SYSTEMY ODNOWY WODY

PROJEKT TECHNOLOGICZNY

Instalacja odzysku wody ze ścieków miejskich

Spis treści

1. CZĘŚĆ OPISOWA

1. Przedmiot opracowania...........................................................................................................................3

2. Cel i zakres opracowania.........................................................................................................................3

3. Podstawa opracowania...............................................................................................................................3

4. Dane wyjściowe......................................................................................................................................3

5. Opis instalacji - koncepcja rozmieszczenia przestrzennego..................................................................4

6. Obliczenia...............................................................................................................................................4

6.1. Wymiarowanie.......................................................................................................................................4

6.2. Obliczenia hydrauliczne........................................................................................................................13

7. Specyfikacja urządzeń i rurociągów......................................................................................................14

8. Kontrola procesu...................................................................................................................................15

2. CZĘŚĆ RYSUNKOWA

• Załączniki

Rys.1 Plan sytuacyjny

Rys.2 Wykres linii ciśnień w układzie transportu

Rys.3 Wieża desorpcyjna

Rys.4 Plan zagospodarowania terenu

1. CZĘŚĆ OPISOWA

1. Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest opracowanie instalacji odzysku wody ze ścieków miejskich. Odzyskana woda zostanie wykorzystana do zasilania obiegowego układu chłodzącego w zakładzie przemysłowym. Jakość ścieków biologicznie oczyszczonych odpowiada wymaganiom określonym w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dn. 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w/s substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego(Dz. U. 1 nr 137, poz. 984).

2. Cel i zakres opracowania

Celem opracowania jest dobór technologii oraz urządzeń do procesu uzdatnienia ścieków oczyszczonych biologicznie, które mają być wykorzystane jako uzupełniająca woda instalacji chłodzenia.

Opracowanie zawiera koncepcję technologiczną prowadzonych procesów, dobór niezbędnych urządzeń oraz plan rozmieszczenia instalacji w terenie wraz z wykresem linii ciśnień w układzie transportu oraz wybrany element instalacji( wieża desorpcyjna).

3. Podstawa opracowania

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.

• L. Kowal, „Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów.” ; QWPW, Wrocław 1997 r.

• Poradnik „Uzdatnianie wody”, WABAG

• L. Kowal, J. Maćkiewicz, M. Świderska - Bróż

• „Podstawy projektowe systemów oczyszczania wód” , OWPW, Wrocław 1998 r.

4. Dane wyjściowe

- Ilość wody w układzie obiegowym - 10000 m³/h

- Wymagane parametry uzdatnionej wody

Wskaźnik	Jednostka	Stężenie
				dopływ	odpływ
Odczyn	pH	8,2	7,2 - 9,5
Tw. węglanowa	mval/l	4	1.4 - 5.4
CO2 wolny	mg/l	75	<30
Siarczany	Mg/l	150	150
Żelazo	mg/l	0,8	< 1
Mangan	mg/l	0,07	0,15
Chlorki	mg/l	215	<1000,0
N-NH4	mg/l	5	-
Nog	mg /l	10	-
Pog	mg /l	1	0,05

5. Opis instalacji - koncepcja rozmieszczenia przestrzennego

Rys 1: Schemat instalacji

6. Obliczenia

6.1. Wymiarowanie

a) Obliczenie ilości wody do uzupełnienia układu chłodzącego.

• Ilość wody uzupełniającej q_u określa zależność

[
]

gdzie:

Q - ilość wody obiegowej →10000 m³/h

- straty powstałe w obiegu w wyniku parowania wody [%]

- straty wody w wyniku parowania w procesie produkcyjnym (przyjęto 2,5%)

- straty wody w wyniku parowania w urządzeniach chłodniczych (przyjęto 3%)

- straty wody obiegowej wraz z zawartymi w niej zanieczyszczeniami (sole)

- straty wody powstałe w wyniku przecieków (nieszczelności w urządzeniach, założono

2,5%), a także spowodowane kierowaniem wody na inne cele (przyjęto ilość wody

pobieranej na inne cele - 225 m³/h)

- straty wody w urządzeniach chłodzących spowodowane unoszeniem przez wiatr

kropel wody (przyjęto 1,5%)

- ilość wody usuwana w obiegu w celu odmulenia

- twardość wody dodatkowej -

- twardość wody obiegowej -

Zatem ilość wody uzupełniającej wyniesie:

Ilość wody uzupełniającej z ilością wody technologicznej (odprowadzanej z osadami itp.)

b) Oszacowanie wielkości oczyszczalni z której będą pochodzić ścieki oczyszczone

biologicznie założenie: zużycie wody na jednego mieszkańca wynosi 0,15m³/d

c) Określenie wartości wskaźników jakości wody na podstawie wielkości oczyszczalni

LP.	Wskaźnik	Jednostka	Wartość
1	BZT5	mgO2/l	15
	ChZTCr	mgO2/l	125
2	Zawiesina ogólna	mg/l	35
3	Azot ogólny	mgN/l	10
4	Fosfor ogólny	mgP/l	1

Obliczenia urządzeń podstawowych

Komora szybkiego mieszania

Przyjęto dwa mieszalniki mechaniczne z mieszadłem śmigłowym. Wymiary zaprojektowano na podstawie przyjętego kształtu cylindrycznego urządzenia i w oparciu o następujące warunki:

- czasu mieszania t = 30s.
- wydajność Q= 1403 m³/h:2=701,5m³/h

1. Wymiarowanie komory

- objętość czynna urządzenia

założono stosunek H/D = 1 stąd:

2. Projektowanie mieszadeł

- średnicę mieszadła d wyznaczono z warunku:

- szerokość łopatki mieszadła określono ze stosunku:

Przyjęto trzy łopatki o szerokości 0,147m,stąd sumaryczna powierzchnia łopatek wynosi:

- wysokość h zawieszenia mieszadła od dna mieszacza

3. Sprawdzenie warunków mieszania

Należy zapewnić ruch burzliwy, dla którego

- założono prędkość obrotową n = 1/s = 60obr./min.

- lepkość kinematyczną wody γ przyjęto dla temperatury 10°C, zatem

Po podstawieniu:


- warunek spełniony

4. Moc mieszania

- wymaganą moc mieszania dla Re >10000 określa zależność:

[W]

Gdzie:

- poprawkę ujmująca wpływ parametrów geometrycznych mieszalnika na moc mieszania ψ = 1

(mieszalnik standardowy)

- gęstość wody

- współczynnik oporu c =0,53 (odczytany z tablicy)

- jednostkowa moc mieszania

- moc silnika

- sprawność przekładni
= 0,90

- współczynnik zapasu mocy k = 2,0

Komora wolnego mieszania

- założono dwie jednocześnie pracujące komory z mieszadłami mechanicznymi łopatkowymi o osi

poziomej dla wydajności Q= 1403 m³/h

- przyjęty czas mieszania 20 min.

1. Objętość czynna komory

Założono dwie równolegle pracujące komory, zatem

2. Wymiary komory

a) długość komory

- przyjęta głębokość komory H = 4,0m

- liczba osi mieszadeł z = 2

- współczynnik zwiększający β = 1,3

b) szerokość komory

Przyjęto dwie komory o powierzchni
każda o wymiarach 6 x 10,4m

3. Średnica mieszadła

- odległość pionowa skrajnych elementów mieszadła od dna i powierzchni wody w komorze;

h ≤ 0,15m

Osadnik pionowy

Założenia do obliczeń

- czas przepływu T = 2h

- natężenie przepływu wody

- obciążenie hydrauliczne powierzchni osadnika q_F ≤ 3m/h ~ 3m/h

Założono dwa jednocześnie pracujące osadniki o przepływie pionowym

• Sumaryczna objętość części przepływowej osadnika

Określona jest wzorem:

V₁ = Q₁ * T = 701,5 * 2 = 1403 m³

• Sumaryczna powierzchnia części sedymentacyjnej osadnika

• Wymiarowanie osadnika

- wysokość części przepływowej osadnika

- sumaryczna powierzchnia przekroju poprzecznego rury środkowej

- prędkość przepływu ścieków w rurze środkowej w kierunku pionowym ku dołowi Vr = 0,1 m/s

- średnica osadnika

F_s =
→

- średnica rury środkowej

F_r =
→ d =

- średnica przewodu doprowadzającego ścieki

- prędkość przepływu w przewodzie V_d =0,8m/s

- wysokość części stożkowej

- dolna średnica stożka Ds. = 0,6m

- kąt α = 45 ^o

- całkowita wysokość osadnika

H_c =H + H_ST + h₁ + h₂ = 6 + 8,35 + 0,5 + 0,5 = 15,35m

h₁ - wys. części nie wypełnionej ściekami

h₂ - wysokość części neutralnej

Wieża desorpcyjna

Założenia do obliczeń:

- Zużycie powietrza przy stosunku Q_p : Q_s=3000.

- Efektywność usuwania amoniaku założono 90%.

- Przekrój poprzeczny wieży = 100m² (10x10)

- Wypełnienie wieży stanowią pierścienie ceramiczne o średnicy 100mm, długości 100mm i

grubości 14,3mm.

1) Obliczenie jednostkowej wysokości wymiany masy:

- obliczenie

- obliczenie stałej szybkości dyfuzji amoniaku K_p

Przyjęto: - d = 1mm = 10^-3 m

- z = 87 m²/m³

- F=100m²

2) Obliczenie stałej Henry'ego dla założonej temperatury 15°C

3) Obliczenie liczby jednostkowych wysokości wymiany masy:

4) Obliczenie wysokości wieży desorpcyjnej:

- Przyjęto 4 wieże desorpcyjne

Komora rekarbonizacji

Określenie wymaganej dawki CO₂

- Określenie teoretycznego stosunku C_a do CO₂:

Ca²⁺ ÷ CO₂ = (12 + 2 ⋅16)/40 = 1,1 ÷ 1

- Określenie teoretycznego zapotrzebowania na CO₂:

CO₂ = 1,1 ⋅ (60 - 40) = 20,0 mg/l

Dawka CO₂ = 20,0 ⋅ 1,2 =29 mg/l

- czas pracy komory założono t = 20 min):

Przyjęto następujące wymiary komory:

- długość L = 8,0m

- szerokość B = 6 m

- wysokość H = 5,0m

Komora sedymentacji

- założony czas pracy komory t = 30 min)

Przyjęto następujące wymiary komory:

- długość L = 9,0m

- szerokość B =8,0m

- wysokość H = 5,0m

Filtr pośpieszny

• Założenia do obliczeń:

- natężenie przepływu

~ Charakterystyka filtru

- wysokość złoża H =1,2 m

- prędkość filtracji przy normalnym obciążeniu filtrów - V_F = 10 m/h

- prędkość filtracji przy pracy z obciążeniem V_FP < 12m/h

- liczba płukań w ciągu doby n = 2

- czas wyłączenia filtru z pracy w związku z płukaniem t₁ = 0,25 h

- średni czas płukania filtru wodą t₂ = 0,1h

- intensywność płukania filtru wodą dla przyjętego uziarnienia i wymaganej ekspansji

wynosi

- nominalny czas pracy filtru T = 24 h/d

~`Parametry złoża filtracyjnego:

- złoże jednowarstwowe,

- piasek kwarcowy, gruboziarnisty

- średnice ziaren danej frakcji: d_min = 0,8 mm, d_max =2,0 mm, d_E = 1,0 mm,

- wspołczynnik K = 1,5 (zależny od d_max )

- E = 0,25 oraz m = 40%

• Powierzchnia i wymiary filtrów

- całkowita wymagana powierzchnia filtrów

- wymiary pojedynczego filtru oraz liczba filtrów

przyjęto wymiary 1 filtru w rzucie poziomym F₁ = B ∙ L = 4,0 x 8,0 = 32 m². Liczba filtrów

Przyjęto 5 filtrów

- sprawdzenie prędkości filtracyjnej przy przeciążeni

• Straty ciśnienia

- strata ciśnienia w warstwie podtrzymującej w czasie płukania

- wysokość warstwy podtrzymującej złoże

- straty ciśnienia w warstwie filtracyjnej

-

-

- wysokość złoża

- porowatość początkowa

- straty przy przepływie przez drenaż

- współczynnik oporu

- współczynnik oporu

-

- suma strat ciśnienia

Urządzenia do dezynfekcji

Przyjęto do przygotowania i dawkowania wody chlorowej dwa chloratory typu C-32 o wydajności 3,5 kgCl₂/h.

• Dobowe zużycie chloru

Zużycie chloru dla jednego ciągu technologicznego

• Dobór chloratorów:

Zaprojektowano na wartość

Dobrano dwa chloratory C - 32 o wydajności 100 - 5000g Cl₂/h oraz jeden zapasowy z uwagi na to, że liczba pracujących chloratorów

Zapotrzebowanie na chlor nie przekracza 4kg/h zatem chlorownia nie musi stanowić oddzielnego budynku a jedynie wydzielone pomieszczenie w stacji.

Magazynowanie, przygotowanie i dawkowanie reagentów

Urządzenia do przygotowywania i dawkowania wapna

Założenia do obliczeń

- odczyn pH = 6,8

- zawartość dwutlenku węgla CO₂ =1,2g/m³

- twardość węglanowa tw_węgl = 190 gCaCO₃ /m³ = 4 val/m³

• Dawkę wapna niezbędną do przeprowadzenia reakcji wyznaczono ze wzoru:

• Dobowe zużycie mleka wapiennego

1. Magazynowanie wapna - zbiorniki

Zapas wapna

- zapas przewidziano na okres T = 30 dni

Wymagana objętość wapna

Przyjęto 5 zbiorników o objętości

• Wymiary zbiornika

- Średnica zbiornika (przy założeniu D/H = 1)

2) Sytnik do przygotowywania wody wapiennej:

• Objętość zbiornika

Gdzie:

- przyjęto stężenie roztworu w przeliczeniu wagowym na produkt bezwodny c = 5%

- masa właściwa roztworu ρ =1000 kg/m³

- założono liczbę przygotowań w ciągu doby n = 2

Przyjęto 2 sytniki - objętość każdego

• Wymiary zbiornika

- Średnica zbiornika (przy założeniu D/H = 1)

Magazynowanie chloru

• Dobowe zużycie chloru

Zużycie chloru dla jednego ciągu technologicznego

• Zapas chloru na okres 30 dni

Chlor magazynowany jest w butlach o pojemności 50 kg

• Ilość butli:

Gospodarka osadowa

Strącanie chemiczne przy użyciu wapna

1) Określenie masy hydroksyapatytu, wodorotlenku magnezowgo i kalcytów powstających w

wyniku strącania wapnem

5Ca²⁺ + 3PO₄ ^3- + OH ^- → Ca ₅(PO₄)₃(OH)

Mg²⁺ + 2OH ^- → Mg(OH)₂

Ca²⁺ +CO₃ ^{2 -} → CaCO₃

Masa powstałego fosforanu wapniowego.

- ilość usuwanego fosforu P_US =1 - 0,05= 0,95 mgP/l

- stężenie molowe P_US

- stężenie molowe powstałego fosforanu wapniowego

- stężenie masowe powstałego fosforanu wapniowego

Masa powstającego wodorotlenku magnezowego Mg(OH)₂

- masa cząsteczkowa

- Liczba moli usuwanego magnezu

- masa cząsteczkowa

- stężenie masowe

Określenie masy powstałego fosforanu wapniowego CaCO₃

- masa kationu węglanowego Ca2+ w Ca5(PO4)3(OH)

Ca w

- ilość dodawanego Ca²⁺ w wyniku dodania CaO

- masa wapnia CaCO₃

Ca = Ca _(CaO) + Ca _dopł - Ca _{Ca5(PO4)3(OH)} - Ca_[Mg(OH)2] - Ca _odpł

Ca = 104 + 80 - 2,04 - 60 = 121,96

2) Obliczenie masy usuwanej zawiesiny

Zawiesiny organiczne

- ilość zawiesiny w ściekach surowych z = 30 mg/l

- przyjęto, że usuwanych jest 80% zawiesin

= 808,5 kg/d

Zawiesiny organiczne

______________________________________________________

= 2817 kg/d

3) Określenie objętości osadów

- założono, że osad zawiera 94% wody

- gęstość osadu w stosunku do gęstości wody wynosi 1,07

- procentowa zawartość suchej masy w osadzie p_s = 7,5% = 0,075

6.2. Obliczenia hydrauliczne

Straty wysokości ciśnienia w urządzeniach

Urządzenia	Straty hydrauliczne
		m H2O
Mieszalnik	0,5
Komora flokulacji	0,5
Osadnik	0,3
Komora rekarbonizacji	0,4
Komora sedymentacji	0,3
Filtr pośpieszny	4,5

Rurociąg	Prędkość przepływu	Natężenie przepływu	Średnica przewodu	Długość	Spadek ciśnienia
		m/s	dm^3/s	mm	m	‰
od pompowni do komory szybkiego mieszania	1,9	389,7	500	8,56	6
od komory szybkiego mieszania do komory flokulacji	1,5	389,7	500	10,57	4
od komory flokulacji do osadników pionowych	1,2	389,7	500	47,99	3
od osadników pionowych do wieży desorpcyjnej	1,9	389,7	500	44,15	6
od wieży desorpcyjnej do komory rekarbonizacji	1,9	389,7	500	43,79	6
od komory rekarbonizacji do filtrów pośpiesznych	1,9	389,7	500	10,49	6
od filtrów pospiesznych do obiegu	1,9	389,7	500	10,13	6

7. Specyfikacja urządzeń i rurociągów

Urządzenia technologiczne

• Mieszalnik mechaniczny z mieszadłem śmigłowym (liczba mieszalników - 1)

- średnica - 2,46m

- wysokość - 2,46m

- średnicę mieszadła - 1,23m

- trzy łopatki o szerokości - 0,1845m

- wysokość zawieszenia mieszadła od dna mieszacza - 0,0369m

- moc silnika poruszającego mieszadło

• Komora wolnego mieszania (liczba komór - 2)

- komory z mieszadłami mechanicznymi łopatkowymi o osi poziomej

- dwie komory o powierzchni 62,40 m² każda i o wymiarach 6 x 10,4m

- średnica mieszadła 3.7m

• Osadnik pionowy (liczba osadników - 2)

- czas przepływu T = 2h

- obciążenie hydrauliczne powierzchni osadnika ≤ 3m/h ~ 3m/h

- całkowita wysokość osadnika - 15,35m

- średnica osadnika - 17,3m

- wysokość części przepływowej osadnika - 6,0m

- średnica rury środkowej - 1,6m

- wysokość części stożkowej 8,35m

- dolna średnica stożka 0,6m

- kąt pochylenia ścian α = 45 ^o

• Wieża desorpcyjna

- Przekrój poprzeczny wieży = 100m² (10x10)

- wypełnienie wieży stanowią pierścienie ceramiczne o średnicy 100mm, długości 100mm i

grubości 14,3mm.

- wysokość wieży - 16 m

• Komora rekarbonizacji

- długość - 8,0m

- szerokość - 6m

- wysokość - 5,0m

• Komora sedymentacji

- długość - 9,0m

- szerokość B -8,0m

- wysokość H - 5,0m

• Filtr pośpieszny

- 5 filtrów pośpiesznych grawitacyjnych o wymiarach 4,0x8,0

- złoże jednowarstwowe, piasek kwarcowy, gruboziarnisty

- intensywność płukania filtru wodą

- płyty drenażowe o wymiarach 1,5x1,5

- dysze ELWO o wymiarach 0.5x8.0mm (13 rzędów po 13 dysz) i rozstawie 0,115m

- koryta zbiorcze wody popłucznej o szerokości 0,95m i wysokości 1,15

- Zbiornik do płukania filtru o średnicy 8.0m i wysokości 7.7m

• Chloratory C - 32 - wydajności 100 - 5000g Cl₂/h w ilości 3 sztuki

• Sytnik do przygotowywania wody wapiennej (ilość zbiorników - 2)

- średnica i wysokość - 3,05m

• Magazyn wapna

- powierzchnia magazynu -

Dobór pomp

• Pompownia

Dobrano 4 pompy firmy Grundfos typu NK 150 - 200 o maksymalnej wydajności 450 m3/h i maksymalnej wysokości podnoszenia - 7,5m

• Pompy przed wieżą desorpcyjna

Przyjęto 2 pompy + 1 rezerwową firmy Grundfos typu NK 250 - 330 o maksymalnej wydajności 800 m3/h i maksymalnej wysokości podnoszenia - 28m

Straty wysokości ciśnienia w urządzeniach

8. Kontrola procesu

• Kontrola procesu rekarbonizacji

- pomiar zasadowości oraz przewodnictwa ścieków odpływających z komory saturacji

• Instalacje dawkujące

Wyposażone w aparaturę kontrolno - pomiarową i regulacyjną zapewniającą pomiar:

- ciśnienia dozowanego czynnika

- natężenia dozowania

- poziomu roztworu w zbiorniku roztworowym i ewentualnie zarobowym

• Stacja filtrów

Powinna być wyposażona w aparaturę do pomiaru:

- natężenia przepływu wody do płukania filtrów

- ilości zużytej wody do płukania

- mętności

2. CZĘŚĆ RYSUNKOWA

• Załączniki

Rys.1 Plan sytuacyjny

Rys.2 Wykres linii ciśnień w układzie transportu

Rys.3 Wieża desorpcyjna

Rys.4 Plan zagospodarowania terenu

7

Koagulacja

Sedymentacja wtórna

Filtracja pośpieszna

Sedymentacja

Dezynfekcja

Rekarbonizacja

Ca(OH)₂

Wieża desorpcyjna

---