Тема: « технология очистки природных вод»

Тема: «Технология очистки природных вод»

 

 

Выполнила: ст. гр. ФЭВ-41Р

Макунина В.В.

Приняла: Мезенева Е.А.

 

г. Вологда

2010 г.

Содержание

Введение                                                                                                                                   3

1.Общие сведения                                                                                                                 4

1.1.Определение расчётной производительности водоочистной станции                          4

1.2.Характеристика качества воды                                                                          4 1.3.Выбор и обоснование технологической схемы очистки воды                                   4

2.Реагентное хозяйство                                                                                                           5

2.1.Определение расчётных доз реагентов                                                                          5                                      

2.1.1.Коагулянт                                                                                                        5

2.1.2.Флокулянт                                                                                                       5 2.1.3.Доза подщелачивающих реагентов                                                                  5

2.1.4.Доза хлора                                                                                                       5

3.Расчёт реагентного хозяйства                                                                                               6

3.1.Устройство для приготовления раствора коагулянта                                               6

3.1.1.Определение суточного расхода коагулянта                                                   6

3.1.2.Расчёт растворных баков для коагулянта                                                      7

3.1.3.Расчёт расходных баков для коагулянта                                                       7

3.1.4.Определение расхода воздуха, необходимого для перемешивания коагулянта в расходных и растворных баках                                                                     7

3.1.5.Подбор дозаторов для раствора коагулянта                                                8

3.2.Расчёт сооружений для приготовления раствора флокулянта                                    8

3.2.1.Вид применяемого флокулянта                                                                         8

3.2.2.Определение объема растворного бака                                                                 9

3.2.3.Определение объема расходного бака                                                                   9

4.Расчет смесителя                                                                                                                    10

5.Вертикальный отстойник                                                                                                        11

6.Скорые фильтры                                                                                                                         14

6.1.Общая площадь фильтрования                                                                                       14

6.2.Расчет количества фильтров и размеры одного фильтра                                            14

6.3.Дренажная система                                                                                                                14

6.4.Промывные желоба                                                                                                     15

7.Резервуар чистой воды                                                                                                16

8.Обеззараживание воды                                                                                                         18

9.Расчет резервуара чистой воды                                                                                             20

10.Расчет труб обвязки                                                                                                                    20

11. Построение высотной схемы                                                                                               21

11.1.Расчет отметок в РЧВ                                                                                                     21

11.2.Расчет отметок в фильтре                                                                                              21

11.3.Расчет отметок вертикального отстойника                                                                 22

11.4.Расчет отметок смесителя                                                                                              22

12.Компоновка сооружений                                                                                                       23

Заключение                                                                                                                                  24

Список литературы                                                                                         

Введение

         Высокие требования к качеству воды, предъявляемые потребителем весьма различны и зависят от ее назначения. Так, например, вода для питьевых и хозяйственно- бытовых целей должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу, иметь благоприятные органолептические свойства. Поэтому перед тем как подать ее потребителю, ее необходимо очистить от механических, химических и бактериологических загрязнений. Для этой цели в системах водообеспечения предусматриваются специальные инженерные сооружения, связанные определенными технологическими процессами, в которых осуществляется обработка воды.

          В данном курсовом проекте будет выбрана технологическая схема очистки природных вод, проведен расчет всех сооружений по технологической цепочке.

Общие сведения.

Определение расчетной производительности водоочистной станции

 

В соответствии с п. 6.6. [1] полный расход воды, поступающий на станцию, определяю с учетом расхода воды на собственные нужды станции. Ориентировочно среднесуточные (за год) расходы исходной воды на собственные нужды станции принимаю с повторным использованием воды. Тогда:

Qрасч=1,03·Qполн.=1,03·3000=3090 м³/сут = 128,75 м³/час;       

 

Характеристика качества воды.

  В соответствии с п. 6.9. [1] вода нашего источника водоснабжения относится к водам: 

по мутности – к мутным свыше 250 до 1500 мг/л.

по цветности – вода малой цветности до 35º.

Для обработки воды необходимо провести осветление, обесцвечивание, обеззараживание.

 

Выбор и обоснование технологической схемы очистки воды.

Необходимый для этого состав сооружений зависит от качества воды в источнике и полной производительности водоочистной станции. Выбор технологической схемы проводим по табл.15 [1] в зависимости от производительности очистной станции и качества воды.

Принимаем технологическую схему «Вертикальные отстойники – скорые фильтры»

Рис.1

                          

 

 

1-смеситель;

2-вертикальный отстойник с водоворотной камерой хлопьеобразования;

3-скорый фильтр;

4-рчв.

 

Реагентное хозяйство.

Определение расчетных доз реагентов.

Коагулянт.

 Дозу коагулянта определяется по 2-ум параметрам:

-по цветности; -по мутности.

Дозу коагулянта следует принимать по п. 6.16 [1], в зависимости от исходной мутности воды: 45-50 мг/л.

По цветности:  Dк=  = =22 мг/л

Расчетную дозу коагулянта возьмем большее значение, т.е. 50 мг/л.

Коагулянт подается в трубопровод перед смесителем.

 

 2.1.2. Флокулянт.

 

Для повышения эффективности процесса коагуляции применяется флокулянт ПАА. Т.к. ввод перед отстойниками, или осветлителями со взвешенным осадком, то дозу берем по табл.17 [1] D_ПАА = 0,2 – 0,5 мг/л.

Принимаю дозу ПАА D_ПАА = 0,5 мг/л.

Флокулянты следует вводить в воду после коагулянта (через 2-3 мин).

 

Доза хлора.

  Дозу хлора (в 2 этапа) перед сооружением 0т 5- 8 мг/л, для вторичного хлорирования от 3-5 мг/л. Перед сооружением и для вторичного хлорирования берем по 5 мг/л.

    Хлорсодержащие реагенты при предварительном хлорировании подаются в напорные водоводы, подающие воду на водоочистную станцию, при вторичном хлорировании реагент подается в трубопровод перед РЧВ.

Фторирование воды не требуется, т.к. концентрация источника водоснабжения больше 0,5мг/л.

Вид применяемого флокулянта

Вид применяемого флокулянта и его доза определяется по 6.17 [1]. Берем 0,5 мг/л – ПАА. Схема растворного узла для приготовления флокулянта приведена на рис. 3.

Где 1-дозатор;2- расходный бак;3-растворный бак;4-устройство для вращения мешалки; 5-напорный трубопровод; 6-эжектор; 7-циркулящионный насос;

  9-мешалка

Расчет смесителя.

Смесители должны обеспечивать быстрое, равномерное распределение реагентов в массе обрабатываемой воды за Т=1 мин.

Вертикальный смеситель целесообразно применять на станциях средней производительности. На один вертикальный смеситель должно поступать не более 1200…1500 м³/ч обрабатываемой воды.

Расчет смесителя сводится к определению его линейных размеров:

                                                   Fв = Qчас/vв, м²,                                       (4.1)

где Qчас – часовой расход воды, приходящийся на один смеситель, м³/час,

Vв – скорость движения воды в верхней части смесителя, м/ч (1).

Fв = 0,036/0,04 = 0,89 м²

Для квадратного в плане смесителя ширина смесителя принимается, как

bв =  = 0,94 м.

Размеры нижней части смесителя определяются в зависимости от диаметра подводящего трубопровода, который определяется в зависимости от скорости движения воды и от расхода воды, проходящего по трубопроводу:

                                                         Dн= , м,                                          (4.2)

Dн = 0,195 = 200 мм. (Т.к. смеситель квадратный в плане, то bн=dн, и Fн = 0,04 м²)

Высота нижней части смесителя:

                                                               Hн = ½(bв-bн)ctg(,                            (4.3)

где  - угол наклона нижней части 30-45⁰

Hн = 0,88 м.

Объем пирамидальной части смесителя:

                                                        W = 1/3Hн(Fв+Fн+ ), м³                             (4.4)

W = 0,33 м³

Полный объем смесителя:

                                                   W = QчасT/60 = 128,75*1мин/60 = 2,15 м³              (4.5)

Объем верхней части смесителя:

                                                       Wв = W – Wн = 2,15-0,33 = 1,82 м³                        (4.6)

Высота верхней части смесителя:

                                                              Hв = Wв/Fв = 1,82 /0,89 = 2 м                   (4.7)

Полная высота смесителя:

                                                         H = Hн  + Нв =2+0,33 = 2,33 м.                     (4.8)

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком, через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке принимается 0,6 м/с. Площадь живого сечения сборного лотка определяем по формуле:

                                                                      , м²                                               (4.9)

где vл – скорость движения воды в лотке, 0,6 м/с,

  N -  количество лотков, шт.

 = 128,75/0,6*3600 = 0,06 м²

Задаваясь шириной лотка 0,5 м, и зная площадь живого сечения лотка, можно определить высоту слоя воды в лотке.

Hв = /b = 0,06 / 0,5 = 0,12 м (высота слоя воды)

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка:

                                                                       F = Qчас/v₀ *3600, м²                                  (4.10)

F = 128,75/3600 0,036 м²

Задаваясь величиной диаметра отверстий 0,01 м, можно определить площадь одного отверстия. F = 0,0000785 м²

Отстойники.

Отстойники применяют для осаждения взвешенных веществ из осветленной воды перед подачей ее на фильтры.

Вертикальный отстойник – прямоугольный в плане, ж/б резервуар значительной глубины, в котором обрабатываемая вода движется вертикально – снизу вверх. В центральной части вертикального отстойника устраивается камера хлопьеобразования. Схема вертикального отстойника приведена на рис.5.

где 1.вертикальный отстойник; 2.желоб для сбора осветленной воды; 3.труба для отведения осветленной воды;4.трубы для подачи исходной воды; 5. Камера хлопьеобразования; 6.труба для отведения осадка

Для выпадения взвеси в восходящем потоке необходимо, чтобы скорость осаждения взвеси u₀ была больше скорости восходящего потока v_р. U₀ принимается в зависимости от качества исходной воды по табл. 18[1].

Площадь поперечного сечения зоны осаждения определяют по форм:

 м²                                                                      (5.1)

где q  — расчетный расход для периодов максимального и минимального суточного водопотребления, м³/ч;

v _p — расчетная скорость восходящего потока, мм/с, принимается при отсутствии данных технологических изысканий не более указанных в табл. 18 величин скоростей выпадения взвеси с учетом п. 6.56;

N _p — количество рабочих отстойников;

b_об — коэффициент, учитывающий объемное использование отстойника, величина которого принимается 1,3—1,5 (нижний предел — при отношении диаметра к высоте отстойника — 1, верхний — при отношении диаметра к высоте — 1,5).

Рассчитаем: F в.о.= 37,25 м²

Полная площадь вертикального отстойника будет определяться по форм.

F=Fз.ос+Fк, м²                                                                                       (5.2)

где Fк – площадь камеры хлопьеобразования,м²;

  Fз.ос – площадь зоны осаждения, м².

Рассчитаем: Fк = 37,25+5,36 = 42,61 м² .

Площадь вертикальной камеры хлопьеобразования будет определяться в зависимости от времени пребывания воды в ней:

Fк= , м²                                                                                           (5.3)

где qчас – часовой расход воды,м³/час;

              t – время пребывания воды в камере (15…20мин);

                   N – число камер хлопьеобразования, шт;

                   Hк – высота камеры (Нк = 4…5м)м.

Рассчитаем: Fк =  = 5,36 м²

Зная полную площадь вертикального отстойника можно определить его размеры:

Dотс = 2  = 7,36 м, а диаметр КХО 2,61 м.

Для сбора осветленной воды в верхней части отстойника предусматривается переферийный желоб. Площадь сечения желоба рассчитывается по скорости движения воды в них (0,5…0,6м/с). Отверстия в желобах принимаются диаметром 20…30 мм, скорость движения в них 1 м/с.

Рассчитаем площадь сечения желоба, число и шаг отверстий для него.

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке принимается по п. 6.45. [1], u=0,04м/с.

 

Площадь живого сечения лотка.

 = 0,447 м²

(5.4)

где: u - скорость движения воды;

n – число лотков.

Задаваясь шириной лотка a=0,5м и зная площадь живого сечения лотка можно определить высоту слоя воды в лотке.

Высота слоя в лотке:

= =0,0,89 м                                                                      (5.5)

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка, где v0 – скорость движения воды через отверстия (0,9…1,1 м/с):

, м²                                                                                                                                              (5.6)

F₀ = 128,75 / 3600 = 0,036 м²

Задаваясь величиной диаметра отверстий d₀=10 мм, можно определить площадь одного отверстия fо.

Принимаю dо=0,1м. Тогда fо=0,0079м²

Общее количество отверстий:

 = = 5 шт

Осадочную часть вертикального отстойника выполняют с наклонными стенками, угол наклона которых к горизонтали  =50…55⁰. Диаметр трубопровода для сброса осадка принимается 150…200 мм. Зная эти величины можно определить высоту конической части отстойника:

, м                                                       (5.3)

где Dв.о – диаметр отстойника, м;

              d – диаметр трубопровода, м.

Рассчитаем: hк = =4,27 м

Вместимость конической части:

   Wос = , м³                                                                                                                      (5.4)

Рассчитаем: Wос = 3,56 м³  

Продолжительность работы отстойника между сбросами осадка:

T = ,час                                                                (5.5)

где - концентрация уплотненного осадка, г/м³, принимается по табл.19[1], примем интервал между сбросами осадка 6 час, тогда =35000г/м³;

  С – концентрация взвешенных веществ в воде, поступающих в отстойник, г/м³, определяется по форм. 11[1];

m –содержание взвешенных веществ в воде, выходящей из отстойника (8…15 г/м³).

 

                                          (5.6)

 

где М — количество взвешенных вещества исходной воде, г/м³ (принимается равным мутности воды);

Д _к — доза коагулянта по безводному продукту, г/м³;

К _к — коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия — 0,5, для нефелинового коагулянта — 1,2, для хлорного железа ¾ 0,7;

Ц — цветность исходной воды, град;

В _н — количество нерастворимых веществ, вводимых с известью, г/м³.

Рассчитаем, но т.к. подцелачивания не требуется, то Вн =0:

С = 480+0,5 50+025 30 = 512,5

 

T = = 15,11 час, т.е.15 ч

 

 

Скорые фильтры

Дренажная система

По расходу воды которой необходимо на промывку:

 

Qпр = i fф = 14 6 = 84 л/с = 0,084 м³/с                                (6.2.2)

m

Dк

Ответвления

Коллектор

Dотв

D центр. коллект. = м (vпр = 1,5 до 2,0 м/с)

 

 

От оси до стенки принимаем 200 мм, 26 ответвлений

 

Qотвл =  = 0,084/12 = 0,007 м³/с

Dотвл = = 77 мм (диаметр ответвлений должен быть от 50 до90 мм)

Lотвл = 3000-270/2  =2,865 м

Суммарная площадь дырочек:

 = 6 0,5%/100 = 0,03

d отверст = 10 мм

Σfотверст = 0,03 4/3,14 0,01² = 382 дырочки, по 32 дырочки на одном отвлетвлении, и по 16 дырочек на одной стороне(дырочки распложены в шахматном порядке, в 2 ряда)

Промывные желоба

 

Расход воды промывной 84 л/с

Расстояние между осями не более 2,0-2,5 м. 1 желоб

Bжел = Kжел                                          (6.5.1)

Где К – коэффициент для пятиугольных желобов, 2,1;

Qжел- расход воды, м³/с;

Aжел – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины принимаемое от 1 до 1,5(принимаем =1).

Вжел = 2,1  = 0,442  Высота желоба 1,5 Bж = 0,45 м

Расположение верхней части желоба. Высота расположения над загрузкой:

H =  + 0,3 = (45 0,8/100) +0,3 = 0,66 м                                    (6.5.2)

Где l – относительное расширение 45%;

H =0,8 м.

Строительная высота фильтра:

Нподдерживающий = 470 мм = 0,470 м

Крупность зерен 40 мм, поэтому верхняя граница слоя должна быть на уровне верха распределительной трубы, не менее чем на 100 мм выше отверстий.

Нфильтра = 0,8 м.

Общая высота фильтра 3,770 м

 

 

Резервуар чистой воды

Суммарная емкость РЧВ слагается из регулирующей емкости W_р, неприкосновенного запаса воды W_нгв, рассчитанного на тушение пожаров в течение 3ч и запаса воды на промывку фильтров W_пром, т.е.

W_рчв=W_р+W_нпв+W_пром, м³                                                                    (7.1)

Регулирующая емкость РЧВ определяется по совмещенному графику или таблицам подачи воды водоочистными сооружениями и насосами II-го подъема. Режим подачи воды насосами II-го подъема зависит от режима водопотребления. Поэтому для определения емкости резервуаров составляется совмещенная таблица водопотребления.

Совмещенная таблица водопотребления

Таблица 1

Часы суток	В/потребление,%	Подача о.с.,%	Подача насосами II подъема,%	Приток в РЧВ	Расход из РЧВ	Наличие воды в реззе-ре,%
1	2	3	4	5	6	7
0-1	3,0	4,17	3,7	0,47		3,8
1-2	3,2	4,17	3,7	0,47		4,27
2-3	2,5	4,16	3,7	0,46		4,73
3-4	2,6	4,17	3,7	0,47		5,2
4-5	3,5	4,17	3,7	0,47		5,67
5-6	4,1	4,16	3,7	0,47		6,13
6-7	4,5	4,17	3,7	0,47		6,6
7-8	4,9	4,17	3,7	0,47		7,07
8-9	4,9	4,16	5,05		0,89	6,18
9-10	5,6	4,17	5,05		0,88	5,3
10-11	4,9	4,17	5,05		0,88	4,42
11-12	4,7	4,16	5,05		0,89	3,53
12-13	4,4	4,17	5,05		0,88	2,65
13-14	4,4	4,17	5,05		0,88	1,77
14-15	4,4	4,16	5,05		0,89	0,88
15-16	4,4	4,17	5,05		0,88	0,00
16-17	4,3	4,17	4,10	0,07		0,07
17-18	4,1	4,16	3,7	0,46		0,53
18-19	4,5	4,17	3,7	0,47		1,00
19-20	4,5	4,17	3,7	0,47		1,47
20-21	4,5	4,16	3,7	0,46		1,93
21-22	4,8	4,17	3,7	0,47		2,40
22-23	4,6	4,17	3,7	0,47		2,87
23-24	3,0	4,16	3,7	0,46		3,33
итого	100	100

 

      Из таб.1 гр.7. выбираем max значение (Аmax) и определяем регулирующую емкость резервуара

W_р= Аmax·Q_cут/100=7,07·3090/100=218,463 м³                                   (7.2)

Емкость для хранения неприкосновенного запаса

W_нпз=W_п+SQ_max-SQ,                                                 (7.3)

 где W_п- расход воды на тушение пожаров в течение 3-х часов

W_п=3,6·3·n/(q_п.н.+q_п.вн.)= 3,6·3·3(15+5)=648 м³                                       (7.4)

 

 где n- расчетное количество пожаров по табл. 5 [1], принимаю n=3;

q_п.н- расход воды на 1 наружний пожар, принимается по т.7.(1) 15л/с;

q_п.вн.- расход воды на тушение пожара внутри здания, принимается 5л/с.

SQ_max – суммарный расход в течение 3 часов наибольшего водопотребления

SQ_max=Q_сут(А_max·3/100) =3090(7,07·3/100)=655,39 м³                     (7.5)

SQ- объем воды подаваемое водоочистными сооружениями за 3 часа тушения пожара

SQ= 3·Q_сут/100=3·3090·/100=386,25 м³                                                     (7.6)

По форм. 7.3 рассчитаем W_нпз=648+655,39-386,25 =917,14 м³

Объем воды на промывку 2-х фильтров

W_пром=2(F₀wt)/1000                                                   (7.7)

Где F₀- площадь одного контактного осветлителя.

F₀=12,00 м²

w- интенсивность промывки 14л/с·м²

t- время промывки 6 мин.=360 секунд.

Тогда по форм.7.7: W_пром=2(12·14·360)/1000=120,96 м³

По форм. 7.1.:      W_РЧВ= W_рег+ W_нпз+ W_пром=218,463₊917,14₊120,96=1256,563 м³

Принимаю 2 стандартных резервуара объемом 1000 м³ 

Стандартные размеры РЧВ

Емкость, м3	1000
Ширина, м	12
Длина, м	18
Высота, м	4,8

 

Обеззараживание воды

Количество хлора, необходимое для предварительного хлорирования

 

Обеззараживание воды применяется для удаления из нее болезнетворных микроорганизмов и вирусов.

Одним из методов обеззараживания является хлорирование, доза для первичного хлорирования D хл-1=5 мг/л, для вторичного Dхл-2=5 мг/л. Хлор вводится в воду перед поступлением ее в очистные сооружения - предварительное хлорирование, и после выхода из них, перед ОЧВ – вторичное хлорирование.

Количество хлора, необходимого для предварительного хлорирования определяется по формуле:

Q_хл-1 =  , кг/сут,                                                 (8.1.1)

 

где Q – расчетная суточная производительность очистной станции, м³/сут.

Q_хл-1 = 3090 5/1000=15,45 кг/сут = 0,64 кг/час.

Количество хлора, необходимого для вторичного хлорирования определяется по формуле:

Q_хл-1 =  , кг/сут,                                                 (8.1.2)

Q_хл-1 = 3090 5/1000=15,45 кг/сут = 0,64 кг/час.

Общее количество хлора Qобщ = 30,9 кг/сут = 1,28 кг/час

По полученной величине Q_ХЛ – выбираются хлораторы, согласно [4] (при двойном хлорировании принимаем 2 группы хлораторов).

Хлораторы подбираем по (2) 2 рабочих и 1 резервный хлоратор марки ЛОНИИ-100, с производительностью по хлору 2-10 кг/ч, d_у=50мм, А=830мм, В=650мм, С=160мм. При расходе хлора менее 50 кг/сут на водоочистную станцию хлор поступает в баллонах.

Объем хлора с одного баллона составляет Sб = 0,5…0,7 кг/час. Требуемое число баллонов: nб =  = 30,9/0,5(24)= 2,56 шт, следовательно 3 баллона. Основной запас хранится на расходном складе.

 

Назначение трубопровода