płukania powietrzem q_p = 20[ l/s m²]

Ilość powietrza do płukania:

Q_p = q_p * F * 3,6= 20 * 40* 3,6= 2880 [m³/h]

Straty ciśnienia powietrza na rurociągu dopływowym, w drenażu rozdzielczym, w otworach, na przepływie powietrza przez warstwę filtracyjną wynoszą około 0,2 m H₂O

8.5.4 Koryta zbiorcze

Zaprojektowano koryta zbiorcze o przekroju złożowym : w górnej części o ścianach pionowych , a w dolnej części o kształcie trójkąta. Przyjęto n_k= 2 koryta zbiorcze w odległości między osiami 2,2 m. Koryta zbiorcze mają spadek dna w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu wody po płukaniu wynoszący 2% . Jednym korytem zbiorczym odprowadzana będzie woda po płukaniu w ilości :

q_k = q_pł / n_k = 0,4/2 = 0,2 m³/s = 200 dm³/s

Do określenia wymiarów koryt zbiorczych skorzystano z nomogramu. Wartość parametru pomocniczego x wynosi x = 29 cm

• szerokość koryta zbiorczego B= 2x = 0,58 m

• wysokość prostokątnej części koryta h_p = 1,5x= 0,44 m

• całkowita wysokość koryta h_k =2,5x = 0,73 m

Minimalne wzniesienie krawędzi koryt zbiorczych ponad powierzchnię złoża filtracyjnego. Przyjmując projektowaną ekspansję e = 20% i wysokość warstwy filtracyjnej H = 0,7 m:

∆h_k=
+ 0,25 =
+0,25 = 0,4

Wysokość warstwy wody nad krawędzią koryt;

• na początku cyklu : 0,5 m

• na końcu cyklu :1,5 m

8.6. Prędkości wody w rurociągach:

• Rurociąg wody doprowadzanej do filtra

V= 1 m/s

1. Q = 0,264 m³/s

d=
= 0,579

d_rz = 0,6 m

v_rz = 0,93

2. Q/2= 0,132

d= 0,40

d_rz = 0,4 m

v_rz = 1,05

Dla rurociągu wody przefiltrowanej przyjęto te same średnice rurociągów z tym że rozstaw jest na odwrót.

• Rurociąg do powietrza

v= 16 m/s , Q = 0,264m³/s

d=
=
= 0,144=0,15 m

spr. v 15 m/s

• Rurociąg wody popłucznej i filtratu

Q _wpł = 24 m³/min= 0,4 m³/s, v = 1,5 m/s

d=
= 0,582 m= 0,600 m

spr. v = 1,42 m/s

• Rurociąg wody do płukania

V= 1,6 m/s

d=
= 0,458 m= 0,500 m

Pompa

Pompa II stopnia służy do przepompowania wody z filtrów piaskowych do filtrów węglowych. Nie ma zastrzeżeń przeciwdyspersyjnych jak w przypadku osadnik - filtr. Przyjmuje się wysokość podnoszenia wskaźnikowo ok. 7 m słupa wody.

9. Układ dezynfekcji z wykorzystaniem dwutlenku chloru

9.1. Dane:

Parametry projektowe:

• Q = 22800 m³/d = 7950 m³/h

• Temperatura = 18 ⁰C

• Założona dawka dwutlenku chloru: 0-0,8 gClO₂/dm³

Dwa generatory dwutlenku chloru, w przypadku awarii jeden przejmuje funkcję obu generatorów.

Wytwarzanie dwutlenku chloru w generatorze na miejscu dawkowania z chlorynu sodowego i kwasu solnego.

9.2. Dobór generatora dwutlenku chloru

Dawka maksymalna: 0,8 gClO₂/dm³

Projektowana przepustowość stacji: 22800 m³/d =950 m³/h

Dobowe zapotrzebowanie dwutlenku chloru: DClO₂ = 0,8*22800*0,001 = 18,2 g ClO₂/d

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie dwutlenku chloru: GClO₂ =18,2/24= 0,760 kg ClO₂/h

Wydajność nominalna jednego generatora powinna być nie niższa niż 0,76 kg/h

Przyjęto dwa chloratory typu Prominent CDka 1500

Parametry chloratora: max. wydajność 1500 gClO₂/h - dla reagentów niskostężonych

wymiary każdego z generatorów:

Wysokość H_Cl = 1850 mm

Szerokość W_Cl = 1300 mm

Głębokość D_Cl = 430 mm

Masa pojedynczego generatora 135 kg

Obliczenie zużycia reagentów

Stechiometria wytwarzania

4HCl + 5NaClO₂ 4ClO₂ + 5NaCl + H₂O

4(1+35,5)g + 5(23+35,5+2*16) 4(35,5+2*16) g

14g + 452g 270g

1g ClO₂ = 0,541 g HCl + 1,674 g NaClO₂

Wytworzenie 1 g ClO₂ wymaga zużycia:

9% roztwór HCl 1g ClO₂ = 0,541*11,1 = 6,01 cm³ HCl

7,5% roztwór NaClO₂ 1g ClO₂ = 1,674*13,3 = 22,26 cm³ NaClO₂

Wytworzenie dobowej ilości zużywanego dwutlenku chloru wymaga zużycia następującej ilości reagentów:

9% roztwór HCl 18,2 kg ClO₂ = 109,38 dm³ HCl/d

7,5% roztwór NaClO₂ 18,2 kg ClO₂ = 405,132 dm³ NaClO₂/zbiorników

Zapas 30-dniowy:

9% roztwór HCl 30*109,38 = 3281,4 dm³ HCl

7,5% roztwór NaClO₂ 30*405,132 = 12154 dm³ NaClO₂

Dobór zbiorników do magazynowania

Wybrany producent: Metalchem Plasticon typ AC-A

z laminatu poliestrowo-szklanego (TWS)

Do gromadzenie HCl:

Dwa zbiorniki typ 120 AC - 4 A

Objętość 4 m³

Średnica 1,2 m

Długość 4,195 m

Do gromadzenie NaClO₂:

Dwa zbiorniki typ 160 AC - 6,3 A

Objętość 6,3 m³

Średnica 1,6 m

Długość 3,65 m

10. ODSTOJNIK

10.1. Ilość popłuczyn

• ilość popłuczyn z filtrów

V_pł = q ⋅ n_pł ⋅ ΣF ⋅ t_pT

gdzie:

q - intensywność płukania [m³/m²⋅s]

n_pł - ilość płukań w dobie

ΣF - powierzchnia wszystkich filtrów [m²]

t_pT - czas płukania [s]

V_pł= 0,01 ⋅ 1 (4* 40) ⋅360 = 576 [m³/d]

10.2. Ilość osadu z osadników

• ilość osadów z osadników

Objętość osadu z 1 osadnika V_os = 19,52 m³ co 12 godzin tj. 39,04 m³ na dobę. Przy liczbie czterech osadników V_os = 156 m³/dobę.

• objętość odstojnika

V = V_pł+ V_os

V = 576 + 156 = 732 [m³]

Zaprojektowano dwa odstojniki o wymiarach:

• głębokość 3 m

• szerokość 12 m

• długość 21 m

Osad po 24 godzinnym czasie grawitacyjnego zagęszczania odprowadzić należy na laguny lub poletka, z których będzie usuwany okresowo. Ciecz nadosadową po zagęszczaniu osadu należy po zdekantowaniu odprowadzić do odbiornika poniżej ujęcia lub kanalizacji.

ZBIORNIK WODY CZYSTEJ

Zaprojektowano zbiornik terenowy składający się z komory wodnej i komory zasuw. Pojemność użytkowa zbiornika wynosi 30% wydajności dobowej zakładu oczyszczania wody tj. 6840 m³. Zbiornik będzie miał kształt prostokątny o następujących wymiarach:

h₀ = 0,5 m

h_k = 6,0 m

b_z = 28 m

l_z = 41 m

V_Zb = 6888 m³

---