Проектирование и расчет системы водоснабжения населенного пункта

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Обеспечение населения чистой и качественной водой имеет большое значение, т.к. предохраняет людей от различных эпидемических заболеваний, передаваемых через воду.

Производственные процессы на промышленных предприятиях также сопровождаются использованием больших количеств воды. При этом многие предприятия отдельных отраслей промышленности и энергетического хозяйства потребляют воду в количествах, превосходящих коммунальное водопотребление многих крупных городов. От количества и качества используемой воды зависит себестоимость и качество выпускаемой продукции. Таким образом, качественное водоснабжение имеет высокое практическое и экономическое значения.

Современные станции очистки воды представляют собой сложный комплекс различных взаимосвязанных инженерных сооружений. Выбор строительной площадки для подобного комплекса, а также размещение на ней отдельных сооружений должны осуществляться в соответствии с их специфическими особенностями и обеспечивать их успешную эксплуатацию и экономичность. Размеры выбранной площадки должны предусматривать не только удобное размещение всех основных и вспомогательных сооружений, помещений и коммуникаций, но и возможность их расширения при дальнейшем развитии станции.

1. Анализ исходных данных

Концентрация загрязнений по мутности и цветности составляет: максимальная мутность - 250 мг/л; минимальная мутность (в зимнее время) - …мг/л; цветность - 100 град. То есть воды можно отнести к цветным и мутным.

Жесткость: общая 2,0 мг-экв/л; карбонатная - 1,0 мг-экв/л. То есть величина жесткости не превышает допустимую величину.

Содержание коли-титра в воде составляет 10-2, это говорит о том, что вода опасна в санитарном отношении.

pH составляет 6,9; вкус - 3 балла; запах - 3 балла; окисляемость - 5,0 мг/л; содержание планктонов - 0,8 млн.шт./мл. Дополнительные данные - следы фенола.

Вывод: вода должна быть подвергнута обработке с целью ее осветления, обесцвечивания и обеззараживания.

Производительность станции 67819,53 м3/сут=2825,8 м3/ч. Полезный часовой расход 2686,84 м3/ч.

Расход воды на пожаротушение 252 м3/ч.

Отметка воды в резервуарах чистой воды 82,0 м.

Состав грунтов площадки: от 0,0 до 3,0 м - супесь; от 3,0 м и ниже - глина.

2. Выбор технологической схемы обработки воды

Выбор технологической схемы производим на основании производительности очистных сооружений, а также исходного состава обрабатываемой воды. Далее окончательно принимаем схему на основании литературных данных.

Вследствие присутствия в воде следов фенола, в ней может возникнуть стойкий хлорфенольный запах, т.е. вода будет непригодна к употреблению. Чтобы этого избежать, вода должна быть подвергнута предварительной аммонизации.

Принимаем двухступенчатую схему очистки в контактных префильтрах и в скорых фильтрах [Рисунок 1]:

Рисунок 1 - Схема двухступенчатой очистки воды: БС - барабанные сетки; ВК - входная камера; КО - контактные осветлители; СФ - скорые фильтры; РЧВ - резервуары чистой воды; НСII - насосная станция второго подъема

Барабанные сетки предназначены для удаления крупных плавающих и взвешенных примесей. Их устанавливаем до подачи в воду реагентов.

Во входной камере происходит смешение воды с реагентами, которые необходимы для удаления тонкодисперсных примесей.

Контактные осветлители предназначены для осветления и обесцвечивания воды. При водообработке на КО коагулянт вводят в воду непосредственно перед ее поступлением в загрузку аппаратов, процесс коагуляции происходит в ее толще. Дальнейшая агломерация примесей происходит не в свободном объеме воды, а на зернах загрузки КО; частицы адсорбируются на поверхности зерен, образуя отложения характерной для геля сетчатой структуры.

Скорые фильтры служат для окончательного осветления и обесцвечивания воды.

3. Определение доз реагентов, применяемых для обработки воды

Коагулирование воды.

Доза коагулянта по Al2(SO4)3 (в пересчете на безводный продукт) определяем для двух случаев.

1) Назначаем в зависимости от мутности воды в источнике водоснабжения. Дк=35…45 мг/л.

2) Определяем в зависимости от цветности воды в источнике водоснабжения по формуле:

,

где Ц - цветность воды.

Принимаем Дк=40 мг/л. Но так как в технологической схеме используются контактные осветлители, то дозу коагулянта уменьшаем на 15% от принятого значения:

За расчетную величину принимаем: Дк=34/0,335=101,5 мг/л.

Подщелачивание воды.

При гидролизе соли коагулянта образуются кислоты, вследствие чего величина pH воды уменьшается. Для восстановления величины pH водной среды используем суспензионный раствор извести Ca(OH)2.

Доза реагента определяется по формуле:

где Ек - эквивалентная масса принятого коагулянта, Ек(Al2(SO4)3 =57 мг/мг-экв; Кщ - эквивалентная масса подщелачивающего реагента, Кщ(CaO)=28 мг/мг-экв; Щ0 - минимальная щелочность воды, в первом приближении для естественных источников водоснабжения можно принять равной карбонатной жесткости, т.е Щ0=1,0мг-экв/л.

Так как Дщ>0, то подщелачивание требуется.

Флокулирование воды.

Флокуляция - процесс интенсификации коагуляции с целью быстрейшего удаления хлопьев коагулянта из воды. Флокулянты при растворении в воде образуют высокомолекулярные цепочки, к центрам которых прикрепляются хлопки коагулянта.

Для обработки воды используем полиакриламид (ПАА). Она составляет при вводе перед контактными префильтрами - 0,2..0,6 мг/л. Принимаем дозу флокулянта, равную 0,5 мг/л.

Обеззараживание воды.

Хлор используем для предварительного хлорирования и последующего обеззараживания.

Дозу хлорсодержащих реагентов при первичном хлорировании с целью улучшения процессов осветления и обесцвечивания воды принимают 3…10 мг/л, а для вторичного хлорирования (основная цель - обеззараживание воды).

В данном проекте принимаем дозу хлора при первичном хлорировании 5 мг/л, а при вторичном - 2 мг/л.

Аммонизация воды.

Вода должна быть подвергнута предварительной аммонизации, так как в очищаемой нами воде присутствуют следы фенола, что может привести к возникновению стойкого хлорфенольного запаха, вследствие чего вода станет не пригодна к употреблению.

Аммонизацию воды обычно проводят при первичном хлорировании для предотвращения образования вредных для здоровья людей побочных хлористых соединений, а также получения связанного активного хлора, сохраняющего длительное время бактерицидные свойства. Доза аммиака (в пересчете на NH3) принимается:

4. Расчет сооружений для приготовления растворов реагентов

Сооружения для приготовления раствора коагулянта.

Применяем схему мокрого хранения коагулянта. Этот способ основан на получении полуфабрикатов, нуждающихся в дальнейшей обработке и доведении до продукта, удобного для дозирования, в виде водных растворов или суспензий различной концентрации.

При этом необходимо предусмотреть аварийный запас реагента на 10…20 суток работы станции с хранением его на складе в сухом виде.

Рисунок 2 - Технологическая cхема приготовления раствора коагулянта: 1 - растворный бак; 2 - баки-хранилища; 3 - расходные баки; 4 - ц/б насосы для агрессивных сред; 5 - насос-дозатор; 6 - подача сжатого воздуха

Суточный расход реагента определим по формуле:



где Дк - доза коагулянта; Qо.с. - производительность очистной станции.

Поставка коагулянта осуществляется в разовом порядке в потребном количестве N вагонов, вместимостью 40…60 т, по железной дороге. При этом продолжительность использования коагулянта составит:

Продолжительность использования коагулянта для одного вагона вместимостью 60 т составит:

Коагулянт поступает на станцию очистки автотранспортом при продолжительности разгрузки вагонов не более 2-х суток.

Объем растворных баков определим по формуле:

,

где q - расчетный расход обрабатываемой воды; Дк - доза коагулянта; с - плотность раствора коагулянта, принимаем равной 1 т/м3; Т - продолжительность использования коагулянта; bр - концентрация раствора коагулянта в растворном баке.

Количество растворных баков должно быть не менее трех.

Высота слоя раствора 2,0…2,5 м (принимаем 2,0 м), размеры в плане назначаем конструктивно, при этом одну из сторон бака принимаем из условия обеспечения разгрузки коагулянта автотранспортом не менее 2,5…3 м.

Площадь бака будет равна:

Принимаем 4 растворных бака. Размеры растворного бака в плане 6Ч6 м.

Приготовленный 15…20% раствор коагулянта поступает в баки-хранилища. По конструктивным соображениям принимаем 5 баков-хранилищ (4 рабочих и 1 резервный) размером в плане - 6Ч9 м, полезной высотой 2,3 м.

Определим емкость расходных баков по формуле:

,

где Qчас - часовой расход воды: n - число часов растворения коагулянта, n= 12 ч; bр - концентрация раствора (неочищенный - до 17%); г1 - объемная масса раствора, примерно равная 1,057; Дк - доза коагулянта.

Принимаем два рабочих бака. Высота слоя раствора в баке равна 1…1,5 м (принимаем h=1 м). Площадь бака:



Размеры бака в плане 3Ч3 м.

Перемешивание раствора коагулянта во всех баках производится сжатым воздухом, при этом интенсивность его подачи для растворных баков равна 8…10 л/с·м2, а для расходных и баков-хранилищ - 3…5 л/с·м2.

Расчетный расход воздуха:

,

где Wвз - интенсивность подачи воздуха. Принимаем для растворных баков 8 л/с•м2 , для расходных баков и баков-хранилищ - 3 л/с•м2.

По расчетному расходу воздуха производим подбор воздуходувных устройств. Принимаем 3 рабочие и 2 резервные воздуходувки марки РМК - 4.

Для перекачки концентрированного раствора коагулянта из растворных баков в баки - хранилища и из них в расходные баки применяется одна группа насосов типа Х. Расход раствора коагулянта будет равен:

По данному расходу принимаем 1 рабочий и 1 резервный насос марки 2х-9Д.

Сооружения для приготовления раствора извести.

Комовая негашеная известь (СаО), 3-го сорта, поступает на водоочистную станцию автотранспортом в количестве 10 тонн (на 20 суток). Принимаем следующую технологическую схему приготовления 5%-ного.

Как правило, в случае использования комовой негашеной извести, следует принимать ее мокрое хранение в виде 35…40% раствора (теста) в яме первичного гашения в течение 15…30 дней. Для очистки известкового раствора от нерастворимых примесей используем гидроциклон. Количество расходных баков принимаем не менее 2 шт.

Суточная потребность в извести составит:

Емкость для первичного гашения извести принимаем равной из условий хранения ее запаса на половину расчетного периода запаса извести (10…15 дней):

Объем ямы первичного гашения:

где n - количество расходных баков.

Принимаем размеры ямы для первичного гашения извести 4,5Ч8,1Ч4,8 м.

Для окончательного гашения извести принимаем известегасилку С-382.

Гидроциклон подбираем в зависимости от его производительности, которая определяется по формуле:

водоснабжение очистной коагулянт

где b - концентрация раствора извести, b=5%.

Принимаем гидроциклон с диаметром 250 мм.

Емкость расходного бака определяем из условия хранения 5%-го раствора извести на 24 часа работы станции:

Принимаем 2 расходных бака, размеры которых составят 3Ч3,5Ч2,8 м.

Сооружения для приготовления раствора ПАА.

Реагент поступает на склад в виде 35%-го раствора от желтого до бурого цвета, в полиэтиленовых мешках по 30 кг.

Суточная потребность ПАА (в сухом виде) составит:

Время работы принимается Т=15…30 сут. В данном проекте принимаем Т=30 сут, тогда:



Мешки поступают на машинах и хранятся на складе. В помещении приготовления раствора ПАА хранится 3 суточный запас весового количества.

Количество чистого реагента в техническом продукте:

где bПАА - процентное содержание ПАА в поставленном растворе, bПАА=35%.

Вес одного мешка 30 кг, тогда количество мешков составит:

Для приготовления 1% раствора ПАА используют бак с мешалкой и насосом. Бак с мешалкой и насос представляют собой единое целое в виде установки марки УРП. Принимаем установку марки УРП - 2М.

Емкость расходного бака:

Принимаем 1 рабочий и 1 резервный расходный бак. Принимаем высоту бака 2 м, тогда размеры в плане 1,5Ч3 м.

Сооружения для первичной и вторичной обработки воды хлором

Расчетный часовой расход для первичного хлорирования воды при =5 мг/л составит:

Расчетный часовой расход для вторичного хлорирования воды при =2 мг/л составит:

Общий расход хлора:

Устанавливаем два вакуумных хлоратора (1 рабочий и 1 резервный) типа ЛОНИИ-100 с маркой ротаметра РС-5.

Определим суточный расход хлора:

Количество контейнеров принимаем:



где qуд - удельное количество съема хлор газа с одного дозатора, равное 1500 кг/сут.

Контейнеры поставляются с промежуточным баллоном для съема газа и его очистки.

Аммонизаторная.

Так как в воде присутствует фенол, то перед хлорированием в воду вводим аммиак, тогда в первую очередь хлор связывается с аммиаком в виде NH4Cl, NH2Cl, NHCl2, который не придает воде каких-либо привкусов и запахов, кроме того, имеет более длительный бактерицидный эффект.

Часовой расход аммиака:

Устанавливаем два вакуумных хлоратора (1 рабочий и 1 резервный) типа ЛОНИИ-100 с маркой ротаметра РС-5.

Количество контейнеров принимаем:

5. Подбор дозирующих устройств

Раствор коагулянта.



По данному расходу подбираем насос-дозатор типа НД-100/10 (1 рабочий и 1 резервный).

Раствор известкового молока

Для водоочистной станции производительностью 67819,53 м3/сут, по расходу известкового раствора 2,82 м3/ч подбираем насос-дозатор НД-1600/10 (2 рабочих 1 резервный).

Раствор ПАА.

Расход 1%-го раствора ПАА:

Подбираем насос-дозатор типа НД-400/16 (1 рабочий, 1 резервный).

6. Расчет сооружений при двухступенчатой схеме очистки

Подбор барабанных сеток.

Барабанные сетки, размещаемые на площадке очистных сооружений, до подачи в воду реагентов используются для грубого процеживания воды.

Подбираем барабанные сетки в зависимости от производительности. Принимаем барабанные сетки марки БС 3Ч4,5, основные размеры и технические характеристики которых следующие:

Производительность: 105 тыс. м3/сут.

Размеры барабана: диаметр 3050 мм, длина 4744 мм.

Размеры камеры: длина 5635 мм, ширина 4060 мм, расстояние от оси до дна 1700 мм.

Число фильтрующих элементов: 54.

Мощность электродвигателя: 2,8 кВт.

Масса: 3970 кг.

Принимаем 1 рабочую и 1 резервную барабанные сетки.

Расчет входной камеры.

Определим объем входной камеры по формуле:

где Qос - производительность очистной станции; t - продолжительность пребывания воды во входной камере, принимается исходя из последовательности ввода растворов реагентов (не менее 5 мин). Принимаем t=7 мин.

Принимаем 2 входные камеры глубиной h=6 м с размерами в плане 8Ч10 м, и, следовательно, площадью каждая:

Расчет контактных осветлителей.

Определим необходимую площадь контактных осветлителей:

где Q - полезная суточная производительность очистной станции, Q=64484,16 м3/сут; Tст - продолжительность работы станции в течение суток, ч; Vн - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, равная 5 м/ч; nпр - число промывок каждого осветлителя в сутки, принимаем nпр=0,5; w - интенсивность промывки осветлителей, принимаем равную 5 л/с•м2; t1 - продолжительность промывки, t1=8 мин=0,133 ч; t2 - время простоя осветлителя в связи с промывкой, принимаемое равным 0,33 ч; t3 - продолжительность сброса первого фильтрата, t3=12 мин=0,2 ч.

Принимаем 8 рабочих фильтров, площадью fКО=548,9/8=69 м2 каждый. Тогда размеры в плане 9,6Ч7,2 м.

Диаметры трубопроводов d, мм, обслуживающих КО-3, и скорости движения воды заносим в сводную таблицу 1:

Таблица 1 - Диаметры трубопроводов, обслуживающих КО-3

№ п/п	Назначение трубопроводов	D, мм	V, м/с
1	Общий трубопровод подачи исходной воды	800	0,99
2	Трубопровод подачи воды на один КО-3	250	1,0
3	Общий трубопровод фильтрата	800	0,99
4	Трубопровод фильтрата от одного КО-3	250	1,0
5	Трубопровод промывной воды	800	1,8
6	Отвод промывной воды	600	1,8
7	Трубопровод опорожнения	100	-
8	Воздушник на коллекторе	750	-

Подбор фильтрующей загрузки и поддерживающего слоя.

Высота загрузки составляет 3 м. Так как осуществляется водовоздушная промывка, то принимаем поддерживающий слой из гравия. Крупность зерен песка: 1 слой - 1,2…0,7 мм; 2 сло1 - 2…1,2 мм; 3 слой - 5…2 мм. Крупность зерен гравия: 1 слой - 10…5 мм; 2 сло1 - 20…10 мм; 3 слой - 40…20 мм.

Расчет скорых фильтров.

Определим необходимую площадь контактных осветлителей:

где Тст - продолжительность работы станции в течение суток; vн - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 7,5 м/ч; nпр - количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2; w - интенсивность промывки, равная 15 л/с•м2; t1 -продолжительность промывки, равная 0,1 ч; фпр - время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаемое 0,33 ч.

Принимаем 6 рабочих фильтров, площадью fСФ=392,6/6=66 м2 каждый. Тогда размеры в плане 9,6Ч6,9 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

,

где N1 - количество фильтров, находящихся в ремонте.

Следовательно, скорость фильтрования при форсированном режиме отвечает требованиям СНиП.

Подбор состава загрузки фильтра.

Высота фильтрующего слоя hф = 2300 мм. Загрузка фильтра: 1 слой - активный уголь (h=1м); 2 слой - песок с крупностью зерен 2…0,8 мм (h=0,8 м); 3 слой - гравий с крупностью зерен 2…5 мм (h=0,05м), 5…10 мм (h=0,1 м), 10…20 мм (h=0,1 м), 20…40 мм (h=0,25 м).

Обработка промывных вод.

На станциях подготовки воды с двухступенчатым фильтрованием применяют отстойники промывных вод. Промывные воды фильтров поступают в отстойник, где осветляются в течение определенного времени, после чего подаются в трубопровод подачи сырой воды на станцию. Осадок, накапливающийся в отстойнике промывных вод, направляется на дальнейшую обработку.

КО и СФ промываются в часы минимального водопотребления (например, с 2200 по 700ч.), при этом на каждое сооружение затрачивается около 1 часа.

Количество промывной воды определяем по формуле:

где w - интенсивность промывки, л/с•м2; fКО - площадь сооружения, м2; tпр - длительность промывки, мин; N - количество сооружений.

Общее количество промывной воды находим по формуле:

Средний расход промывной воды определяем по формуле:

где Тпр - общее время промывки сооружений в сутки, ч.

Промывная вода подается центробежным насосом, который устанавливается в машинном зале насосной станции второго подъема.

Qнас=qпр= 62л/с.

H=Hг+Уh+hизл=м

Принимаем насос Д (1 рабочий, 1 резервный).

Расчет отстойника промывных вод.

Определим объем отстойника из выражения:

где tотст - продолжительность отстаивания промывных вод, принимаем 4 ч.

Высота зоны осветления принимается Hзо.=1,5…2,0 м, принимаем. Hзо=2,0 м. Площадь отстойника определяем по формуле:

Размеры в плане принимаем из условия, что:

,

где B - ширина отстойника, м, L - длина отстойника, м.

Принимаем 2 отстойника B=6 м, L=38 м.

Объем осадочной части отстойника определяем по формуле:

Высота осадочной части отстойника:

Общий объем отстойника промывных вод определяем по формуле:

Подбор насосов.

Определим расход осветленной воды:

По данному расходу подбираем насосы для перекачки осветленной воды. Принимаем насосы типа Д200-36 (1 рабочий, 1 резервный) со следующими характеристиками: подача - 200 м3/ч; напор - 36 м; частота вращения рабочего колеса - 1450 об/мин; мощность насоса - 37 кВт; диаметр рабочего колеса - 350 мм.

Для перекачки осадка из горизонтального отстойника на сооружения по обезвоживанию, подбираем насос в зависимости от расхода осадка:

Принимаем насос типа ФГ 57,5/9,5. Его характеристики: подача - 57,5 м3/ч; напор - 9,5 м; Мощность насоса - 4 кВт.

Расчет иловых площадок.

Объем осадка, выпускаемого из горизонтального отстойника, определяем по формуле:

Принимаем 2 карты иловых площадок размерами 20Ч30 м.

Расчет резервуаров чистой воды.

Общий объем резервуаров чистой воды определим по формуле:

где Wр - регулируемый объем, м3; Wсн - объем на собственные нужды, м3; Wпож - объем на пожаротушение, Wпож=756 м3/сут.

где Кн - коэффициент часовой неравномерности насосной станции первого подъема, Кн=1,0; Кч - коэффициент часовой неравномерности расхода воды в населенном пункте, принимаем Кч=1,5; Qпол - полезный расход воды.

где б - коэффициент расхода воды на собственные нужды, б=0,04.



Получим общий объем резервуаров чистой воды:

Принимаем 2 резервуара чистой воды. Объем каждого из них составит:

Принимаем 2 резервуара чистой воды объемом 7000 м3 каждый. Глубина резервуара - 6 м, размеры в плане 41Ч41 м.

Расчет складских и вспомогательных помещений.

На территории очистных сооружений предусматривают складские сооружения навесного и ангарного типа без обогрева для хранения поступающих реагентов.

Площадь складируемого реагента определяется по формуле:

где Др - доза реагента, мг/л; T - продолжительность хранения реагента, равная 15…30 суток; б - коэффициент дополнительной площади, б=1,15; - объемная насыпная масса реагента или жидкого продукта, т/м3; P - содержание реагента в техническом продукте, %; hр - допустимая высота складируемого реагента, м. hр=1,5…2,5 м.

Площадь складируемого ПАА:

Для догрузки песка в фильтры предусматриваем открытую площадку размером 3х5 м, высота песка до 1,5 м.

Для хранения запаса хлора предусматриваем склад площадью 15 м2.

Площадь складируемой извести:

В качестве вспомогательных сооружений согласно пункту 6.201 /1/ предусматриваем гардероб, душ, санузел, комната для дежурного персонала, кабинет начальника станции и приводим их площади:

Гардеробная, душ и санитарно-технический узел - 40 м2;

Комната для дежурного персонала - 15 м2;

Кабинет начальника станции - 15 м2;

7. Построение высотной схемы

При проектировании комплекса очистных сооружений необходимо не только наметить их размещение на плане отведенной под строительство площадки, но и установить предполагаемые отметки расчетных уровней воды во всех сооружениях. Для этого до получения в результате гидравлических расчетов значений потерь напора в самих сооружениях, арматуре и коммуникациях используем осредненные значения этих потерь по данным проектирования и эксплуатации.

Рисунок 3 - Высотная схема

Заключение

В ходе разработки данного проекта была запроектирована система водоснабжения населенного пункта. Были разработаны и рассчитаны основные элементы системы: барабанные сетки, входная камера, контактный осветлитель КО-3, резервуары чистой воды, насосная станция II-го подъема.

Данная система водоснабжения ориентировалась на максимально эффективное использование водных ресурсов с наименьшими затратами.

Литература

1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжения наружные сети и сооружения.

2. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк. - 1987. - 479с.

3. Москвитин Б.А. и др. Оборудование водопроводных и канализационных сооружений: Учеб. для вузов/ Москвитин Б.А., Мирончик Г.М., Москвитин А.С. -М.: Стройиздат, 1984.

Размещено на Allbest.ru