Водозаборное сооружение и очистка природной воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

1

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский Государственный Индустриальный Университет»

Архитектурно-строительный институт

Кафедра «Водоснабжения и водоотведения»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

«Водозаборное сооружение и очистка природной воды»

Выполнил: ст. гр. СГ-08

Коротких М.Н.

Проверил: Ланге Л.Р.

Новокузнецк 2011



Содержание

1. Водозаборное сооружение

1.1 Выбор типа и схемы водозабора

1.2 Гидравлические расчеты элементов водозабора

1.2.1 Расчет водоприемных отверстий

1.2.2 Расчет самотечных линий

1.2.3 Определение расчетных уровней воды в береговом колодце

1.2.4 Проектирование насосной станции I подъема

1.3 Конструирование водозабора и выбор метода строительства

1.3.1 Определение высотных отметок водозаборного сооружения

1.3.2 Выбор метода строительства

1.3.3 Определение габаритных размеров водозаборного сооружения в плане

1.4 Защита водозабора от шуги и донного льда

1.5 Зоны санитарной охраны

2. Очистка природной воды

2.1 Выбор и обоснование технологической схемы осветления и обесцвечивания воды

2.2 Реагентное хозяйство

2.3 Дозирование реагентов в обрабатываемую воду

2.4 Смесители

2.5 Контактные осветлители (префильтры)

2.6 Скорые фильтры

3. Компоновка очистной станции

Список литературы



Введение

Водозаборные сооружения (водозаборы) предназначены для забора расчетного расхода воды из открытых водоисточников и защиты системы водоснабжения от попадания в нее с водой сора, наносов, льда, водорослей, рыб. Водозаборные сооружения - это головные сооружения в системе водоснабжения и поэтому особое внимание необходимо уделить бесперебойному качественному водоснабжению населения независимо от времени года. При этом особое значение приобретают правильный выбор места расположения водозаборных сооружений в плане и по глубине, тип и конструкция.

В дальнейшем вода после водозабора поступает на очистную станцию, где по качеству воды природного источника устанавливают характер операций по ее обработке. На очистные сооружения возлагается задача устранения какого-либо определенного недостатка природной воды или целого комплекса недостатков, а иногда -- задача искусственного придания воде новых свойств, требуемых потребителем.

Очистные сооружения являются одним из составных элементов системы водоснабжения и тесно связаны с ее остальными элементами, поэтому большое значение имеет решение вопроса о компоновке очистных сооружений и выборе схемы технологического процесса очистки воды, а также установления типа, числа и размеров отдельных сооружений.

Таким образом, целью данной курсовой работы является проектирование водозаборного сооружения из поверхностного источника и расчет основных технологических сооружений станции очистки воды на основании задания, выданного руководителем.



1. Водозаборное сооружение

1.1 Выбор типа и схемы водозабора

Производительность водозабора в соответствии с исходными данными оцениваю как малую, так как

.

Согласно [1, п.п. 5.79] категория надежности водозабора соответствует категории надежности системы централизованного водоснабжения. На основании полученных данных и в соответствии [1, п.п. 4.4] устанавливаю I категорию надежности водозабора, так как число жителей в населенном пункте составляет 150 тыс. чел.

Характеристику условий забора воды согласно [1, табл. 12] выбираю по наиболее тяжелому виду затруднений. Для начала определяю мутность воды - это взвешенные вещества в воде в период половодья. По заданию с=0,270 кг/м³=270 мг/л. Также, по исходным данным, еще одним условием забора воды из поверхностного источника является шуга без заполнения русла. Данных об устойчивости берегов и дна, о наличии судоходства и лесосплава на реке нет. Таким образом, исходя из всего вышеперечисленного, принимаю средние условия забора воды.

Определяю величину относительного водоотбора - это отношение производительности водозабора к минимальному расчетному расходу воды в реке

.

Так как величина относительного водоотбора меньше 0,25, то забор воды осуществляю без дополнительных русло-регулирующих мероприятий.

На основании построенного продольного профиля дна береговой зоны в створе водозабора и расчетных уровней воды принимаю решение об устройстве комбинированного водозабора, так как присутствуют резкие колебания уровней воды. Таким образом, во время паводка при высшем уровне воды ВУВ для забора чистой воды буду использовать береговой водоприемник, а в меженный период при низшем уровне воды ЛНУВ - оголовки.

В зависимости от принятой I категории надежности и средних условиях забора воды на основании [1,табл. 13] выбираю для берегового водоприемника схему водозабора «а», для руслового - схему «б». То есть, береговой водоприемник располагаю в одном створе при его секционировании; русловой водоприемник также располагаю в одном створе, но использую два оголовка, снабженные средствами борьбы с шугой и другими затруднениями забора воды.

Схему водозабора по условию совмещения берегового колодца с насосной станцией выбираю «2», то есть насосная станция примыкает к береговому колодцу. Данную схему использую по причине сложения береговой зоны из скальных грунтов.

Определяю отметку площадки для строительства берегового водоприемника

(1)

где - отметка высшего уровня воды, м. По заданию .

- высота волны, м. По заданию

.

Водоприемные оголовки осуществляю постоянно затопленными и располагаю ниже минимального расчетного уровня воды (ЛНУВ) и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Оголовки устраиваю с боковым приемом воды, для того чтобы в них не завлекались шуга, сор, донные наносы, рыба.

Принимаю решение устройства раструбного деревянного ряжевого оголовка с боковым приемом воды, так как условия забора воды средние и производительность водозабора малая, то есть меньше 1м³/с (Q=0,694 м³/с).

Данный оголовок простой, недорогостоящий, но является трудоемким в изготовлении, неиндустриальным, труднодоступным для осмотра и замены сороудерживающих решеток, также требуют устройства рыбозаградителей.

Размеры водоприемных окон оголовков принимаю в соответствии с расчетной площадью сечения. Основание водоприемника заглубляю на 1,0 метр под наименьшую отметку дна реки для защиты от подмыва.

1.2 Гидравлические расчеты элементов водозабора

1.2.1 Расчет водоприемных отверстий

К водоприемным отверстиям относятся входные окна с решетками берегового колодца или оголовка.

Определение площади входных окон

(2)

где 1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий

расчетный расход одной секции, м³/с

(3)

где производительность водозаборного сооружения, м³/с. По заданию число секций водоприемника.

.

коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток

(4)

где толщина стержней, мм. Принимаю

расстояние между стрежнями в свету, мм. Принимаю

скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с. Принимаю по [1, п.п.5.94].

Согласно [1, п.п.5.94] с учетом требований рыбозащиты:

Т.о. скорость течения в водотоках свыше 0,4 м/с, следовательно допустимая скорость втекания .

.

Выбор размеров и количество решеток соответственно вычисленной площади произвожу согласно [6, приложение А] с учетом глубины в месте забора. Габариты решеток, расположенных в береговом водоприемнике: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры водоприемного окна 1500х2000 мм.

По площади типовой решетки определяю фактическую скорость входа в решетку.

(5)



.

Чистка решеток от загрязнений в береговом колодце производится вручную после подъема их на поверхность.

Габаритные размеры решеток, расположенных в оголовке принимаю такие же, как и в береговом колодце: L=1620 мм, Н=2104 мм. Размеры входных окон 1500х2000 мм.

Выбор и расчет сеток

Выбор типа сеток произвожу в соответствии с [1, п.п. 5.105]. Принимаю плоские сетки, так как производительность водозабора . Площадь сеток определяется по формуле (2), где

(6)

где толщина проволоки, мм. Принимаю

размер ячейки, мм. Принимаю

.

скорость в отверстиях сетки, м/с. Принимаю согласно [1, п.п.5.106] равной .

.

Типовые размеры плоских сеток подбираю на основании [6,приложение Б]. Принимаю габаритные размеры сеток: L=930 мм, Н=1130 мм. Размеры перекрываемого отверстия 800х1000 мм.

По площади типовой сетки определяю фактическую скорость входа в сетку по формуле (5).

.

Промывка и удаление загрязнений с плоских сеток осуществляется вручную в служебном павильоне над водоприемным колодцем.

1.2.2 Расчет самотечных линий

Самотечные линии соединяют водоприемники (оголовки) с береговым колодцем. Число самотечных линий соответствует числу водоприемных секций оголовка.

Согласно [1, п.п.5.100] прокладываю самотечные линии, так как проектирую водозабор I категории надежности [п. 1 КР]. Число самотечных линий принимаю равное 4, так как предусматриваю устройство 2 оголовков, каждый из которых имеет 2 секции.

Определяю длину самотечной линии, равную расстоянию между оголовком и береговым колодцем. Для этого выбираю место установки оголовка на построенном продольном профиле. И в соответствии с [1, п.п.5.96] принимаю, что основание водоприемного отверстия расположено на 1,0 м ниже дна реки и верх оголовка затоплен на 0,3 м под меженный уровень (ЛНУВ).

Таким образом, расстояние от дна реки до уровня ЛНУВ в месте расположения оголовка:

(7)

где наружная высота решетки, м. По расчетам из п. 2.1.1 КР .

.

Выбранное место для оголовка также подходит при установлении низшего зимнего уровня, в частности ледостава, так как расстояние от нижней кромки льда до верха оголовка равно 0,5 м, что согласуется с требованиями [1, п.п.5.96].

Также на профиле намечаю расположение берегового колодца. Расстояние между оголовком и береговым колодцем определяю в соответствии с масштабом построенного профиля и принимаю равным 56,0 м.

Определяю диаметр самотечных линий в соответствии с [1, табл.14] и [5, табл. II]. В качестве материала труб использую антикоррозионную сталь в соответствии с [1, п.п.5.101]. Назначаю D=600 мм. Для данного диаметра при расходе на одну секцию (по расчету из п. 2.1.1 КР), скорость , что согласуется с требованиями [1,п.п. 5.99], так как для I категории надежности при d=500-800 мм V=1-1,4 м/с.

Проверяю скорость в самотечном трубопроводе на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами:

(8)

где максимальное количество взвешенных веществ в воде в период половодья. По заданию

средневзвешенная гидравлическая крупность наносов. По заданию .

диаметр самотечной линии. По расчету

скорость в самотечной линии. По расчету .

.

Условие выполнено, значит диаметр выбран правильно.

Выбираю тип промывки самотечных линий. Определяю расчетный расход для промывки линий по требуемой скорости для размыва отложений в трубах

, м/с (9)

где средневзвешенный диаметр частиц промываемых наносов, м. По заданию

диаметр самотечных линий, м. По расчету

.

Так как , то промывка самотечной линии не требуется.

Определяю тип промывки для решеток. Использую импульсную промывку, так как она более эффективна по сравнению с обратной промывкой. Принцип действия импульсной промывки состоит в том, что колебания воды, находящейся в самотечной трубе и в установленной на ней перед задвижкой колонне, вызываются с помощью срыва вакуума, который ранее был создан вакуум-насосом. Волновой импульс действует с равной силой на всю площадь водоприемного отверстия и освобождает его от шуги и сора независимо от степени загрязнения.

Подключаю к самотечной линии напорную колонну высотой 9,5 м и диаметром таким же, как самотечная линия 600 мм

1.2.3 Определение расчетных уровней воды в береговом колодце

Отметки расчетных уровней в береговом колодце определяю при двух режимах:

1) максимальные уровни в приемном и всасывающем отделении при нормальном режиме;

2) минимальные - при аварийном.

Расчетный уровень в приемном отделении определяю с учетом потерь напора в водоприемных устройствах, исходя из уровней воды в реке

(11)

(12)

где отметка высшего уровня воды в реке. По заданию

отметка низшего летнего (меженного) уровня. По заданию

потери напора в водоприемных устройствах при нормальном режиме, м. то же при аварийном режиме, м.

В период паводка вода забирается водоприемными окнами берегового водозабора, следовательно потери напора h равны потерям напора в решетке

.

В меженный период вода забирается раструбным оголовком, следовательно потери напора равны

(13)

где потери напора в решетке,

потери напора в элементах (кроме решеток) затопленных водоприемников, так как никакие иные элементы (вихревые камеры, водоприемные фильтры, …) не использую, то в расчетах не учитываю.

общие потери напора по длине и местные в самотечных водоводах на участках от входа воды в водовод до выхода в колодец, м.

Для определения потерь напора использую следующую формулу:

(14)

Таблица 1 - Определение потерь напора при аварийном режиме

№	Элемент	Коэффициент о Гидр. уклон i	D,мм L, м	Аварийный режим
				q	V	h
1	Решетка	-	-	0,694	0,32	0,10
2	Раструб	0,25	-	0,694	0,32	0,001
3	Самотечная линия	3,10	600	0,694	2,33	1,47
		10,92
Итого		1,57

При аварийном режиме одна секция водоприемника не работает, расчетный расход для каждой работающей секции

(15)

где К - коэффициент, определяющий снижение подачи воды при аварии, зависящий от категории надежности системы водоснабжения. Согласно [1, п.п. 5.93] К=1,0.

производительность водозаборного сооружения, м³/с. По заданию

число секций водоприемника. Принимаю

.

Определяю скорость входа в решетку при аварийном режиме работы по формуле (5)

.

Потери напора в самотечной линии

(16)

где сумма коэффициентов местных сопротивлений. Принимаю в зависимости от рода сопротивления согласно профилю по [6, табл. 1].

расчетная скорость движения воды в самотечном трубопроводе. По расчету

? гидравлический уклон. По [5, табл. II] для d=600 мм по расходу Q=694 л/с i=10,92.

длина линии, м. (п. 2.2 КР).

(17)

где местное сопротивление плавного очерченного входа в трубу. Принимаю согласно [6, табл. 1], .

местное сопротивление в тройнике, .

местное сопротивление на выходе из трубы в резервуар, .

местное сопротивление в задвижке, .

.

.

Таким образом,

.

Во всасывающем отделении отметки уровней воды будут меньше, чем в приемном на величину потерь напора в сетке. Для плоских сеток величину потерь принимаю равной 0,15 (h_ав=0,25).

(16)

(17)

.

.

1.2.4 Проектирование насосной станции I подъема

Определяю напор насосов Н при подаче воды на очистные сооружения по формуле:



(18)

где статический напор, равный разности отметок самого низкого аварийного уровня воды во всасывающей камере и в смесителе очистных сооружений.

(19)

где отметка смесителя очистных сооружений, м. Для предварительных расчетов высоту расположения смесителя можно принять 5 м над поверхностью земли.

(20)

где строительная отметка смесителя, расположенного на расстоянии 50 м от насосной станции,

.

аварийный уровень воды во всасывающем отделении, м. По расчету из п. 2.3 КР .

.

, потери напора соответственно во всасывающих и напорных трубопроводах. Принимаю равным 2,0 м.

запас напора на излив воды из трубопровода, м.

.

По расходу и напору подбираем насосы. Количество насосов согласно [1, п.п. 7.3, прим. 1] выбираю равное 4, то есть 2 резервных и 2 рабочих агрегата.

Определяю количество и диаметр всасывающих и напорных линий. Согласно [1, п.п. 7.5] количество всасывающих линий принимаю равное двум. Согласно [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр всасывающих линий назначаю равным 600 мм, Q=347 л/с,V_вс=1,165 м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9]. Согласно [1, п.п. 7.6] количество напорных линий принимаю равным двум и в соответствии с [5, табл. II] и [1, п.п. 7.9] диаметр напорных линий d=450 мм, V_н=2,035 м/с, что согласуется с требованиями [1, п.п. 7.9]. Привожу схему компоновки насосов с обвязкой трубопроводов и расставленной арматурой (см. рисунок 1).

1.3 Конструирование водозабора и выбор метода строительства

1.3.1 Определение высотных отметок водозаборного сооружения

Определяю место расположения фасадной части с водоприемными окнами. Согласно [1, п.п. 5.96] принимаю, что низ окна расположен на 0,5 м выше дна реки и верх окна затоплен на 0,5 м от высшего уровня воды (ВУВ).

Определяю отметку дна водоприемной камеры. Сетку погружаю под минимальный расчетный аварийный уровень воды на 0,8 м. От низа сетки до дна приемного отделения предусматриваю порог высотой 0,8 м; со стороны всасывающего отделения - 0,5 м с учетом объема выпавшего осадка в период между чистками секций (0,5-0,8 м).

Заглубляю воронку всасывающей трубы под минимальный уровень на 1,83 м > От пола колодца воронку располагаю на расстоянии 0,6 м >

Расстояние от низа самотечной трубы до дна колодца принимаю равным 0,6 м. Верх трубы утапливаю на 1,78 м под аварийный уровень. Толщину стен и дна колодца принимаю равной 0,9 м; перегородки - 0,3 м.

1.3.2 Выбор метода строительства

Строительство берегового колодца водозаборного сооружения осуществляю методом открытого котлована, так как данный метод применяется при строительстве на скальных грунтах.



1.3.3 Определение габаритных размеров водозаборного сооружения в плане

Определяю ширину водоприемной камеры по фронту приема воды. В каждой камере предусматриваю по одному окну. Расстояние от стены (перегородки) до входного окна принимаю равным 990 мм.

Определяю длину приемного отделения. Ширина приемной камеры определяется габаритными размерами тройника d=600х600 мм, L=1100 мм; размерами задвижки на конце самотечной линии d=600 мм, L=800 мм и размерами, необходимыми для эксплуатации и проведения ремонтных работ, которые составляют 1600 мм. Таким образом, ширина приемного отделения равна 3500 мм=3,5 м.

От стены приемной камеры до самотечной линии - 650 мм; между самотечными линиями в пределах одной секции - 1100 мм.

Для перепуска воды из одной секции берегового колодца в другую применяю перепускной патрубок, оборудованный дисковым затвором d=700 мм. В приемном отделении проектирую приямок в целях более полного удаления осадка водоструйным насосом. Размеры приямка 700х700 мм. Пол проектирую с уклоном 0,10 в сторону приямка. Секции оборудую лестницами для спуска рабочих.

Определяю размеры всасывающей камеры. Они зависят от размеров сетки и компоновки всасывающих линий. От края воронки до стены предусматриваю расстояние 700 мм; между двумя раструбами в одной секции - 1080 мм.

Таким образом, габаритные размеры берегового колодца 9,5х 9,5 м.

1.4 Защита водозабора от шуги и донного льда

Для борьбы с обмерзанием и закупоркой решеток внутриводным льдом применяю решетки с электрообогревом. Но электрообогрев не может остановить уже начавшийся процесс обмерзания, в связи с чем, система обогрева должна включаться заблаговременно, до ожидаемого переохлаждения воды.

Для повышения надежности указанный способ целесообразно применять в сочетании с другими, предотвращающими проникание шуги к водоприемным окнам. Это в основном следующие: снижение скорости входа воды в водоприемные окна или сброс нагретой воды вблизи водоприемных окон.

При угрожающем (в отношении устойчивой работы насосов) снижении уровня воды в береговом колодце выключается из работы один из насосных агрегатов, тем самым снижается производительность водозабора и, следовательно, уменьшается скорость входа воды в водоприемные отверстия. Затем под воздействием руслового потока шуговой припай отрывается от оголовка, улучшая доступ воды в водоприемник. В связи с этим уровень воды в береговом колодце повышается, а насос снова включается в работу. При последующих снижениях уровня процесс повторяется.

Нагретая вода к водозабору подается от ТЭЦ по трубопроводу и сбрасывается в непосредственной близости от водоприемных окон.

Также эффективно использование во время образования внутриводного льда импульсной промывки.

1.5 Зоны санитарной охраны

Для обеспечения санитарной надежности водопровода хозяйственно-питьевого назначения должны предусматриваться организация зоны санитарной охраны.

Зона источника водоснабжения, включая водозаборное сооружение, состоит из трех поясов: первого - строгого режима, второго и третьего - режим ограничения.

Границы первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения, согласно [1, п.п. 10.8], в том числе водоподводящего канала, устанавливаю на расстояниях от водозабора: вверх по течению - 200 м; вниз по течению - 100 м; по прилегающему к водозабору берегу - 100 м от уреза воды при летне-осенней межени.

Границы второго пояса зоны водотока согласно [1, п.п. 10.9] принимаю равными: вверх по течению - 1000 м; вниз по течению - 250 м; боковые границы - на расстоянии от уреза воды при летне-осенней межени - при равнинном рельефе - 500 м.

Границы третьего пояса зоны водотока согласно [1, п.п. 10.10], принимаю такими же, как и для границы второго пояса.



2. Очистка природной воды

2.1 Выбор и обоснование технологической схемы осветления и обесцвечивания воды

Выбор схемы очистки производиться в зависимости от производительности очистных сооружений, качества исходной воды и требований потребителя. По заданию производительность станции очистки воды Q_сут=60000 м³/сут. Также по заданию имею данные о качестве исходной воды. Так мутность воды - взвешенные вещества в период половодья - равна 270 мг/л (вода мутная). Данных о цветности воды нет.

Исходя из заданных условий, могу сделать вывод, что для очистки воды подходит три схемы. Первая - схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках, соединенных с камерами хлопьеобразования и на фильтрах. В камерах хлопьеобразования происходит образования крупных хлопьев, которые отделяются от обрабатываемой воды и выпадают в осадок на дно отстойников. Данную схему применять не буду по следующей причине: в процессе эксплуатации сооружения будут недогружены, так как по заданию мутность воды 270 мг/л, но данная мутность наблюдается только в период половодья, в остальной же период времени будет значительно меньше, а данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.

Вторая схема - предварительная очистка воды происходит в осветлителях со слоем взвешенного осадка. Дальнейшая очистка происходит на скорых фильтрах. Данную схему не использую по той же причине, что и предыдущую, так как данная схема рассчитана на мутность до 1500 мг/л.

Таким образом, согласно [1, табл. 15] выбираю схему двухступенчатого фильтрования, так как данная схема очистки воды рекомендуема при мутности исходной воды до 300 мг/л и любой производительности станции. Предварительная грубая очистка достигается в контактном крупнозернистом префильтре с повышенной грязеемкостью, а доочистка - в осветлительном фильтре. В качестве контактного префильтра использую контактный осветлитель типа КО-3.

В данной курсовой работе применяю реагентную технологическую схему очистки воды, так как введение в воду коагулянта интенсифицирует процесс очистки.

2.2 Реагентное хозяйство

Реагентное хозяйство представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающий хранение запасов реагентов, приготовление растворов, внутреннее транспортирование и их дозирование.

В данной курсовой работе в качестве реагента для очистки воды использую сернокислый алюминий. Способ хранения реагента предусматриваю мокрый, так как при сухом способе хранения коагулянта существует ряд недостатков: потеря коагулянта в результате слеживания, выполнение трудоемких погрузочно-разгрузочных работ при доставке коагулянта и загрузке растворных баков. Схема мокрого хранения реагента лишена данных недостатков, так как коагулянт непосредственно загружается в растворные баки, затем в баки-хранилища, где коагулянт хранится в течение 30 суток и по мере необходимости подается в расходные баки.

2.2.1 Определение дозы реагента

Дозу коагулянта при обработке мутных вод определяю в соответствии с [1, табл. 16]. Так как мутность воды (по заданию) равна 270 мг/л и использую в качестве очистки воды фильтры, работающие по принципу коагуляции в зоне фильтрующей загрузки, то согласно [1, табл. 16, прим. 2] дозу коагулянта принимаю равной

.

где 38,5 мг/л - доза коагулянта для обработки вод при мутности 270 мг/л.

0,9 (90%) - при использовании фильтров дозу коагулянта следует принимать на 10% меньше, чем по данным [1, табл. 16].

При мокром хранении коагулянта предусматриваю, что коагулянт поступает на станцию в сухом виде. Коагулянт растворяется в растворных баках, а затем поступает в баки-хранилища.

Определяю суточный расход реагента в товарной продукции по формуле:

(21)

где производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

расчетная доза коагулянта, г/м3. По расчету

содержание активного безводного продукта в товарном реагенте, %. Для сернокислого алюминия .

.

Так как коагулянт поступает на станцию в сухом виде, то предусматриваю доставку коагулянта каждый неделю в размере 37 т с завода-изготовителя в кусках.

2.2.2 Растворные баки

Объем растворных баков (рисунок 2) определяю по формуле:

(22)



где производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

расчетная доза коагулянта, г/м3. По расчету

периодичность доставки, то есть количество дней, на которое завозится коагулянт, сут. Принимаю

концентрация раствора по безводному продукту. Принимаю в соответствии с [1, п.п. 6.21]. Принимаю (для очищенного кускового коагулянта).

плотность раствора, принимаю

.

Согласно [1, п.п. 6.22] принимаю 4 растворных бака, 3 рабочих и один резервный, объем каждого 24,5 м³. Расстояние между воздушными трубами в баках принимаю равным 150 мм. Диаметр отверстий 4 мм.

Рисунок 2 - Растворный бак: 1 - подача сжатого воздуха; 2 - колосниковая решетка; 3 - распределительная система для воздуха; 4 - выпуск осадка; 5 - отбор раствора; 6 - подача воды; 7 - поплавок.



2.2.3 Баки-хранилища

Объем баков-хранилищ определяю по формуле:

(23)

где производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

расчетная доза коагулянта, г/м3. По расчету

время хранения коагулянта, сут. Согласно [1, п.п. 6.202] принимаю

концентрация раствора по безводному продукту. Принимаю в соответствии с [1, п.п. 6.21]. Принимаю (для очищенного кускового коагулянта).

плотность раствора, принимаю

.

Принимаю 4 бака-хранилища, 3 рабочих и один резервный, объем каждого 105 м³.

2.2.4 Расходные баки

Определяю объем расходных баков:

(24)

где часовая производительность очистных сооружений, м³/ч. По заданию

расчетная доза коагулянта, г/м3. По расчету

время, на которое заготавливают раствор коагулянта. Согласно [1, п.п. 6.22] принимаю

процентная концентрация раствора коагулянта. Принимаю .

плотность раствора, принимаю

.

Согласно [1, п.п. 6.22] принимаю 3 расходных бака, 2 рабочих и один резервный. Конфигурация в плане - квадратная. Размер стороны в плане В=2,0 м. Высота бака Н=3,0 м.

Произвожу расчет воздушного хозяйства для перемешивания раствора коагулянта в растворных и расходных баках. Растворение коагулянта и разбавление его концентрации произвожу с помощью сжатого воздуха. Воздух подается по воздушным распределительным системам из полиэтиленовых труб.

Расход сжатого воздуха в растворных баках:

.

где 21 м² - площадь дна растворного бака

8 л/с•м² - интенсивность расхода сжатого воздуха.

Расход сжатого воздуха в расходных баках:

.

где 4 м² - площадь дна расходного бака

5 л/с•м² - интенсивность расхода сжатого воздуха.

По расходу воздуха подбираю воздуходувки: для растворного бака - ВК-9, подача 630 м³/ч; для расходного бака - ВК-1,5, подача 94,8 м³/ч.



2.3 Дозирование реагентов в обрабатываемую воду

Дозаторы - аппараты, обеспечивающие подачу заданного количества раствора реагента в воду.

Определяю производительность дозатора растворов:

(25)

где объем расходного бака, м³. По расчетам

время, на которое заготовлен раствор коагулянта, ч. Принимаю

.

В качестве дозатора растворов использую плунжерный насос-дозатор типа НД (рисунок 3). Принимаю насос НД-1600/10 с производительностью 1600 л/ч. Поставляется с электродвигателем.

Рисунок 3 - Головка плунжерного насоса-дозатора: 1 - шаровый клапан забора; 2 - плунжер; 3 - корпус головки; 4 - шаровый клапан выпуска; 5 - защита головки; 6 - всасывающий патрубок; 7 - напорный патрубок.



2.4 Смесители

Для того чтобы быстро и равномерно обеспечить контакт частиц примесей с коагулянтом применяют смесительные устройства. Применяю механический пропеллерный смеситель (рисунок 4), так как можно управлять процессом смешения при изменении расхода или качества исходной воды. Время перемешивания у данного смесителя 10-13 сек.

Объем камеры смесителя принимаю равным объему воды, поступающему на очистку за 1 мин:

(26)

где часовая производительность очистных сооружений, м³/ч. По заданию

количество смесителей. Принимаю

.

Рисунок 4 - Пропеллерный смеситель: 1 - электродвигатель; 2 - пропеллер; 3 - стакан; 4 - перегородка



За счет движения воды вдоль стенок стакана (3) под действием пропеллера (2) происходит интенсивное перемешивание. На выходе имеется перегородка (4) для направленного движения воды.

Управление процессом смешивания осуществляется за счет изменения частоты вращения электродвигателя (1).

2.5 Контактные осветлители (префильтры)

В качестве префильтра при двухступенчатом фильтровании использую контактный осветлитель КО-3 с водо-воздушной промывкой и поддерживающими слоями.

Контактный осветлитель - это фильтровальный аппарат, использующий принцип контактной коагуляции и фильтрующие воду в направлении убывающей крупности зерен загрузки.

Префильтры рассчитываю на работу при нормальном и форсированном режимах (один префильтр отключен на ремонт).

Площадь контактных префильтров определяю с учетом пропуска расхода воды на промывку фильтров второй ступени:

(27)

где производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

число промывок одного фильтра второй ступени в сутки при нормальном режиме, принимаю

интенсивность промывки фильтра второй ступени, принимаю согласно [1, табл. 23] .

время простоя фильтра второй ступени в связи с промывкой, принимаю (водная промывка).

площадь фильтрования фильтра второй ступени, по расчету

продолжительность работы станции в течение суток, ч.

расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч. Согласно [7, табл. 4] принимаю .

число промывок одного контактного префильтра, принимаю

интенсивность промывки, принимаю

продолжительность промывки контактного префильтра. Согласно [1, п.п. 6.133] принимаю

продолжительность сброса первого фильтра, ч. Согласно [1, п.п. 6.133] принимаю

.

Определяю количество фильтров:

.

Принимаю 12 фильтров.

Определяю скорость при форсированном режиме:

(28)

где расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме,

количество фильтров на станции. По расчету

количество фильтров в ремонте, , так как .

.

Сравниваю полученную скорость со значениями [7, табл. 4]. Данная скорость согласуется с данными [6, табл. 4].

Рисунок 5 - Контактный осветлитель типа КО-3 (префильтр): 1 - водяная распределительная система; 2 - воздушная распределительная система; 3 - коллектор воздушной системы; 4 - поддерживающие слои; 5 - струенаправляющий выступ; 6 - пескоулавливающий желоб.

Площадь одного фильтра:

,

Следовательно, эксплуатация фильтра не будет затруднена.

Полная высота фильтра (рисунок 5):

(29)

где высота поддерживающих слоев, м. Принимаю согласно [1, п.п. 6.129]

толщина фильтрующего слоя, м. Принимаю согласно [7, табл. 4]

высота водяной подушки над загрузкой. Принимаю

превышение строительной высоты над уровнем воды. Принимаю

.

При выключении части фильтров на промывку скорость фильтрации на остальных принимаю постоянной. При работе с постоянной скоростью предусматриваю дополнительную высоту над нормальным уровнем воды в фильтре.

(30)

где объем воды, накапливающейся за время простоя, в одновременно промывающихся фильтрах, м³.

(31)

где расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме,

площадь фильтра, находящегося в простое..

время простоя фильтра в связи с промывкой, (промывка водо-воздушная).

.

суммарная площадь фильтров, в которых происходит накопление воды, м².

.

.

Следовательно, полная высота фильтра равна 5,4 м.

В контактном префильтре применяю трубчатую распределительную систему для подачи воды и воздуха и систему горизонтального отвода воды. Отверстия в трубах воздушно-распределительной системы располагаю в шахматном порядке. Диаметр отверстий принимаю равным 5 мм.

2.6 Скорые фильтры

В качестве второй ступени очистки при двухступенчатом фильтровании использую скорые фильтры (рисунок 6). Фильтры рассчитываю на работу при нормальном и форсированном режимах (один фильтр отключен на ремонт).

Для загрузки фильтров использую дробленый керамзит с диаметром зерен 0,5-1,2 мм. Скорость фильтрования согласно [1, табл. 21, прим.1] при нормальном режиме при форсированном режиме

Общая площадь фильтрования определяю по формуле:

(32)

где производительность очистных сооружений, м³/сут. По заданию

продолжительность работы станции в течение суток, ч.

расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч. Согласно [7, табл. 4] принимаю .

число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме, принимаю

интенсивность промывки, принимаю согласно [1, табл. 23]

продолжительность промывки фильтра, принимаю

время простоя фильтра в связи с промывкой. Принимаю

.

Определяю количество фильтров:

.

Принимаю 11 фильтров.

Определяю скорость при форсированном режиме:

(28)

где расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме,

количество фильтров на станции. По расчету

количество фильтров в ремонте, , так как .

.

Сравниваю полученную скорость со значениями [1, табл. 21]. Данная скорость согласуется с данными СНиПа.

Площадь одного фильтра:

,

Следовательно, эксплуатация фильтра не будет затруднена, использую фильтр с центральным каналом.



Рисунок 6 - Скорый фильтр: 1 - дренажно-распределительная система; 2 - поддерживающие слои; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - желоб; 5 - центральный канал; 6 - подача исходной воды: 7 - отвод фильтрата; 8 - отвод промывной воды.

Полная высота фильтра:

(29)

где высота поддерживающих слоев, м. Принимаю согласно [1, табл. 22, прим. 2] толщина фильтрующего слоя, м. Принимаю согласно [1, табл. 21]

высота водяной подушки над загрузкой. Принимаю

превышение строительной высоты над уровнем воды. Принимаю

,

При выключении части фильтров на промывку скорость фильтрации на остальных принимаю постоянной. При работе с постоянной скоростью предусматриваю дополнительную высоту над нормальным уровнем воды в фильтре.

(30)

где объем воды, накапливающейся за время простоя, в одновременно промывающихся фильтрах, м³.

(31)

где расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме,

площадь фильтра, находящегося в простое..

время простоя фильтра в связи с промывкой, (водная промывка).

.

суммарная площадь фильтров, в которых происходит накопление воды, м².

.

.

Следовательно, полная высота фильтра равна 3,95 м.

Дренажную систему фильтра располагаю в поддерживающих слоях. На ответвлениях предусматриваю отверстия диаметром 10 мм, расположенные в шахматном порядке. Расстояние между отверстиями 200мм.

Для промывки фильтров использую очищенную воду. Для сбора и отвода промывной воды предусматриваю желоб полукруглого сечения.



3. Компоновка очистной станции

Составляю высотную схему расположения в профиль всех сооружений с взаимной увязкой высоты их расположения (рисунок 7). Высотная схема станции обработки воды должна обеспечивать самотечное движение в оды в любое время года.

Составление схемы начинаю от наиболее низко расположенного сооружения - резервуара чистой воды. Отметку наивысшего уровня воды в нем принимаю на 0,5 м выше поверхности земли. Таким образом, отметка воды РЧВ 0,50 м.

Нахожу отметку уровня воды в скором фильтре, для этого определяю потери напора в фильтре и в соединительных коммуникациях. Потери напора принимаю согласно [1,п.п. 6.129], таким образом отметка уровня воды в скором фильтре равна:

(33)

где потери напора на скорых фильтрах. Принимаю

потери напора в соединительных коммуникациях от фильтра до РЧВ. Принимаю

.

Определяю отметку уровня воды в контактном префильтре:

(34)

где отметка уровня воды в скором фильтре. По расчетам

потери напора в соединительных коммуникациях от префильтров к фильтрам. Принимаю

.

Определяю отметку уровня воды в механическом смесителе:

(35)

где отметка уровня воды в контактном префильтре. По расчету

потери напора в контактном префильтре. Принимаю

потери напора в соединительных коммуникациях от смесителей к контактным осветлителям. Принимаю

.



Список литературы

водозабор гидравлический природный санитарный

1 СНиП 2.04.02-84^*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/ Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1998. - 128с.

2 Оборудование водопроводно-канализационных сооружений/ Под редакцией А.С. Москвитина - М.: Стройиздат, 1979. - 430 с. - (справочник монтажника).

3 Тугай А.М.Расчет и конструирование водозаборных узлов.-Киев:Будивельник,1978.

4 Сомов М.А.Водопроводные системы и сооружения: учеб. для вузов /М.А.Сомов -М.:Стройиздат,1988.-399с.

5 Шевелев В.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. - М.: Стройиздат, 1984. - 116с.

6 Водозаборные сооружения: Метод. указ. / Сост.: Л.Р. Ланге; СибГИУ. - Новокузнецк, 2006. - 36с.

7 Очистка природной воды: Метод. Указ. / Сост.: Б.М. Гохман, Л.Р. Ланге: СибГИУ. - Новокузнецк, 2005.- 48 с.

Размещено на Allbest.ru

...