Водопроводные очистные сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Институт инженерно-экологического строительства и механизации

Курсовая работа

по предмету: Водоснабжение

на тему: Водопроводные очистные сооружения

Выполнил:

Овсянников О.В.

Москва 2016 г.



1. Данные по объекту водоснабжения и качеству исходной воды

Источник водоснабжения: река;

Назначение станции: хозяйственно-питьевые нужды;

Полезная производительность станции 37550 м³/сут;

Отметка земли у РЧВ 100,0 м.

Выписка из анализа воды источника водоснабжения:

Таблица 1

Показатель	Значение
	река	[6] 2.1.4.1074-01
Реакция среды, рН	7,4-7,9	6-9
Взвешенные вещества, мг/л	3,0	-
Мутность, мг/л	170	1,5(2,0)
Цветность, град.	22	20(35)
Окисляемость пермангананая, мг/л	5,44-12,5	5
Щелочность	1,8	7
ХПК, мг/л	15	(15)
БПК5, мг/л	0,9-1,8	-
Сухой остаток, мг/л	218-338	1000(1500)
Растворенный кислород, мг/л	9,7-12,1	5-6
Хлориды, мг/л	24,1-43,7	350
Сульфаты, мг/л	19,2-55	500
Соли аммония	0,42	2
Нитриты	0,031-0,05	(Нитрит-ион )3
Нитраты	2,3-5,46	45
Фосфаты, мг/л	0,15	-
Нефтепродукты, мг/л	0,1	0,1
АПАВ, мг/л	0,01	0,5
Железо	0,26	0,3(1,0)
Цинк	0,05	5,0
Свинец	0,005	0,03
Хром	0,01	0,05
Марганец	0,1	0,1(0,5)
Фенолы	0,001	0,001



2. Выбор технологической схемы очистки воды

Состав очистных сооружений определяют исходя из результатов анализов исходной воды и тех требований, которые предъявляются к качеству очищенной воды.

На основании данных по качеству воды в источнике водоснабжения и в соответствии с осуществлен предварительный выбор основных сооружений. В данном случае целесообразно применять горизонтальные отстойники и скорые фильтры.

Водопроводная очистная станция предназначается для подготовки воды из открытых источников для хозяйственно-питьевых нужд.

Вода, поступающая на станцию, направляется в вертикальный смеситель и подвергается обработке реагентами, а именно коагулянтом и флокулянтом концентрациями равными 10% и 0,1 % соответственно. После смесителя вода по трубопроводам самотеком поступает на горизонтальные отстойники с тонкослойными модулями, а затем на скорые фильтры. В резервуаре чистой воды обеспечивается 30-ти минутный контакт воды с хлорсодержащим реагентом - гипохлоритом натрия. Объем РЧВ рассчитывается на хранение и регулирование неравномерности водопотребления. Из резервуара по всасывающим трубопроводам вода поступает в насосную станцию второго подъема и далее - к потребителю.



3. Определение полной расчетной производительности станции

Полная производительность Q_о.с. станции подготовки хозяйственно-питьевой воды слагается из расчетного расхода воды потребителями для суток максимального водопотребления, расхода воды на собственные нужды очистной станции (очистка смесителей, отстойников, резервуаров чистой воды, промывка фильтров) и дополнительного расхода воды на тушение пожара в населенном пункте и пополнение противопожарного запаса.

В расчетный расход воды q_max.сут, указанный в задании на составление проекта как для первой очереди строительства, так и для расчетного периода, включен расход воды на тушение пожара и пополнение противопожарного запаса (в данном проекте его определение не требуется). Расход на собственные нужды станции рассчитывают с помощью коэффициента б, принимаемого равным 1,03?1,-05 для станций с повторным использованием промывной воды. Полную производительность водоочистной станции, м³/сут, определяют по формуле:

Q_о.с. = б · q_max.сут

q_max.сут = 37550 м³/сут

Q_о.с. = 1,05 · 37550 = 39427,5 м³/сут = 1642,81 м³/ч = 456,33 л/с.



4. Предварительная высотная схема технологических сооружений

Составление высотной схемы сооружений начинается с конечного сооружения, то есть с резервуара чистой воды. Задавшись наивысшей отметкой уровня воды в нем. Эта отметка должна быть на 0,4 - 0,5 м выше отметки земли.

В нашем случае отметки уровня воды в РЧВ принимаем:

Z₁ = 100,0 + 0,5 = 100,5 м,

где 100,0 ? отметка уровня земли у РЧВ.

Отметка уровня воды в скором фильтре равна:

Z₂ = Z₁ + h_L2 + h_{скор.фильтр} = 100,5+ 0,5+3,0 = 104,0 м,

где h_L2 ? потери по длине трубопровода от сорбционного фильтра до скорого фильтра (0,5);

h_{скор.фильтр.} ? потери напора в скором фильтре (3,0).

Отметка уровня воды в горизонтальном отстойнике:

Z₃ = Z₂ + h_L3 + h_{гор.отстойник} = 104,0 + 0,3+ 0,3 = 104,6 м,

где h_L43? потери по длине трубопровода от скорого фильтра до горизонтального отстойника (0,3);

h_{горизонт.отст.} ? потери напора в горизонтальном отстойнике (0,3).

Отметка уровня воды в камере хлопьеобразования:

Z₄ = Z₃ + h_кхо = 104,6+ 0,4 = 105,0 м,

где h_кхо ? потери напора в камере хлопьеобразования (0,4).



Отметка уровня воды в смесителе:

Z₅ = Z₄ + h_L5 + h_смес. = 105,0 + 0,3+ 0,4 = 105,7 м,

где h_L4 ? потери по длине трубопровода от смесителя до камеры хлопьеобразования (0,3);

h_смес. ? потери напора в смесителе (0,4).



5. Реагентное хозяйство

5.1 Расчет дозы коагулянта

Для ускорения выпадения взвеси применяется коагулирование, осуществляемое путем добавки в обрабатываемую воду химических реагентов (коагулянтов), образующих хлопья, которые, оседая, увлекают за собой взвесь.

В качестве коагулянта используется водный раствор сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ произведенного в соответствии с ТУ 2141-002-59662222-07:

Таблица 2

Наименование показателя	Норма
Внешний вид	Бесцветная опалесцирующая прозрачная жидкость
Содержание оксида алюминия, %	6,7 - 7,7
Содержание нерастворимого в воде остатка, %	? 1
Содержание железа в пересчете на оксид железа (III), %	? 0,05
Содержание свободной серной кислоты, %	? 0,1
Содержание мышьяка в пересчете на оксид мышьяка (III), %	? 0,0015

Дозу сернокислого алюминия ( (глинозем)) определяем по двум показателям:

- мутности ( ) в соответствии с [табл.17, 7];

- цветности ():

,

где - доза коагулянта в расчете на безводный продукт, мг/л;

Ц - цветность исходной воды, градусы платиново-кобальтовой шкалы).

Определим дозу коагулянта для мутности 4 мг/л и цветности 68 град:

мг/л;

мг/л.

Выбираем максимальное значение дозы - 32,98 мг/л.

5.2 Расчет сооружений для мокрого хранения и приготовления коагулянта

Принимаем мокрое хранение коагулянтов с мокрым дозированием. В состав сооружения для мокрого хранения и приготовления коагулянта входят:

1. Бак-хранилище раствора коагулянта;

2. Насосы гидравлического перемешивания раствора коагулянта;

3. Расходный бак раствора коагулянта;

4. Насос-дозатор;

5. Воздушный колпак.

5.3 Расчёт ёмкости для хранения коагулянта

Q_к = Q_о.с.· Д_к/ 10000 · P_c

где Q_о.с.= 37550 м³/сут - расчетная производительность станции;

Д_к = 32,98 мг/л - доза коагулянта;

P_c = 40,3% - содержание безводного вещества в коагулянте.

Q_к = 37550 · 32,98/10000 · 40,3 = 3,07 т/сут.

Количество коагулянта с расчетом запаса на 30 дней составит 265,73 т.

Принимаем «мокрое» хранение коагулянта в железобетонных баках. Вместимость баков-хранилищ принимаем из расчета 2 м³ на 1 т коагулянта (531,46 м³). Также учитываем объем осадка, который составляет 0,7 м³ на 1 т коагулянта (186,01 м³). Высоту принимаем 3,0 м.

К установке принимаем восемь баков. Объем каждого составляет 65,78 м³, а объем подрешеточной части 23,02 м³. Суммарный объем одного бака будет равен 88,8 м³. Размеры баков будут 6х6х3,0 м. Баки заполняются на h=2,46 м.

5.4 Расчёт ёмкости расходного бака

Ёмкость расходного бака определяется по формуле:

W_p = Q_час · n · Д_к / 10000 · b_p · г

где г = 1,27 т/м³ - объемный вес раствора коагулянта (принимаем при Т=15⁰С);

b_р =10% - концентрация раствора коагулянта в растворном баке;

n = 12 ч - время, на которое заготавливают раствор коагулянта.

Q_час = Q_расч. / 24 = 37550 / 24 = 1564,58 м³/ч;

W_p = 1564,58 · 12 · 32,98 / 10000 · 10 · 1,27 = 4,88 м³.

Принимаем, что раствор в расходном баке готовиться на 12 часов. Вместимость одного бака принимаем равной 8 мі, а его размер А Ч В = 2Ч2 м при высоте 2 м, количество баков - 2 шт.

Расход раствора коагулянта, подаваемого в смеситель в течение 1 часа, 14,05/12 = 1,17 мі/ч.

Подачу 10%-ного раствора коагулянта производим двумя насосами-дозаторами марки Grundfos DMX с расходом 0,765 мі/ч, р = 1,0 МПа. Принимаем 2 рабочих насоса и 1 резервный насос. Реагент вводят в трубопровод сырой воды перед смесителем.

5.5 Расчет воздуходувок и воздуховодов

Для интенсификации процессов растворения коагулянта и перемешивания раствора в растворных и расходных баках предусматривается подача сжатого воздуха. Интенсивность подачи воздуха принимается: для растворения коагулянта 8-10 л/с·м², для его перемешивания при разбавлении до нужной концентрации в расходных баках 3-5 л/с·м².

Расчетный расход воздуха Q_возд определяется как произведение площадей баков на величину интенсивности подачи воздуха. Это позволяет подобрать воздуходувку необходимой производительности (WQ_возд).

Необходимый расход воздуха для растворения коагулянта и его перемешивания в растворных и расходных баках определяем:

- в баках-хранилищах:

q_возд¹ = q_в · А · В · n = 8 · 6 · 6 · 8 = 2304 л/с;

- в расходных баках:

q_возд² = q_в · А · В · n = 3 · 2· 2 · 2 = 24 л/с;

Общий расход воздуха Q_возд = 2304 + 24 = 2328 л/с или 139,68 мі/мин.

Определяем диаметр воздуховода при скорости движения воздуха 10-15 м/с.

;

где W - производительность воздуходувки, мі/мин;

p - давление, развиваемое воздуходувкой, кгс/смІ , принимаем p =1,5 кгс/смІ;

d = =0,31 м ? 300 мм.

Для подачи воздуха принимаем две рабочих и одну резервную воздуходувку завода "СпецСтройМашина" марки PB 7 GE CCM (максимальная производительность 77 мі/мин).

Удельный вес сухого воздуха при давлении p =1,5 кгс/смІ и температуре равен 1,917 кг/мі. Тогда вес воздуха, проходящего по трубопроводу, составит:

G = 139,68 · 60 · 1,917 = 16066 кг/ч.

Коэффициент сопротивления в для данного значения G будет равен 0,78.

Потери давления по длине (L=20 м - принято конструктивно):

где - массовый расход воздуха, проходящего через трубопровод в течение 1 ч, кг/ч;

- длина трубопровода, м;

- удельный вес сухого воздуха при ;

- диаметр трубопровода, мм.

p₁ = = 0,11 кгс/смІ.

Определяем потери давления на местные сопротивления:

p₂ = 0,063·VІ·?о

Потери напора в фасонных частях воздухопровода при наличии семи прямоугольных колен, для которых ?о = 10,5, будут равны:

p₂ = 0,063·12І·10,5 = 95,256 мм вод.ст. или 0,009 кгс/смІ.

Общие потери давления:

р = р₁ + р₂ = 0,11 + 0,009 = 0,119 кгс/смІ.



6. Расчет дозы флокулянта

Процесс осветления (коагулирования и осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов, в частности полиакриламида (ПАА). При добавлении ПАА происходит ускорение слипания агрегативно неустойчивых твердых частиц. Интенсифицирующие свойства добавки ПАА вызваны адсорбцией его молекул на частицах взвеси и хлопьях коагулянта, что ведет к их быстрому укрупнению и ускоряет осаждение. Место ввода ПАА - перед осветлителем со слоем взвешенного осадка, после ввода коагулянта.

Технический ПАА - прозрачный, бесцветный (или желтовато-коричневый), вязкий и текучий гель, содержащий 7-9% полимера, поставляется в бочках по 50 кг.

Доза ПАА рассчитывается в соответствии с [п. 6.17, табл.17, 7]при вводе перед осветлителями Д_ф = 1-1,5 мг/л. Принимаем Д_ф = 1,2 мг/л.

ПАА следует вводить в воду после коагулянта. Разрыв по времени между дозированием этих реагентов должен составлять 2 - 3 мин .

6.1 Расчет сооружений для приготовления и дозирования флокулянта

Для практического применения наиболее удобно пользоваться 1% раствором ПАА. Технический ПАА растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок. Центральным конструкторским бюро Академии коммунального хозяйства (ЦКБ-АКХ) разработана мешалка, рассчитанная на растворение за один цикл 150 кг геля ПАА. Рабочая емкость бака мешалки 1,2 м³ при его общей емкости 2 м³. Баки имеют квадратную форму в плане для уменьшения воронки, образующейся при вращении раствора. Скорость вращения вала 960 об/мин. Вал имеет две лопасти размером 60 х 100 мм, монтируемых под углом 10 град, к вертикальной оси. Продолжительность растворения 150 кг ПАА 20?40 мин. Продолжительность цикла приготовления раствора ПАА, включая взвешивание, загрузку, размешивание и перекачку раствора в расходный бак - 2 часа. Одна мешалка УРП-2м может обеспечить рабочим раствором ПАА станцию на время:

Т_М = (q_М · 24 · 1000)/(Д_ф · Q_о.с.) = (6 · 24 · 1000)/(1,2 · 108237,549) = 1,11 сут,

q_м - производительность мешалки, q_м = 6 кг/ч [п.18.7, 4];

Д_ф - доза флокулянта, Д_ф = 1,2 мг/л;

Q_о.с. ? полный суточный расход воды, м³/сут.

Количество мешалок, а так же объем расходных баков для ПАА следует определять исходя из сроков хранения 1% раствора не более 15-ти суток. На очистной станции устанавливаем четыре мешалки УРП-2м.

Объем растворного бака определяется:

W_раств=Q_час · n · Д_ф/10000 · b_р · г=4509,9 · 360 · 1,2/10000 · 1 · 1=194,83 м³,

где Д_ф=0,5 мг/л -доза ПАА;

b_р =1% -концентрация ПАА в растворном баке;

г =1 т/м³ -объемный вес ПАА (при Т=15⁰С);

n=360 часов.

Согласно [п. 9.19, 1] количество растворных баков принимаем не менее двух. Принимаем 2 растворных баков, по 16,73 м³ каждый, с размерами 6 х 6 х 3м.

Принимаем гидравлическое перемешивание раствора флокулянта при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора флокулянта в расходный бак.



Требуемый объем расходного бака определяется:

W=W_раств · b_р/ b=194,83 · 1/0,5=389,65 м³,

где b=0,5% - концентрация раствора флокулянта;

b_p=1% - концентрация ПАА в растворном баке;

W_раств=50,17 м³ -емкость растворных баков.

Принимаем 4 расходных бака по 108 м³ каждый, с размерами в плане 6 х 6 х 3 м. Принимаем гидравлическое перемешивание раствора ПАА при помощи циркуляционного насоса, который служит и для подачи раствора ПАА в насос-дозатор. ПАА следует вводить в воду после коагулянта. Время разрыва между дозированием этих реагентов должно составлять до 1-3 мин в зависимости от качества обработанной воды [п.9.15, 1] .

6.2 Расчет дозы извести для подщелачивания воды

При излишней щелочности переход гидроокиси в водную окись может задерживаться. При недостаточной щелочности реакция образования гидроокиси из сернокислого алюминия протекать не будет. В этом случае нужно искусственно подщелачивать воду гашеной известью Са(ОН)₂, едким натром NaOH или кальцинированной содой Na₂СО₃, добавляемыми в необходимом количестве. Доза извести для подщелачивания воды рассчитывается согласно [п.9.16 ,1]:

Д_Щ = К • (Д_К/е_к - Щ₀ + 1), мг/л,

где Д_щ - количество извести, добавляемой для подщелачивания воды, мг/л;

Дк - максимальная в период подщелачивания доза безводного коагулянта;

е_к - эквивалентная масса коагулянта (безводного), для Al₂(SO₄)₃, е = 57 мг/мг-экв;

К - коэффициент, равный для извести (по СаО) - 28;

Щ₀ - минимальная щелочность воды, Щ₀ = 1,2 мг-экв/л;

Д_Щ = 28 • (32,98/57 -1,8 + 1) = - 6,2 мг/л.

Вывод: подщелачивание не требуется.

6.3 Расчет дозы и расхода гипохлорита натрия для вторичного хлорирования

Для обеззараживания воды в целях предотвращения развития микробиологических загрязнений в водораспределительной сети города предусмотрено использование гипохлорита натрия, ввод которого осуществляется в трубопровод перед резервуаром чистой воды (вторичное хлорирование).

Гипохлорит натрия товарный (технический) применяется в виде 10-14%-го раствора. Дозу хлорсодержащего реагента принимаем, в соответствии с [п. 9.15, 1], равной 1 мг/л.

При хранении в резервуарах воды на хозяйственно-питьевые нужды, на время выключения одного из них на промывку и ремонт в случаях, когда не обеспечивается время контакта воды с хлором, следует предусматривать подачу дозы хлора в два раза больше, чем при нормальной эксплуатации.

Расход гипохлорита натрия на вторичное хлорирование:

где = 37550 м³/сут - расчетная производительность;

Q= (37550 · 1)/1000 · 24 = 1,56 кг/ч.

Гипохлорит натрия поставляется в виде раствора с концентрацией активного хлора 120 г/л. Для хранения 20-ти суточного запаса раствора предусмотрены баки:

W = 1,56 · 24 · 20 / 120 = 18,04 м³.

Принимаем два бака по 27 м³, с размерами в плане 3х3х3 м.



7. Технологический и гидравлический расчет основных сооружений

7.1 Расчет вихревого смесителя

Смесительные устройства обеспечивают более быстрое и равномерное перемешивание вводимого реагента с обрабатываемой водой. В вихревый смесителях обеспечивается высокий эффект перемешивания исходной воды с реагентами, особенно вод с высокой мутностью.

Вертикальный (вихревой смеситель) может быть квадратного или круглого в плане сечения с пирамидальной или конической нижней частью. Принимаем квадратный в плане смеситель с конической нижней частью.

Расчётные расходы

а) часовой

м³/час,

где 37550 м³/сут - расчетный расход в сутки;

4-количество смесителей по[п. 9.35, 1].

б) секундный

м³/с = 310 л/с.

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

,

где 1127,47 м³/ч - часовой расход, приходящийся на один смеситель;

=30-40 мм/с - скорость восходящего движения воды под водосборным устройством, в соответствии с [п.9.36, 1].



Принимаем верхнюю часть смесителя квадратной в плане, стороны ее имеют размер:

м.

Трубопровод, подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя с входной скоростью =1,2-1,5м/с, в соответствии с [п.9.36, 1], должен иметь внутренний диаметр 500 мм (по табл. Шевелева). Тогда при расходе воды

q_сек =310 л/с, входная скорость =1,573 м/с.

Т.к. внешний диаметр подводящего трубопровода равен 530мм (ГОСТ 10704-91), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть 0,53х0,53м, а площадь нижней части усеченной пирамиды:

= 0,28 м²,

Принимаем величину центрального угла =35⁰, в соответствии с [п.9.36,1].

Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя:

м.

Объем пирамидальной части смесителя:

м³;



Полный объем смесителя:

м³;

где мин (менее 2 мин) - продолжительность смешения реагента с массой воды.

Объем верхней части смесителя:

м³,

Высота верхней части смесителя:

м,

где м - площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя.

Полная высота смесителя:

м.

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке =0,6 м/с, в соответствии с [п.9.36, 1].

а) Расчетный расход каждого потока воды, протекающего по лоткам и разделяющегося на 2 потока:



м³/ч

б) площадь живого сечения сборного лотка:

м².

в) при ширине лотка м расчетная высота слоя воды в лотке:

м.

Уклон дна лотка

г) площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка:

м²_,

м/с_ скорость движения воды через отверстия лотка.

д) общее потребное количество отверстий:

Отверстия приняты диаметром 80мм, т.е. площадью 0,00503 м²

шт.

Эти отверстия размещаются по боковой поверхности лотка на глубине =110мм от верхней кромки лотка до оси отверстия.



е) внутренний периметр лотка:

м=10040 мм.

Шаг оси отверстий:

мм.

Расстояние между отверстиями:

мм,

где мм _ диаметр отверстий.

Из сборного лотка вода поступает в боковой карман. Размеры кармана принимаются конструктивно.

Расход воды, протекает по отводящей трубе для подачи в камеру хлопьеобразования, совмещенную с горизонтальным отстойником. Скорость в этом трубопроводе должна быть 0,6-1,0 м/сек, а время пребывания - не более 2 минут.

Принят стальной трубопровод, с наружным диаметром 630 мм (ГОСТ 10704-91) при скорости движения воды в нем 1,033 м/с.

7.2 Расчет горизонтального отстойника

Отстойники применяют для выделения из осветляемой воды взвешенных веществ перед ее поступлением на вторую ступень осветления - фильтры. Количество взвешенных веществ в воде после отстойников не должно превышать 8...12 мг/л.

Площадь (суммарная) горизонтальных отстойников , м², определяем по формуле:

где - коэффициент объемного использования отстойников, принимаемый равным 1,5, в соответствии с [п.9.49, 1].

- расчетный расход воды, м³/ч;

- скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником (если при коагулировании воды применяются флокулянты, значение увеличивается на 15...20%), мм/с. очистка вода коагулянт обеззараживание

Принимаем мм/с по [табл. 26, 8] и тогда, задаваясь соотношением , находим: .

Длину отстойника , м, определяем по формуле

где - средняя глубина зоны осаждения взвеси (принимается в пределах 3,0...3,5 м в зависимости от высотной схемы станции);

- средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике, мм/с, определяется по [ табл. 27, 8];

Ширину горизонтального отстойника , м, определяем по формуле

При значительной расчетной ширине горизонтальный отстойник должен быть разделен на самостоятельно работающие секции или блоки, количество которых принимается не менее 2. При количестве секций менее 6 для обеспечения их ремонта и чистки следует предусматривать одну резервную. При определении конструктивных размеров отстойников следует использовать существующие типовые решения.

Секция, при необходимости, может быть разделена на коридоры продольными перегородками. Ширину одного коридора принимают не более 6 м. При небольшой производительности станции понятие "секция" и "коридор" могут совпадать. Каждый коридор может работать самостоятельно.

При этом число коридоров:

= = 90/6 = 15 шт.

Принимаем количество коридоров в секции 3 шт. Следовательно количество секций N_кор/3 =15/3= 5 шт.

А ширина блока отстойника:

В = 15 6 = 90 м.

Рабочая глубина отстойника равна:

, м,

где -средняя высота зоны осаждения, м;

h_ос-высота зоны накопления и уплотнения осадка, м.

Н_р=3,5+1=4,5 м.

С учетом высоты строительного борта полная высота отстойника составит:



где,-высота строительного борта, м.

Н=4,5+0,5=5 м.

В связи с тем, что мы обрабатываем воды малой мутности и средней цветности, целесообразно предусмотреть применение тонкослойных модулей. В сооружениях тонкослойного осветления осаждение взвеси происходит в наклонных элементах малой высоты. При этом обеспечиваются быстрое выделение взвеси и ее сползание по наклонной плоскости элементов в зону накопления и уплотнения осадка.

Определяем длину тонкослойного элемента согласно [формуле 8.62, 9].

где - длина тонкослойного элемента, м;

Н₀ - высота тонкослойного элемента, принимаемая 0,03-0,05 м;

V_н - удельная нагрузка или производительность сооружения в расчете на площадь зеркала воды м³/(м²•ч) или м/ч, для маломутных и цветных вод, обработанных коагулянтом, принимаем равной 3 м/ч;

u_o - расчетная скорость осаждения взвеси, м/ч, определяемая по [табл.18, 7];

в - коэффициент, учитывающий стесненное осаждение взвеси под тонкослойными элементами;

K_аг - коэффициент агломерации, учитывающий влияние осадка, выделяющегося из тонкослойных элементов, на интенсификацию хлопьеобразования.

Значение произведения в •K_аг следует принимать равным 1,15.



где K_ст - коэффициент, учитывающий стеснение стечения потока в тонкослойном элементе сползающим осадком, принимается в среднем (0,7- для маломутных вод);

K_ов - коэффициент, учитывающий гидравлическое совершенство тонкослойного сооружения и степень его объемного использования, принимаемый 0,6-0,75;

K_к - конструктивный коэффициент, равный отношению фактической открытой для движения воды площади тонкослойных элементов к общей площади зеркала воды отстойного сооружения, предварительно принимаемый 0,7.

где б - угол наклона тонкослойных элементов к горизонту, град;

K_ф - коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения тонкослойных элементов, принимаемый для сечений прямоугольной формы - 1,0;

ц - коэффициент, учитывающий влияние гидродинамических условий потока в тонкослойных элементах, определяется по [табл. 8.4, 9], в которой b - ширина, H_o - высота тонкослойного элемента.

Благодаря тому, что мы применяем модули тонкослойного отстаивания, длина отстойного сооружения сократится на 30%.

Таким образом длина отстойника составит:

L_отст.= 52,5•0,7 = 36,75 м.

Площадь одной секции отстойника в плане:

F₁= В₁•L_отст=15•36,75 = 551,25 м².

При принятой высоте зоны накопления и уплотнения осадка (h_ос=1 м) объем осадочной части отстойника составит:

W_ос.ч= 0,7•F₁h_ос, м³,

где 0,7-коэффициент, учитывающий снижение объема зоны накопления и уплотнения осадка вследствие призматичности днища.

W_ос.ч=0,7•551,25•1= 385,88 м³.

Удаление из отстойника осадка рекомендуется производить гидравлическим способом без выключения его из работы. В этом случае объем зоны накопления и уплотнения осадка для всего сооружения , м³, определяют по формуле:

=,

где m-количество взвеси в воде на выходе из отстойника, принимаемое 8мг/л;

Т-продолжительность работы отстойника между чистками, сут;

-средняя концентрация уплотненного осадка,г/м³, =f(C_ср, Т), по ;

С_ср- средняя концентрация взвеси в осветляемой воде с учетом взвеси, образующейся при введении реагентов, мг/л, определяется по формуле:



С_ср =М+kД_к+0,25Ц,

где М- количество взвешенных веществ в исходной воде (мутность), мг/л;

k-переводной коэффициент (k=0,5- неочищенный сернокислый алюминий);

Д_к- доза коагулянта по безводному продукту, мг/л;

Ц- цветность исходной воды, град;

С_ср=4+0,5•32,98+0,25•68=37,49 мг/л.

= = 133,0 м³;

Высота зоны накопления осадка:

Н_з.н== 133,00/(551,25•5)= 0,048 м.

Эта высота недостаточна для прокладки желобов для удаления осадка. Поэтому, исходя из конструктивных соображений , принимаем Н_з.н=0,7 м. При этом время между чистками принимаем Т=1 сут.

Физический объем зоны накопления (для всего отстойника):

W_з.н= F • Н_з.н= 551,25•5•0,7= 1929,4 м³.

После выхода из отстойника содержание взвеси в воде составляет m, мг/л, следовательно, процент задержания взвеси отстойником Р,% составит:

Р=•100%,

Р=(37,49-8)•100% /37,49=78,66%.



Количество осадка Р_ос, т, который нужно удалить из коридора отстойника за одну чистку (по весу) составит:

Р_ос= ;

Р_ос= =0,21 т.

Расход воды Q₀ , м³/ч, сбрасываемой с осадком по дырчатым трубам, уложенным в каждом коридоре отстойника на расстоянии не более 3 м друг от друга, составит:

Q₀= ,

где К_р- коэффициент разбавления (принимаемый равным 1,5 для гидравлического удаления осадка без выключения отстойника;)

Т_с- продолжительность удаления осадка, равная 0,33...0,5 часа.

Q₀= =385,88 м³/ч.

Дно горизонтального отстойника с гидравлическим удалением осадка проектируют с уклоном i=0,005 по ходу движения осадка;

Для увеличения производительности горизонтальных отстойников следует применять поверхностный отбор воды в виде желобов или дырчатых труб.

7.3 Расчет камеры хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья.

К установке принимаем перегородчатую камеру хлопьеобразования с горизонтальным движением воды, т.к. такие камеры применяются при производительности более 40-45 тыс. м³/сут.

Объем камеры определяем по формуле

где - время пребывания воды в камере, мин.

Согласно [п.9.38, 1], потери напора в смесителе определяются по формуле:

где о-коэффициент гидравлического сопротивления, принимаемый равным 2,9;

v-скорость движения воды в смесителе, принимаемая от 0,5 до 0,7 м/с;

g-ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

Высоту камеры принимаем равной высоте отстойника с учетом потерь напора в камере. Следовательно:

h_к=5+0,1=5,1 м.

Площадь камер в плане:

.

Ширина коридора камеры при скорости движения воды м/с:



Согласно [п. 9.45, 1] минимальная ширина коридора м. Так как камера хлопьеобразования примыкает к торцевым стенкам горизонтальных отстойников, то по условиям компоновки станции надо принять длину камеры равной суммарной ширине горизонтальных отстойников, м.

Найдем ширину камеры хлопьеобразования:

где - толщина железобетонных стенок камеры, равная 0,18 м.

Принимаем число коридоров , следовательно, количество поворотов потока будет на единицу меньше числа коридоров, т. е. .



8. Расчет скорых фильтров с однослойной загрузкой

8.1 Определение размеров фильтра

Суммарная площадь скорых фильтров будет

где Т - продолжительность работы станции в течение суток в ч,

Т=24 ч;

U_р.н. - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 7 м/ч; согласно [п.9.85, табл. 15 , 1];

n - количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

w - интенсивность промывки, равная 16 л/сек м²;

t₁ - продолжительность промывки, равная 0,12ч; (7 мин)

t₂ - время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33ч.

Подставляя численные значения, получаем:

м².

Количество фильтров:

Тогда:

шт.

Принимаем 14 рабочих и 2 резервных фильтра при площади каждого из них 51,3 м² с размерами в плане 6х8,6 м.



Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

Тогда:

<12 м/ч,

что удовлетворяет требованиям [п.9.82, 1], N₁ - количество фильтров, находящихся в ремонте (N₁=1).

8.2 Выбор состава загрузки фильтра

Загрузка однослойногого фильтра состоит из кварцевого песка. Гравий служит поддерживающим слоем.

Загрузка фильтра принята согласно данным [табл.14,15, 1]:

а) Кварцевым песком с крупностью зерен 0,8-2 мм и толщиной слоя 1,8-2 м;

б) Гравием с крупностью зерен 2-40 мм и толщиной слоя 0,71.

Общая толщина всей загрузки H=2,71м. Высота слоя воды над поверхностью фильтра принимаем h=2,5 м, что больше 2м, согласно [п. 9.84, 1].

8.3 Расчет распределительной системы фильтра

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки принята w=16 л/сек м².

Тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра, будет равна:

л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды d_кол=1000 мм при скорости V_кол=1,047 м/с, что меньше 1,2 м/с.

При ширине фильтра 6,0 м, толщине стенки фильтра 0,2 м и диаметре коллектора d=1020 мм, длина одного ответвления :

L_отв. = (Н_ф-Н_ст- Д_нар.к.)/2 = (6-0,2-1,02)/2 =2,39 м,

где Д_нар.к. = 1020 мм наружный диаметр коллектора (по ГОСТ 10704-91)

Количество ответвлений на каждом фильтре при шаге оси ответвлений 0,25 м составит:

N_отв. = (8,6/0,25) · 2= 68 шт.

Ответвления размещаем по 34 шт с каждой стороны коллектора.

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв=133 мм (ГОСТ 3262-75), тогда скорость входа воды в ответвлении будет V=0,978 м/c

В нижней части ответвлений под углом 45⁰ к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм.

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы к площади фильтра F принимается равным 0,3%.

Суммарная площадь отверстий составит:

м².

При диаметре отверстий д₀=14 мм площадь отверстия f₀=1,54 см². Тогда общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра:

шт.

В каждом фильтре имеется по 60 ответвлений. Тогда количество отверстий на каждом ответвлении 1000:68?15 шт. Шаг оси отверстий:

шт.

Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке под углом 45⁰ к вертикальной оси трубы.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах распределительной системы предусматривают установку стояков-воздушников диаметром 75-150 мм с автоматическим устройством для выпуска воздуха. На коллекторе фильтра также устанавливают стояки-воздушники.

8.4 Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра

Сбор и отвод воды при промывке скорых фильтров осуществляется при помощи желобов, которые заканчиваются в кармане, размещенных над поверхностью фильтрующей загрузки. Конструкция желобов должна:

а) предотвращать помехи нормальному расширению загрузки фильтра, вызванному поступлением промывной воды;

б) препятствовать возможности выноса зерен загрузки вместе с промывной водой.

Согласно [п.9.93, 1]: для сбора и отвода воды рекомендуется применять желоба полукруглого или пятиугольного сечения, с расстоянием между осями соседних желобов не более 2,2 м.

Принимаем 4 желоба с треугольным основанием. Тогда расстояния между осями желобов составят:

Н= 8,3/4 = 2,1 м (рекомендуется не более 2,2 м).

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

м³/с.

Ширина жёлоба определяется по формуле:

где - отношение высоты прямоугольной части жёлоба к половине его ширины, принимаем равной 1,0.

-коэффициент, принимаемый для пятиугольных жёлобов равный 2,1.

По[таблице 40, 1], принимаем жёлоб шириной 0,44 м, высотой 0,61 м и со скоростью движения воды в жёлобе 0,63 м/с и расходом 0,14 м³/с.

С учетом толщины стенки, высота желоба равна:

Н_ж = h + 0,08 = 0,44 + 0,08 = 0,52 м.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н = 2,71 м

(Н-высота фильтрующего слоя) и е = 25 % (относительное расширение фильтрующей загрузки) составит:

м.

Расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра составит 0,36 м.

Процент воды, идущей на промывку фильтров (от общей суточной производительности) равен:

где N - число фильтров на станции;

n - число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации;

.

8.5 Расчет сборного канала

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток. При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов. Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

где q_кан - расход воды в канале в м³/с, принимаемый равным 0,506 м³/с;

b_кан - минимально допустимая ширина канала, принимаемая равной 0,7 м.

Тогда:

м.

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения м² составит м/с, что отвечает рекомендуемой минимальной скорости 0,8м/с.

Расход воды на промывку фильтра:

%



где Т_о- продолжительность работы фильтроцикла, принимаем 12ч;

Т_Р - продолжительность работы фильтра между 2-мя промывками

Т_Р=Т₀-(t₁+t₂+t₃)=12-(0,12+0,33+0,17)=11,38 ч

где t₃-продолжительность сброса первого фильтра в сток t₃=0,17 ч;

t₁=0,12 ч;

t₂=0,33 ч.

1.6.1.1. Определение потерь напора при промывке фильтра

Потери напора слагаются из следующих величин:

а) потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра

где V_кол - скорость движения воды в коллекторе в м/с;

V_кол = 0,925 м/с.

V_р.т. - то же, в распределительных трубах в м/с;

V_р.т. = 0,978 м/с.

б - отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора;

б=0,1359/1,0=0,1359.

Подставляя численные значения, получаем:

м.

б) потери напора в фильтрующем слое высотой Н_ф



где а = 0,85 и b = 0,004--параметры для песка с крупностью зерен 1-2 мм.

м.

в) потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой

где Н_г..с. = 0,71 м;

w = 16 л/с• м²- интенсивность промывки

м.

г) потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

При q=724,8 л/с, d=1000 мм и V=0,925 м/с, гидравлический уклон 1000i=0,953, i=0,000953 при l=100 м.

м.

д) потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

Коэффициенты местных сопротивлений равны: ж₁= 0,984 для колена; ж₂ = 0,26 для задвижки; ж₃= 0,5 для входа во всасывающую трубу и ж ₄= 0,92 для тройника.

Таким образом:

м.

Следовательно, полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит:

м.

Геометрическая высота подъема воды h_г от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет

м,

где 0,35 м - высота кромки желоба над поверхностью фильтра;

2,71 м - высота загрузки фильтра;

4,3 м -глубина воды в РЧВ.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра равен:

м,

где h_з.н. - 1,5 м - запас напора (на первоначальное загрязнение фильтра и т.п.).

8.6 Подбор насосов для промывки фильтра

Для подачи промывной воды в количестве 724,8 л/с принято 3 центробежных насоса Grundfos TP 400-470/4A-F-A-DBUE-96162126, производительностью 864 л/с каждый, с напором 24,1 м.

Описание выбранного насоса, технические характеристики и габаритный чертеж представлены в Приложении 3.

8.8 Подсобные помещения и лаборатория

В зданиях станций водоподготовки необходимо предусматривать лаборатории, мастерские, бытовые и другие вспомогательные помещения. Состав и площади помещений надлежит принимать в зависимости от назначения и производительности станции, а так же источника водоснабжения.

Химическая лаборатория ? 40 м².

Весовая - 6 м².

Бактериологическая лаборатория автоклавная ? 30 м².

Средоварочная и моечная - 15 м².

Помещения для хранения посуды и реактивов - 15 м².

Кабинет заведующего лабораторией - 10 м².

Местный пункт управления - назначается по проекту диспетчеризации и автоматизации.

Комната для дежурного персонала - 20 м².

Контрольная лаборатория - 15 м².

Кабинет начальника станции - 15 м².

Мастерская для текущего ремонта мелкого оборудования и приборов ? 20 м².

Гардеробная, душ и санитарно-технический узел .

8.9 Зоны санитарной охраны

Зоны санитарной охраны обеспечивают соответствующее требованиям [5] качество питьевой воды и предотвращают возможность загрязнения и заражения воды как в источнике, так и в самих водопроводных сооружениях; они разделяются на пояса.

В первом поясе, т.е. в местах расположения водопроводных и технологических сооружений, резервуаров чистой воды, насосных станций и других, должно быть постоянное ограждение территории на расстоянии не менее 30 м от основных сооружений; вдоль ограждений создается зеленая полоса насаждений.

В границах этой зоны строгого режима разрешается пребывание только людей, работающих на объекте или имеющих специальные пропуска и разрешения. Для контроля устанавливается постоянная охрана объекта. Кроме перечисленных объектов, на территории станции разрешается размещать понизительные подстанции, склады хлора, аммиака, коагулянта и других реагентов, ремонтные (механические, электротехнические, строительные) мастерские, центральную котельную, склад фильтрующих материалов. Другие подсобные и служебные помещения (гаражи, контора, помещение охраны и др.) следует располагать вне зоны строгого режима.

В проекте первого пояса зоны санитарной охраны должно быть учтено следующее: в границах зоны запрещается строительство, не связанное с нуждами водоснабжения, а также жилых, общественных и административных зданий; располагать основные объекты на территории необходимо с учетом особенностей рельефа местности, направления потока фунтовых вод и фильтрационной способности грунтов.

Планировка территории первого пояса и прилегающей к ней территории второго пояса должна обеспечивать отвод атмосферных вод от всех объектов технологических сооружений и с площадки последних.

Второй пояс включает: источник водоснабжения; бассейн его питания с притоками до границ водораздела, другие источники и грунтовые воды, которые могут оказать неблагоприятное воздействие; окружающую территорию с населенными местами, предприятиями, сооружениями и т.д., влияющими на состав воды в источнике водоснабжения. В этой зоне санитарной охраны должны быть предусмотрены мероприятия по благоустройству населенных мест, предохраняющие почву и водоемы от загрязнения.



9. Меры по охране окружающей среды

Водопроводная станция представляет собой комплекс специфических сооружений, где исходным сырьем и конечным продуктом является вода. Загрязнение окружающей среды может возникнуть только за счет сброса в водоем сточных вод и осадка, состоящего из выделенных из исходной воды загрязнений и реагентов.

Поэтому необходимо разработать мероприятия по охране окружающей природы и утилизацию осадка. В каждом конкретном случае вопрос о том, целесообразно повторно использовать промывную воду или сбрасывать ее, должен решаться после технико-экономического анализа, с учетом выполнения требований и правил охраны поверхностных вод от загрязнений.



Список используемой литературы

1. О введении в действие санитарных правил и норм "Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения СанПин 2.1.4.1110-02".

2. СанПин 2.1.41074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

3. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1971.

4. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1971.

Размещено на Allbest.ru

...