Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра "Экология и рациональное использование водных ресурсов"

Курсовой проект

по дисциплине "Водоподготовка"

Выполнил: ст. группы СВ-41

Сметанин В.П.

Проверил: ассистент

Меженная О.Б.

Гомель 2012

Содержание

• Введение
• 1. Анализ качества исходной воды
• 2. Расчет реагентного хозяства и подбор оборудования
• 2.1 Определение дозы коагулянта
• 2.2 Установка для раствориния коагулянта сжатым воздухом 7
• 2.2.1 Расчет расходных и растворных баков
• 2.2.2 Расчет воздуходувок и воздухопроводов
• 2.3 Хранение коагулянта
• 2.4 Дозирование реагентов
• 2.5 Расчет смесителя
• 3. Расчет горизонтальных отстойников
• 4. Расчет камер хлопьеобразования
• 5. Расчет скорых фильтров
• 6. Расчет сорбционного фильтра
• 7. Использование воды от промывки фильтров
• 8. Озонирование воды
• 9. Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора
• 10. Резервуары чистой воды
• 11. Песковое хозяйство
• 12. Составление высотной схемы
• 13. Зоны санитарной охраны
• Литература

Введение

Очистные сооружения являются одним из составных элементов системы водоснабжения и тесно связаны с ее остальными элементами.

Все разнообразные функции, возлагаемые на очистные сооружения, могут быть сведены к следующим:

1. Удаление из воды содержащихся в ней взвешенных веществ (нерастворимых примесей), что обуславливает снижение ее мутности, данный процесс носит название осветление воды;

2. Устранение веществ, обуславливающих цветность воды, - обесцвечивание воды;

3. Уничтожение содержащихся в воде бактерий, в том числе болезнетворных - обеззараживание воды;

4. Удаление из воды катионов кальция и магния - умягчение воды; снижение общего солесодержания в воде - обессоливание воды; частичное обессоливание воды до остаточной концентрации солей не более 1000 мг/л - опреснение воды.

На очистные сооружения могут быть возложены также отдельные специальные функции - удаление растворенных в воде газов (дегазация), устранение запахов и привкусов природной воды и др.

Для отдельных видов потребителей очистные сооружения как правило должны выполнять комплексно несколько из указанных функций. Решение всех поставленных перед очистными сооружениями задач может проводиться путем использования различных технологических приемов.

В данном курсовом проекте запроектированы очистные сооружения с самотечным движением воды для городского водоснабжения.

Источником водоснабжения является река, поэтому на очистные сооружения возложены задачи осветления, обесцвечивания, устранения запахов, привкусов, а также обеззараживания воды. Вода, поданная насосами станции первого подъема, самотеком проходит последовательно все очистные сооружения и поступает в сборный резервуар чистой воды, из которого забирается насосами второго подъема и подается непосредственно потребителям. Отметка площадки очистной станции над уровнем моря составляет 117 м.

1. Анализ качества исходной воды

Хозяйственно-питьевая вода должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие органолептические показатели и быть пригодной для использования в быту. Основные показатели качества хозяйственно-питьевой воды регламентированы ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

Согласно данному ГОСТу в питьевой воде допускается:

Мутность - до 1.5 мг/л;

Цветность - до 20 град.;

Запах и привкус при 20 ^оС- до 2 балов;

Водородный показатель рН - 6.5 - 8.5;

Жесткость общ. - до 7 мг. экв./л;

Фтор - 0.7-1.5 мг/л;

Железо - 0.3 мг/л;

Сухой остаток - до 1000 мг.

Таким образом, согласно заданию на проектирование не отвечает требованиям следующие показатели очищаемой природной воды:

Мутность - 290,1 мг/л;

Цветность - 53 град.;

Привкус -3 бала;

Фтор - 0.08 мг/л.

Для этих показателей воды необходимо будет предусмотреть меры для их нормализации.

При выборе сооружений для осветления и обесцвечивания воды для предварительного выбора технологической схемы очистки воды рекомендуется руководствоваться данными таблицы 1.

Таблица 1. Предварительный подбор технологической схемы очистки воды

Основные сооружения	Условия применения	Производит. станции, м3/сут
	Мутность, мг/л	Цветность, град
	исходная вода	очищенная вода	исходная вода	очищенная вода
Обработка воды с применением коагулянтов и флокулянтов
1. Скорые фильтры (одноступенчатое фильтрование): а) напорные	До 30 " 20 " 1500 " 1500 " 300	До 1,5 " 1,5 " 1,5 " 1,5 " 1,5	До 50 " 50 " 120 " 120 " 120	До 20 " 20 " 20 " 20 " 20	До 5000 " 50000 " 5000 Св. 30000 Любая
б) открытые
2. Вертикальные отстойники - скорые фильтры
3. Горизонтальные отстойники - скорые фильтры
4. Контактные префильтры - скорые фильтры (двухступенч. фильтрование)

Принимаем горизонтальные отстойники - скорые фильтры.

2. Расчет реагентного хозяства и подбор оборудования

2.1 Определение дозы коагулянта

Процессы обработки воды с применением реагентов протекают быстрее и значительно эффективнее. Водоочистные сооружения для обработки воды с применением реагентов значительно меньше по объему, компактнее и дешевле, но сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентных схем.

Расчетные дозы реагентов позволяют установить размеры сооружений для их растворения и дозирования.

В отечественной практике в качестве коагулянта наиболее широко применяют сернокислый алюминий Al2 (SO4)3, железный купорос FeSO4.7H2O и хлорное железо FeCl3.

Сернокислый алюминий выпускается двух сортов: очищенный Al2(SO3)4.18H2O и неочищенный Al2(SO3)4.n.H2O+mSiO2. Этот коагулянт требует применения устройств, интенсифицирующих процесс его растворения.

Для интенсификации процесса коагулирования и улучшения процесса хлопьеобразования могут применяться флоакулянты: активированная кремнивая кислота, полиакриламид (ПАА), К-4, К-6.

При коагулировании воды для снижения ее цветности доза коагулянта Al2 (SO4)3 может быть определена по формуле [1, с 218]:

Определение дозы коагулянта Дк, мг/л:

,

где Дк - дозы коагулянта Дк, мг/л;

Ц - цветность воды, град, по платино-кольбатовой шкале.

мг/л

Для осветления воды доза коагулянтов, считая на безводное вещество, может быть принята в зависимости от мутности очищаемой воды по таблице 2 [1, табл.16].

Таблица 2. Доза коагулянта в зависимости от мутности очищаемой воды

Мутность воды, мг/л	Доза безводного коагулянта для обработки мутных вод, мг/л
До 100	25 35
Св. 100 до 200	30 40
" 200 " 400	35 45
" 400 " 600	45 50
" 600 " 800	50 60
" 800 " 1000	60 70
" 1000 " 1500	70 80

Наибольшая мутность источника водоснабжения в соответствии с заданием составляет 290,1 мг/л, поэтому в соответствии с таблицей 2 принимаем дозу коагулянта для осветления воды Дк =39 мг/л.

В соответсвии со СниП [1] при одновременном содержании в воде взвешенных веществ и цветности принимается большая из доз коагулянта, определенных по таблице 2 и вышеприведенной формуле для снижения цветности воды.

Для улучшения процесса коагуляции делают подщелачивание воды.

Определим необходимую дозу извести Дщ, мг/л, для подщелачивания воды по формуле:

,

где Щ - минимальная щелочность воды, мг.экв/л (принимается равной карбонатной жесткости);

К - коэффициент для извести К=28

мг/л

Так как Дщ<0, то подщелачивания воды не требуется.

2.2 Установка для раствориния коагулянта сжатым воздухом

Применяем для растворения коагулянта установку для растворения коагулянта сжатым воздухом. В состав установки (рисунок 1) входят: 1) баки для приготовления раствора коагулянта - растворные баки, число которых принимается не менее двух; 2) баки расходные, откуда раствор коагулянта поступает в дозатор; они располагаются рядом с растворными баками, при этом на один растворный бак желательно иметь по два расходных бака; 3) две воздуходувки, подающие сжатый воздух для перемешивания раствора реагентов.

Кроме того, при. устройстве больших установок для транспортирования реагентов со склада к растворным бакам предусматривается прокладка узкоколейного пути для вагонетки.

В тех случаях, когда необходимо подщелачивание воды, устанавливают еще два бака для приготовления известкового молока.

При использовании кускового коагулянта (а не дробленого) баки оборудуются деревянными съемными колосниковыми решетками с прозорами размером 10-15 мм. Назначение этих решеток - поддерживать кусковой коагулянт на некоторой высоте от дна бака (рисунок 1) Под решеткой размещается резиновая или винипластовая трубка с отверстиями, через которые подается сжатый воздух для ускорения растворения реагента.



Рисунок 1. Бак для растворения коагулянта с подводом сжатого воздуха

1 - подвод сжатого воздуха; 2 - подвод воды; 3 - выпуск осадка

2.2.1 Расчет расходных и растворных баков

В растворных баках концентрация раствора коагулянта должна составлять 10-17%, а в расходных баках - 2-8%

Объем растворных баков Wраств., м 3, определяем по формуле:

,

где q - расход воды, м³/ч;

n - число часов работы станции, на которые производится заготовка раствора в зависимости от производительности станции, при производительности станции больше 50000 м³/сут, n=6-8 часов;

- концентрация раствора к концу растворения, %. Принимаем =17%;

- объемный вес раствора, т/м³, =1 т/м³.

м³

Объем расходных баков Wрасх, м³, равен:

,

где b - концентрация рабочего раствора в расходном баке, %, принимаем =8%.

м³

Принимаем два расходных бака по 8,55 м³.

Исходя из вышеприведенных расчетов устанавливаем размеры растворного и расходных баков, таблица 3.

Таблица 3. Принятые размеры расходного и растворного баков

	Длина а, м	Ширина, b, м	Высота бака, h, м	Высота слоя раствора, hр, м	Объем, V, м3
Растворный бак	2	2	2,35	2	9,4
Расходный бак	2	2	2,4	2,2	9,6

2.2.2 Расчет воздуходувок и воздухопроводов

Для интенсификации процессов растворения коагулянта и перемешивания раствора в растворных и расходных баках предусматривается подача сжатого воздуха.

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

Расход воздуха W, м³/мин, необходимый для перемешивания раствора:

,

где , - расход воздуха на растворные и расходные баки соответственно, м 3/мин, и определяются по формуле:

,

где n - число баков, шт;

- площадь бака, м²,

- интенсивность подачи воздуха, для данного бака, л/с на 1 м².

Интенсивность подачи воздуха принимается: для растворения коагулянта 8-10 л/с на 1 м², для его перемешивания при разбавлении до нужной концентрации в расходных баках 3-5 л/с на 1 м².

л/с = 2,4 м 3/мин,

л/с = 2,4 м 3/мин.

л/с =4,2 м 3/мин,

Устанавливаем две воздуходувки (одну рабочую и одну резервную) марки ВК-12 производительностью W=10 м 3/мин и с избыточным давлением р=1,5 кгс/см 2, мощность электродвигателя 22 кВт.

Скорость движения воздуха v, м/с, в трубопроводе определяем по формуле:

где р - давление в воздухопроводе, р=1,5 кгс/см 2;

d - диаметр воздухопровода в м, принимаем d=0.08 м,

м/с

Полученная скорость не превышает предельно-допустимого значения 15 м/с.

Определим вес воздуха проходящий через трубопровод G, м 3/ч:

,

где - удельный вес сухого воздуха, кг/м³. При температуре t=0 ^oC и при давлении p=1.5 кгс/см 2 =1,917 (табл. 19 [4]).

кг/ч.

Потеря давления воздуха , кгс/см² определяем по формуле:

,

где - коэффициент сопротивления, при G=1115 кг/ч =1,016 (табл. 18 [4]);

- длина воздуховода, м, =30 м;

d - диаметр труб воздухопровода, мм.

кгс/см² = 0.08 МПа

Потери напора в фасонных частях воздухопровода:

мм вод. ст.,

где- сумма коэффициентов местного сопротивления,

- скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с.

,

где n - число фасонных частей, n=10-20 шт.

мм вод. ст.=0,017 МПа

Суммарные потери давления в воздухопроводе составят:

МПа.

Кроме магистрального воздухопровода диаметром d = 80 мм устраиваются ответвления диаметрами по 50 мм, система стояков и горизонтальных распределительных дырчатых шлангов диаметрами по 38 мм, располагаемых на взаимных расстояниях 500 мм под решетками растворных баков и по дну расходных баков.

Применение прорезиненных армированных шлангов вызывается тем, что растворы коагулянтов коррозионны по отношению к обычным стальным трубам. Аналогичные шланги диаметром 100 мм применяются для перепуска раствора из растворных баков в расходные и диаметром 50 мм - для отведения раствора реагента из баков. Вместо прорезиненных шлангов весьма целесообразно применять винипластовые трубы тех же диаметров.

Для загрузки растворных баков реагентами применяют вагонетку грузоподъемностью до 1 т (при ее емкости 0,5 м 3) с опрокидывающимся кузовом, а для удаления шлама из растворных баков - вагонетку без кузова, оборудованную бадьей грузоподъемностью 0,5 т. В здании реагентного хозяйства предусматривается установка тельфера грузоподъемностью 1 т.

Стенки и дно железобетонных баков для растворов реагента покрывают кислотостойкими плитками на кислотостойкой замазке или оклеивают по праймеру рубероидом с защитой его изнутри дощатыми щитами.

2.3 Хранение коагулянта

Сухое хранение расчитывается на 15-30 дней.

Площадь склада определяется по формуле:

м²

где Дк (Дщ) - доза коагулянта или доза щелочи, мг/л;

Т - продолжительность хранения коагулянта на складе, Т=15-30 сут;

- коэффициент для учета дополнительной площади на складе, принимаем =1,15;

рс - содержание безводного продукта в коагулянте, %. Принимаем рс=33.5 % для коагулянта; рс=15% для извести.

- объемный вес коагулянта при загрузке склада навалом, т/м³. =1.1 т/м³;

- допустимая высота слоя коагулянта, м.

Принимаем размеры склада в плане 27х 27=729 м².

2.4 Дозирование реагентов

В практике очистки воды весьма распространено использование для дозирования растворов и суспензий реагентов насосов-дозаторов. Достоинство их состоит в том, что они компактны, обеспечивают возможность дозирования в напорный трубопровод и могут быть легко автоматизированы.

Производительность насоса-дозатора , м³/ч, определяем по формуле:

,

где - часовой расход обрабатываемой воды, м³/ч

- доза реагента, мг/л;

- плотность раствора реагента при заданной концетрации, кг/м 3, =1100 кг/м³.

м³/ч

м³/ч =116 л/ч

Принимаем насос дозатор марки НД-120/6 (рисунок 1) с мощностью электрод-вигателя 0,6 кВт. Для обеспечения бесперебойной работы устанавливаем один резервный насос-дозатор.

Рисунок 2. Общий вид насоса-дозатора серии НД:

1 и 2 - всасывающий и нагнетательный патрубки; 3 и 4 - подвод и отвод воды к "фонарю"; 5 - устройство для изменения длины хода плунжера при выключенном электродвигателе; 6 - отверстия для анкерных болтов.

2.5 Расчет смесителя

Смесители служат для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды, что способствует более благоприятному протеканию последующих реакций, происходящих затем в камерах хлопьеобразования. Смешение должно быть быстрым и осуществляться в течение 1-2 мин. Иногда с этой целью вводят раствор коагулянта во всасывающую трубу центробежного насоса.

Можно вводить реагент и в напорный трубопровод насосов I подъема. При использовании в качестве смесителя напорного трубопровода ввод реагента в него должен быть предусмотрен на расстоянии не менее 50 диаметров от конца трубопровода. При этом скорость течения воды в трубопроводе должна быть не менее 1-1,5 м/с, что создает турбулентность потока, обеспечивающую полное смешение раствора реагента с водой.

В отечественной практике применяют следующие типы смесителей:

1) шайбовый;

2) вертикальный (вихревой);

3) дырчатый;

4) перегородчатый.

Подбираем чугунные трубопроводы от НС-I к очистным сооружениям d=600 мм при v=1.3 м/с.

Расход на один смеситель qcм м³/ч.

Принимаем qcм =730 м³/ч.

Число смесителей определяем по формуле:

,

где расчетный часовой расход воды станции, м³:

м³ / ч;

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя

м²

где -скорость восходящего движения воды, равная 90 - 100 м/ч, или 25-28 мм /с Если принять верхнюю часть смесителя квадратной в плане, то сторона ее будет иметь размер:

м

Трубопровод 1 (см. рис. 3) подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть со входной скоростью м / сек, имеет внутренний диаметр 500 мм.

Тогда при расходе воды

л/с

Входная скорость при этом составит: м/с.

Так как диаметр подводящего трубопровода будет равен: D=500 мм, то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть м, а площадь нижней части усеченной пирамиды составит:

м²

Принимаем величину центрального угла . Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя:

м.

Объем пирамидальной части смесителя

м³

Полный объем смесителя

м³

где t - продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин (менее 2 мин).

Объем верхней части смесителя

м³

Высота верхней части смесителя

м

Полная высота смесителя

hc = hn + hв = 3 + 1.3 = 4,3 м.

сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке м /с.

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет:

м³/ч

Площадь живого сечения сборного лотка

м²

Ширина лотка должна составлять м

Принимаем м.

Расчетная высота слоя в лотке при принятых размерах составит:

м

Уклон дна лотка принимаем i=0.02.

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка находится по формуле:

м²

где - скорость движения воды через отверстия лотка,

=1 м/с.

Отверстия приняты диаметром do=80 мм.

Площадь одного отверстия

м²

Общее потребное количество отверстий

шт.

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

Внутренний периметр лотка находится по следующей формуле:

м.

Шаг оси отверстий

м.

Далее находим расстояние между отверстиями

мм.

Из сборного лотка вода поступает в боковой карман. Размеры кармана принимаются конструктивно с тем, чтобы в нижней его части разместить трубу 2 для отвода воды прошедшей смеситель (см. рис.3).

Расход воды, протекающей по отводящей трубе для подачи в камеру хлопьеобразования от одного смесителя равен л/с. Скорость в этом трубопроводе должна быть 0.8- 1 м/с, а время пребывания - не более 2 минут.

Подбираем диаметр отводной трубы d=550 мм при скорости движения в ней воды 0,85 м/с.

Рисунок 3. Вертикальный вихревой смеситель

3. Расчет горизонтальных отстойников

Горизонтальные отстойники имеют прямоугольную форму в плане и могут быть как одноэтажными, так и двухэтажными, но с общими устройствами для входа и выхода воды. Повороты потока в отстойниках не допускаются ни по вертикали, ни по горизонтали.

При периодическом удалении осадка отстойник выключают из работы с полным его опорожнением. Может быть организовано и непрерывное удаление осадка без выключения отстойника, если предусмотрены устройства для механизированного или гидравлического удаления осадка.

Принимаем uо=0,5 ммс (по табл. 27 [4]) и тогда, задаваясь соотношением LH=15, по табл. 26 [4] находим б=1,5 и хср.=5 ммс.

Площадь всех отстойников в плане определяем по формуле

м²

где Qчас. - расчётный расход воды, приходящийся на все отстойники, м³ч

uо - скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником, ммс, uо=0,5 ммс.

С учетом того что с отстойником совмещена камера хлопьеобразования увеличиваем uо на 15%, тогда uо=0,58 ммс.

б - коэффициент, учитывающий взвешивающее влияние вертикальной составляющей скорости потока

м².

Глубину зоны осаждения в соответствии с высотной схемой станции принимаем Н=3,5 м. Расчётное количество одновременно действующих отстойников N=6. Тогда ширина отстойника определяется по формуле

м.

Внутри каждого отстойника устанавливают три продольные вертикальные перегородки, образующие четыре параллельных коридора шириной по 3 м каждый.

Длина отстойника

м.

При этом отношение LH=43,7315, т.е. отвечает данным таблицы 26 [4].

В начале и конце отстойника устанавливают поперечные водораспределительные дырчатые перегородки. Нижняя часть дырчатых перегородок, расположенная на расстоянии 0,3 м выше зоны накопления осадка, отверстий не имеет.

Рабочая площадь такой распределительной перегородки в каждом коридоре отстойника шириной bк.=3 м

м².

Расчётный расход воды для каждого из 24 коридоров

м³ч=0,1 м³с.

Необходимая площадь отверстий в распределительных перегородках

а) в начале отстойника

м²,

где х'о - скорость движения воды в отверстиях перегородки, равная 0,3 мс

б) в конце отстойника

м²,

где х"0 - скорость движения воды в отверстиях концевой перегородки, равная 0,5 мс.

Принимаем в передней перегородке отверстия d1=0,05 м площадью f0'=0,00196 м² каждое, тогда количество отверстий в передней перегородке

шт.

В концевой перегородке отверстия приняты диаметром d2=0,04 м и площадью f0''=0,00126 м 2 каждое, тогда

шт.

Расстояние между отверстиями

по вертикали

м

по горизонтали

м

Средняя концентрация взвешенных веществ в воде С, мгл, поступающей в отстойник

где М - количество взвешенных веществ в исходной воде, гм³

К - переводной коэффициент, равный для очищенного

сернокислого алюминия 0,55

Dк. - доза коагулянта в пересчёте на безводный продукт, Dк =39 мгл

Ц - цветность воды, Ц=53 град

СН - содержание нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды, мгл

,

где DИ - доза извести, мгл

0,4 - содержание СаО в извести (в долях по весу).

Так как подщелачивание не требуется, СН=0.

мгл

Необходимый объём зоны накопления и уплотнения осадка , м³,по формуле



где Т - продолжительность действия отстойника между чистками в сутках, Т=10

m - количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, 8ч12 мгл

д - средняя концентрация осадка в гм 3 после уплотнения в течение 24 ч д=50000мгл

N - количество отстойников

м³

Средняя высота зоны накопления осадка,м

где Fотс. - площадь отстойника, м²

м

м

Полная глубина отстойника

м.

Для удаления осадка в каждом отстойнике устанавливается n=4 дырчатых коробов на расстоянии 3 м друг от друга, которые должны обеспечивать удаление осадка за время t=20ч30 мин (0,33-0,5 ч). Расход воды, сбрасываемой из отстойника при удалении осадка, определяется с учётом коэффициента разбавления, равного 1,5, составит:

м³ч.

Площадь поперечного сечения короба

м²

где х - скорость движения воды по коробам (до 1,5 мс)

м².

Тогда ширина короба bк.=0,45 м, высота hк.=0,45 м. Общая площадь отверстий составляет f0=0,7·fк.

м²

Принимаем отверстия для приёма осадка диаметром 25 мм и площадью f0'=0,00049 м².

Общее число отверстий

шт.

Расстояние между отверстиями

м.

В начале короба предусматриваются отверстия диаметром 20 мм для выпуска воздуха. водоснабжение очистной обеззараживание реагенты

Для рассредоточенного сбора осветлённой воды предусматриваются дырчатые подвесные желоба (по 2 в каждом отстойнике), длина которых составляет 23 длины отстойника.

м.

Расход воды в желобе

м³ч.

Площадь живого сечения желоба находится по формуле

м².

где х - скорость движения воды в желобе, х=0,7 м/с.

Ширина желоба 0,38 м, высота 0,38 м. С учётом конструктивного повышения высоты желоба на 0,3 м

м

Предусматриваются затопленные отверстия d=30 мм, расположенные на 5ч8 см выше дна желоба (f0'=0,0007065 м 2). Общая площадь отверстий при скорости 1 мс

м².

Число отверстий

шт.

Расстояние между отверстиями

м.

Из желобов вода поступает в сборный карман отстойников, а затем на скорые фильтры.

4. Расчет камер хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации более мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья. Установка камеры хлопьеобразования необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. Ёмкость камеры хлопьеобразования рассчитывается на время пребывания в ней воды от 6 до 30 минут (в зависимости от типа камеры).

В данном курсовом проекте принимаем встроенную камеру хлопьеобразования зашламленного типа. Такие камеры устраивают непосредственно в горизонтальных отстойниках в их передней части.

Число камер хлопьеобразования со взвешенным осадком принимается равным числу отстойников Nк=6. ширина камеры bк=12 м равна ширине отстойника. Подача воды от смесителя в камеру осуществляется снизу. Распределение её по площади камеры осуществляется с помощью дырчатых труб. Вертикальность движения потока поддерживается струенаправляющими перегородками.

Площадь одной камеры, м²

,

где х - скорость восходящего потока, для вод средней мутности х=0,65..1,0 ммс, мутных - х=0,8..2,2 ммс

м².

Длина камеры

м.

Высоту камеры принимаем равной высоте отстойника с учётом напора в камере, равной 0,1 м. Следовательно

hк=hотст.+hп=5,9+0,1=6 м.

Время пребывания воды в камере (конструктивное превышение стен камеры не учитываем)

мин,

что соответствует данным СниП [2](t ? 20 мин.).

Расход воды, приходящийся на каждую камеру, л/с:

л/с

При допустимом расстоянии между распределительными дырчатыми трубами 2 м (СНиП 2.04.02-84) число их в одной камере составит

шт.

Расход воды в одной трубе

лс.

При х=0,5..0,6 мс диаметр составит 300 мм, х=0,5 мс. Суммарная площадь всех отверстий в одной распределительной трубе составляет 30..40% площади её поперечного сечения

м².

Принимаем отверстия d0=25 мм площадью f0=0,000491 м². Необходимое количество отверстий на каждой трубе

шт.

Отверстия располагаются в два ряда, с шагом

м.

Из камеры хлопьеобразования вода поступает в отстойник через затопленный водослив. Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину

м,

где - скорость движения воды через водослив, =0,1 м³/с.

За стенкой водослива устанавливают подвесную перегородку, погруженную в воду на ј высоты отстойника, т.е.



Перегородку вешают, чтобы откланять поток воды к низу. Скорость воды между стенкой водослива и перегородка должна быть не более 0,03 м/с.

Рисунок 4. Камера хлопьеобразования зашламленного типа, совмещенная с горизонтальным отстойником: 1 - камера хлопьеобразования зашламленного типа; 2 - горизонтальный отстойник; 3 - струенаправляющая перегородка; 4 - водораспределительные трубы; 5 - трубопровод для подачи воды в камеру; 6 - трубопровод для опорожнения камеры и удаления осадка из отстойника; 7 - лоток сбора осветленной воды в отстойнике.

5. Расчет скорых фильтров

Принимаем скорые безнапорные фильтры с однослойной загрузкой (кварцевый песок, крупностью 0,7.-.1,6 мм, эквивалентный диаметр зёрен 0,8.-.1,0 мм, коэффициент неоднородности загрузки 1,6.-.1,8). Высота слоя загрузки 1,3.-.1,5 м. Скорость фильтрования при нормальном режиме 6.-.8 м/час, при форсированном режиме - 7.-.9,5 м/час. Продолжительность промывки 7.-.8 мин.

Рисунок 5. Схема скорого фильтра с кварцевой загрузкой:

1 - подача фильтруемой воды; 2 - распределительная трубчатая система; 3 - отвод фильтрованной воды; 4 - выпуск промывной воды; 5 - желоба для распределения фильтруемой воды и отвода промывной; 6 - подача промывной воды; 7 - отводящий канал; 8 - боковой карман.

Общая площадь фильтров определяется по формуле:

;

где Q - полезная производительность очистной станции, м³/сут,

Тст - продолжительность работы станции в течение суток, час (24 часа),

н - расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме, 6.-.8 м/час,

nпр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме

эксплуатации, nпр=2,

qпр - удельный расход воды на 1 промывку, м 3м²,

;

где I - интенсивность промывки, принимается 13.-.16 лс·м²,

tпр - время промывки, 6 мин=0,1 ч.

м³м²;

пр - время простоя фильтра в связи с промывкой, принимается для

фильтров, промываемых водой 0,33 ч, водой и воздухом - 0,5 ч;

м²;

Число фильтров

;

Принимаем число фильтров 14.

Площадь одного фильтра

м² (7x7.1 м).

Расчет дренажной системы фильтров

Дренажная система фильтра принятой конструкции состоит из коллектора и боковых ответвлений, рассчитыается по промывному расходу:

лс.

Подбираем диаметр коллектора по qпр и скорости воды в коллекторе 1,2 мс: d=1000 мм.

Число ответвлений дренажа при расстоянии между ними 300 мм находим по формуле:

Принимаем с каждой стороны по 12 отверстий.

Расход воды в ответвлении

лс.

Подбираем диаметр ответвлений по q'пр и скорости 1,5..2 мс

d=150 мм.

На ответвлениях предусматривают отверстия диаметром 12 мм, f01=0,000113м 2.

Суммарная площадь отверстий на всех ответвлениях принята равной 0,25% площади фильтра.

м².

Число отверстий на всех ответвлениях

Число отверстий на одном ответвлении

Шаг отверстий

м.

Дренажную систему располагают у дна фильтра в толще поддерживающих слоёв.

Граница нижнего самого крупнозернистого слоя с размером фракции 20.-.40 мм находится на уровне верха трубы отверстий на 100 мм выше отверстий дренажной системы.

Общая высота поддерживающих слоёв 500 мм.

Слой воды под загрузкой в скорых фильтрах должен быть не менее 2 метров, конструктивное превышение стен фильтра над слоем воды - не менее 0,5 м. Общая высота фильтра равна

,м.

где Нп - общая высота поддерживающих слоёв, 0,5 м;

Нз - высота фильтрующего слоя, 1,5 м;

Нв - высота воды над загрузкой, м, 2 - 2,5м;

hк - превышение строительной высоты фильтра над уровнем воды, 0,5 м.

м.

Число желобов для сбора и отвода промывной воды

Расстояние между осями желобов

м.

Расход промывной воды в одном желобе

м³с

Принимаем желоба с полукруглым сечением. Ширина желоба определяется по формуле

, м

где К=2 для желоба с полукруглым сечением,

а - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, 1..1,5

м

Полная высота желоба составит Н=0,59 м.

м

Расстояние от верхней кромки желобов до поверхности фильтрующего материала составит

м

е - относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке, для кварцевого песка е=30%.

Расстояние от дна желобов до дна канала во избежание подпора должно быть не менее

qкан =qпр- расход воды по каналу, м 3с

Вкан - ширина канала, 0,7 м.

м

6. Расчет сорбционного фильтра

В воде, проходящей водоподготовку, находятся присутсвуют вещества с низкой молекулярной массой фенолы и азот амонийный выше допустимой нормы, поэтому необходимо предусмотреть их удаление. Молекулы фенолов и амонийного азота имеют размеры (0,63-0,7 нм) и лучше всего сорбируются в микропорах (0,63-0,7 нм) и супермикропорах. (0,6-0,71,5-1,6 нм) . В нашем случае принят активированный уголь, имеющий требуемую структуру пор - микропористый сорбент АГ-3.

Рисунок 6. Схема конструкции сорбционного фильтра:

1 - подача исходной воды; 2 - слой адсорбента; 3 - поддерживающий слой; 4 - подача промывной воды; 5 - отвод очищенной воды.

Высоту угольной загрузки определяем по формуле:

,

где - расчетная скорость фильтрования, принимаемая равной 10-15 м/ч;

- время прохождения воды через слой угля, принимаемое равным 10-15 мин. в зависимости от сорбционных свойств угля, концентрации и вида загрязнений воды и других факторов и уточняемое технологическими изысканиями.

м

Высоту надфильтрового пространства , м, определяют по формуле:

,

где - относительное расширение загрузки, %, принимется равным 25-45%.

м

Площадь стационарного сорбента всех фильтров ,м 2, определяем по формуле:

;

где Q - полезная производительность очистной станции, м 3/сут,

Т - продолжительность работы станции в течение суток, час (24 часа),

р.н - расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме, 12 м/час,

n - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме

эксплуатации, n=2;

t1 - время промывки, 6 мин=0,1 ч.

t2 - время простоя фильтра в связи с промывкой, принимается для

фильтров, промываемых водой 0,33 ч, водой и воздухом - 0,5 ч;

- интенсивность промывки, принимается 13..16 лс·м²,

м²;

Принимаем число фильтров N=12

Площадь одного фильтра

м² (5.7x5.7 м).

Расчет дренажной системы фильтров

Дренажная система фильтра принятой конструкции состоит из коллектора и боковых ответвлений.

Расход воды на промывку, л/с, определяется по формуле:

- интенсивность промывки, л/(с. м 2),=15 л/(с. м 2);

- площадь стационарного адсорбера одного фильтра, м 2.

л/с

Диаметр коллектора нижней распределительной системы определяют по формуле:

где - скорость воды в коллекторе при промывке фильтра, =1,5-2,2 м/с

м

Подбираем диаметр коллектора =600 мм.

Число ответвлений дренажа при расстоянии между ними 300 мм находим по формуле:

Принимаем с каждой стороны по 10 отверстий.

Расход воды в ответвлении

лс.

Подбираем диаметр ответвлений по q'пр и скорости 1,5..2 мс

d=150 мм.

На ответвлениях предусматривают отверстия диаметром 12 мм, f01=0,000113 м².

Суммарная площадь отверстий на всех ответвлениях принята равной 0,25% площади фильтра.

м².

Число отверстий на всех ответвлениях

Число отверстий на одном ответвлении

Шаг отверстий

м.

Дренажную систему располагают у дна фильтра в толще поддерживающих слоёв.

Граница нижнего слоя фильтра находится на уровне верха трубы отверстий на 100 мм выше отверстий дренажной системы.

Общая высота поддерживающих слоёв 500 мм.

Слой воды под загрузкой в сорбционных фильтрах должен быть не менее 2 метров, конструктивное превышение стен фильтра над слоем воды - не менее 0,5 м. Общая высота фильтра равна

,м.

где Нп - общая высота поддерживающих слоёв, 0,5 м;

Нз - высота фильтрующего слоя, 2,5 м;

Нв - высота воды над загрузкой, м, 0,75м;

hк - превышение строительной высоты фильтра над уровнем воды, 0,5 м.

м.

Число желобов для сбора и отвода промывной воды

Расстояние между осями желобов

м.

Расход промывной воды в одном желобе

м³с

Принимаем желоба с полукруглым сечением. Ширина желоба определяется по формуле

, м

где К=2 для желоба с полукруглым сечением,

а - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, 1..1,5

м

Полная высота желоба Н,м составит:

м

Расстояние от верхней кромки желобов до поверхности фильтрующего материала определяется по формуле:

м,

е - относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке, для активированного угля е=25-45%.

Расстояние от дна желобов до дна бокового сборного канала во избежание подпора должно быть не менее

qкан =qпр- расход воды по каналу, м 3с

Вкан - ширина канала, 0,7 м.

м.

7. Использование воды от промывки фильтров

Принимаем повторное использование промывной воды фильтров с кратковременным отстаиванием ее в аккумулирующих емкостях, предназначенных для приема залповых сбросов. Перед поступлением в аккумулирующие емкости промывная вода пропускается через простейшую песколовку, устраиваемую вблизи фильтрованной станции.

На одну промывку скорого фильтра расход воды составляет

,

где - площадь одного фильтра;

- интенсивность промывки скорого фильтра водой, равная 15

- продолжительность промывки, равная 7 мин.

Тогда м 3 .

Расход воды на промывку сорбционного фильтра , л/с, определяем аналогично по тем же формулам с учетом того, что интенсивность промывки для сорбционного фильтра при принятом сорбенте составляет,=15 л/(с. м 2) и время промывки =0,1 ч=6 мин.

Тогда на одну промывку сорбционного фильтра потребуется:

м 3

Суммарный расход составит:

м³

Подбираем две аккумулирующие емкости объемом W=250 м 3 каждая.

В наиболее напряженный паводковый период производят n промывок фильтра в сутки. Приняв n = 3 и количество фильтров

Nобщ =N+Nc.ф=14+12=26,

получим общее число промывок за сутки .

При этих условиях на каждый цикл использования залпового сброса промывной воды приходится интервал времени

ч.

Полагая, что повторно используется 80% промывной воды, а 20% воды сбрасывается с осадком в сток, определяем параметры насосной установки:

а) насос для перекачки осветленной воды на фильтр - объем воды

м 3 ;

Принимаем продолжительность перекачки ч.

Отсюда производительность насоса

м³/ч

б) насоса для перекачки шламовой воды из аккумулирующей емкости в канализацию: объем жидкости

м³

Принимаем продолжительность перекачки ч; производительность насоса

м³/ч = 108,5 л/сек.

Для выполнения обеих операций принимаем четыре однотипных насоса (три рабочих и один резервный) марки Д-500-36 производительностью по 110 л /с, напором 42 м, скоростью вращения 980 об/мин и к.п.д. 0,78.

8. Озонирование воды

Озонирование представляет собой единственный современный метод обработки воды, который действительно универсален, так как проявляет свое действие одновременно в бактериологическом, физическом и органолептическом отношении. С химической точки зрения минеральные вещества, растворенные в воде и определяющие ее качественный состав, после озонирования не изменяются.

Озон обладает свойством быстро разлагаться в воздухе и, особенно, в воде. Растворимость озона в воде находится под заметным влиянием величины рН и количества веществ, растворенных в воде; небольшое содержание кислот и нейтральных солей усиливает растворимость озона, наличие щелочей снижает ее.

Конструкция озонатора. Генератор озона состоит из двух электропроводных поверхностей - электродов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Конструктивно электроды выполняются либо в виде двух параллельных пластин, либо в виде двух концентрично размещенных трубок разного диаметра (наружная - стальная, внутренняя - стеклянная).

Рисунок 7. Схема трубчатого озонатора

Принятый генератор озона имеет трубчатую конструкцию, т. е. состоит из пакета трубчатых элементов, размещенных параллельно друг другу в общем цилиндрическом корпусе (рисунок 7). Количество трубок принимается от 80 до 275 в зависимости от размеров озонатора. Электродами низкого напряжения являются цилиндры 1 из нержавеющей стали, омываемые охлаждающей водой.

Внутри каждого цилиндра находится стеклянная трубка 2; электродами высокого напряжения 3 служат покрытия из графита или алюминия, нанесенные на внутреннюю поверхность стеклянных трубок. Слой такого материала таокого материала является диэлектрическим барьером; он исключает образование разрядов искровой или дуговой формы и обусловливает равномерную структуру "тихого" разряда. Одновременно диэлектрик выполняет роль реактивного буферного сопротивления, ограничивающего ток в цепи разряда.

Присутствие в электрической цепи диэлектрического сопротивления вызывает необходимость обязательного питания озонатора только переменным током.

Рабочее напряжение тока составляет 20000 В с частотой 50 циклов в 1 сек. Источником такого напряжения служит повышающий трансформатор 8. Если присоединить электроды к этому источнику тока, в промежуточном пространстве возникает лиловый свет, представляющий собой видимое проявление "тихого" электрического разряда. Если через разрядные щели пропускать воздух (или кислород), то начнется образование озона. Ширина разрядной щели 9 и толщина стеклянной трубки равны ~ 2,5 мм каждая.

Впуск в озонатор кондиционированного воздуха производится через трубопровод 4, примыкающий к торцовой плоскости корпуса озонатора. Полученный озон выпускается через трубопровод 5 с противоположного конца корпуса.

Разряд характеризуется двумя температурами - электродной и молекулярной. Поскольку движение электронов более быстрое, чем молекул, то и соответствующая ему температура достигает 10000-- 20000 0С. Это создает условия для интенсивной бомбардировки молекул кислорода, в результате которой и создаются молекулы озона. Так как молекулярная температура разряда находится в пределах лишь нескольких десятков градусов, то образовавшиеся молекулы озона сохраняют устойчивость.

Расчетный расход озонируемой воды Qсут =105000 м³/сутки, или Qчac = 4375 м³/ч.

Дозы озона: максимальная г/м³ и средняя годовая г/м³. Максимальный расчетный расход озона

525 кг/сутки, или 21,9 кг/ч.

Принимаем продолжительность контакта воды с озоном t=6 мин.

Компоновка и расчет блока озонаторов

Принимаем озонатор трубчатой конструкции марки ДП-510 с номинальной производительностью по озону 6 кг/ч.

Для того чтобы выработать озон в количестве 21,9 кг/ч, озонирующая установка должна быть оборудована четырьмя рабочими озонаторами. Кроме того, необходим один резервный озонатор такой же производительности по озону (6 кг/ч).

Найдем активную мощность разряда озонатора U,Вт, которая является функцией напряжения и частоты тока и может быть определена по формуле проф. Ю.В. Филиппова

где uр-- напряжение в разрядном промежутке в В;

--круговая частота тока в Гц;

Сэ и Сп --электрическая емкость соответственно электродов и разрядного промежутка в Ф;

-- рабочее напряжение, подводимое к озонатору, в В.

Для определенного озонатора при установленных рабочих условиях величины Сэ, Сп и uр имеют постоянные значения независимо от напряжения или частоты тока. Поэтому расход электроэнергии пропорционален частоте тока и максимальному напряжению тока .

Напряжение тока в озонаторе принимается по опытным данным.

Производительность озонатора увеличивается с повышением частоты тока со, но вместе с тем возрастает расход электроэнергии трансформатором и преобразователем частоты.

Значения Сэ и Сп определяются по обычным формулам для расчета емкости плоского конденсатора; их величины весьма невелики и выражаются в микрофарадах.

Для данных условий принимаем: =20000 В; = 50 Гц; Сэ =26,1 мкФ и Сп=0,4 мкФ.

Величина потенциала разряда через разрядный промежуток составляет 2000 В на каждый его линейный миллиметр. Так как в озонаторе принятого трубчатого типа ширина разрядного промежутка составляет 2,5 мм, то потенциал разряда будет uр=2,5 . 2000 = 5000 В.

Тогда активная мощность разряда озонатора составит

Вт

Основной деталью рассматриваемого озонатора являются стеклянные диэлектрические трубки, заплавленные с одного конца и имеющие на внутренней поверхности графитовые покрытия. В стальные трубки внутренним диаметром d1=92 мм вставлены стеклянные трубки наружным диаметром d2=87 мм. Концентрический зазор между трубками шириной 2,5 мм служит разрядным промежутком.

Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного промежутка

м².

Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой разрядный промежуток в целях наибольшей экономии расхода электроэнергии рекомендуется в пределах vв=0,15 - 0,2 м/сек.

Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озонатора

м³/ч.

Поскольку заданная производительность одного озонатора Goз=6 кг/ч, то при коэффициенте весовой концентрации озона Коз =20 г/м³ количество сухого воздуха, необходимого для электросинтеза, составляет:

м³/ч

Следовательно, количество стеклянных диэлектрических трубок в одном озонаторе должно быть

nтp = QB : qB =300 : 0,5 = 600 шт.

Стеклянные трубки длиной по 1,6 л размещены концентрично в 300 стальных трубках, проходящих через - весь цилиндрический корпус озонатора с обоих его концов. Тогда длина корпуса озонатора будет l=3,6 м.

Производительность каждой трубки по озону

qоз = G 03 : nтр = 6000 : 600 = 10 г/ч.

Энергетический выход озона

Эоз == Gоз: U = 6,0 : 62 = 0,097 кг/квт ч.

Суммарная площадь поперечных сечений 300 трубок d1=0,092 м составляет

м²

Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озонатора должна быть больше на 35%, т. е. FK= l,35 м².

Отсюда внутренний диаметр корпуса озонатора будет

м.

Необходимо иметь в виду, что 85-90% электроэнергии, потребляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение. В связи с этим надо обеспечить охлаждение электродов озонатора. Расход воды для охлаждения составляет 35 л/ч на одну трубку или суммарно

л/ч =5,83 л/сек.

Средняя скорость движения охлаждающей воды составит:

м/ч = 8,3 мм/с

Температура охлаждающей воды t=10°С.

Для электросинтеза озона нужно подавать 300 м 3/ч сухого воздуха на один озонатор принятой-производительности. Кроме того, надо учесть расход воздуха на регенерацию адсорберов, составляющий 360 м 3/ч для серийно выпускаемой установки АГ-50.

Общий расход охлаждаемо...