Водопроводные очистные сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт инженерно-экологического строительства и механизации

Кафедра водоснабжения

Курсовой проект по дисциплине: «Водоснабжение»

Тема: «Водопроводные очистные сооружения»

Выполнил студент:

ИИЭСМ (ВиВ) курс ___ группа ___, _____ отделение

Руководитель проекта

К защите:

Проект защищен с оценкой

Председатель комиссии

Члены комиссии:

Москва 2016

Введение

Развитие цивилизации неразрывно связано с использованием воды, потребление которой происходит все в расширяющихся масштабах. Обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарно - гигиеническим нормам является одной из основных задач водоснабжения. Системы водоснабжения представляют собой комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортировку и подачу потребителям. Системы водоснабжения предназначены также для удовлетворения потребностей в воде промышленности и с/х.

В настоящее время потребители предъявляют к воде требования различные как в количественном, так и в качественном отношении. Рост водопотребления привел к дефициту воды во всем мире, поэтому в современных условиях требуется комплексный подход к решению задач водоснабжения, учитывающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование с учетом экологических аспектов и т.д.

Целью курсового проекта является разработка комплекса очистных сооружений для очистки, обезвреживания природной (речной) воды, а также подачи чистой воды потребителю.

Обработка воды с целью ее пригодности для питья, хозяйственно - бытовых и производственных целей представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под обработкой воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.

Курсовой проект разработан в соответствии с принятыми Строительными нормами и правилами (СНиП 2.04.02 - 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.), с использованием данных по типовым проектам сооружений.

1. Выбор технологической схемы

Кондиционирование воды с целью сделать ее пригодной для питья, хозяйственных и производственных нужд представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава, с целью удаления ряда нежелательных и вредных примесей, а также улучшения природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.

В соответствии со СНиП п.6.2: "метод обработки воды, состав и расчетные параметры водопроводных очистных сооружений, и расчетные дозы реагентов устанавливаем в зависимости от качества воды источника, назначения водопроводной очистной станции и ее производительности, на основании опыта эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях".

Предварительный выбор сооружений осветления и обесцвечивания воды производим по СНиП табл.15 по основным показателям:

мутность М - 1500 мг/л,

цветность Ц - 35град,

производительность станции - 9000 м³ /сут.

Для интенсивного и эффективного процесса обработки воды используют реагентные технологические схемы. К тому же, при обработки воды с применением реагентов водоочистные сооружения значительно меньше по объему, компактнее и дешевле в строительстве. По эффекту обработки необходима технологическая схема для полной или глубокой очистки воды, что соответствует требованиям питьевой воды.

В соответствии с выше изложенным, выбираем технологическую схему обработки воды с применением реагентов, в которой основным сооружениями являются: осветлитель со взвешенным осадком и скорый фильтр. Условия применения: исходная мутность до 1500 мг/л, исходная цветность до 120 град; мутность очищенной воды до 1,5 мг/л, цветность очищенной воды до 20 град ; производительность свыше 5000 м³/сут. Кроме того, предусматривается оборот промывной воды в целях ее экономии.

2. Определение производительности станции

Расчетная производительность водопроводных очистных сооружений состоит из полезного расхода, подаваемого потребителю, расхода воды на собственные нужды технологического процесса и расхода на пополнение противопожарного запаса.

Q_{расч сут}=Q_сут +Qсоб нужд, где

Где Q_сут - заданная производительность станции, Qсоб нужд-расход на собственные нужды 3-4% от Q_сут

Q_полн= 9000*1,04 = 9360 м³ / сут

Qчас= Q_{расч сут*} К_час /24=9360*1,27/24= 495,3 м³ / час. ,где

К_час =+=1,2*1,06=1,27

3. Реагентное хозяйство

3.1 Расчет дозы коагулянта

Для ускорения выпадения взвеси применяется коагулирование, осуществляемое путём добавки в обрабатываемую воду химических реагентов (коагулянтов), образующих хлопья, которые, оседая, увлекают за собой взвесь. Согласно СНиП п.6.202. запасы реагента на станции рассчитываются на 15 суток.

Коагулянт хранится в резервуарах мокрого хранения в растворных и расходных баках. В качестве коагулянта применим Al₂(SO₄)₃ - сернокислый алюминий. Его действие основано на гидролизе, заканчивающим образованием гидроокиса алюминия и свободной углекислоты. При обработке воды, имеющей большую мутность, выбор дозы коагулянта производится по табл.16 СНиП.

При мутности 1500 мг/л доза коагулянта Д^м_к=78 мг/л.

Выбор дозы коагулянта по цветности определяем по формуле:

Д_к =4* Ц = 4* 35 =23,7 мг/л

Принимаем большую дозу коагулянта 78 мг/л.

Расчет сооружения для мокрого хранения и приготовления коагулянта

3.2 Расчет растворных баков

Емкость бака находим по формуле:

Qк = Q_расч * n *100 * Д_к ,/1000*1000*P

где: Q_расч - расход воды, м³/сут;

Д_к - максимальная доза коагулянта в пересчёте на безводный продукт, г/м³;

P =33,5 - содержание безводного вещества в коагулянта, %;

n =15 - количество суток

Qк = 9360*15*100*78/1000*1000*33,5 =32,7 т.

Емкость бака растворителей:

Принимаем из расчета 2,5 м³ -1 т коагулянта W= Qк*2,5=32,7*2,5= 81,8 м³

Принимаем 4 баков, размерами высотой 1 м, длиной 4,5 м, шириной 5 м

Растворные баки:

W_p = Q_час * n * Д_к ,/10000*b_p*

где: Q_час - расход воды, м³/ч;

Д_к - максимальная доза коагулянта в пересчёте на безводный продукт, г/м³;

b_p = 10% - концентрация раствора коагулянта в растворном баке, %;

=1 т/м³ - объемный вес раствора коагулянта, т/м³;

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

W_p = 495,3 * 12 *78/10000*10*1 =3,51м³

Принимаем 2 растворных бака, объем одного бака 1,76 м³ c высотой 1 м, шириной 1,5 м, длиной 1,2 м

Расходные баки:

W = W_p * b_p/b

Где b_p b - концентрация раствора коагулянта в растворном и расходном баках

W = 3,51 * 10/4 =8,78 м³

Принимаем 2 расходных бака, объем одного бака 4,39 м³ c высотой 1 м, шириной 2 м, длиной 2,5 м.

Расчет сооружений для приготовления раствора ПАА и дозы флокулянта

Расчет осветления можно интенсифицировать с помощью флокулянтов. Используем полиакриламид (ПАА)- прозрачный, бесцветный, вязкий, текучий гель, содержит 7-9% полимера. Поставляется

в деревянных бочках 100-150 кг. Дозы ПАА подбирается согласно СНИПу доза ПАА составит 1,0мг/л. Флокулянт вводят после коагулянта время между дозированием -1-1,5 мин. Точка ввода после

смесителя. Пользуемся 1% ПАА. Для растворения ПАА используются мешалки УРП-2М , рабочая емкость бака 1,3 м³ при общей емкости 2 м³, бак имеет квадратную форму, скорость вращения вала 960 об/мин., две лопасти размером 60100 мм, монтируются под углом 10^о к вертикальной оси.

150 кг геля ПАА она растворяет за 25 - 40 мин., полный цикл приготовления, включая взвешивание загрузку, размешивание, перекачку в раствора в расходный бак- 2 ч.,

Определим продолжительность, на которое хватит раствора флокулянта при использовании одной бочки:

где q_м - производительность мешалки, равная 6 кг/ч

Д_ПАА - доза флокулянта

В соответствии со СНИПом п.6.31 количество мешалок и W расходных баков для раствора ПАА следует определять исходя из срока хранения 1% раствора не более 15 суток.

Обьем расходного бака определяем:

Wрасх=Qрасч*n *Дф/(10000*врасх*)

Врасх - 1% концентрация ПАА

=1 т/м³ - объемный вес ПАА

n=10*12=120т

Wрасх=495,3*120*1/(10000*1*1)=6,0 м³

Wчас= Wрасх/n=6,0/120=0,05 м³ / час=50 л/ час

Принимаем 2 мешалки и 2 расходных бака

Расчет дозы щелочи.

При недостаточности щелочности реакция образования гидроокиси из сернокислого алюминия протекать не может. В этом случае нужно искусственно подщелачивать воду гашеной известью Са(ОН)₂, едким натром NaOH или кальцинированной содой Nа₂СОз, добавляемыми в количестве:

Д_щ=К * (1/е * Д_к - Щ )+ 1,

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

е =57 мг - экв/л - эквивалентный вес коагулянта (безводного), мг-экв/л;

Д_к - максимальная доза безводного сернокислого алюминия, мг/л;

К = 28 мг/л - количество щелочи (извести), необходимое для подщелачивания воды на 1 мг - экв/л;

Щ= 5,2 мг - экв/л - минимальная щелочность природной воды.

Д_щ =28 * (78* 1/57 - 5,2+ 1)= - 19,04 мг/л, т.е. не требуется подщелачивание воды

Расчет хлораторных установок для дозирования жидкого хлора при первичном и вторичном хлорировании

В качестве первичной обработки для удаления органических веществ из воды, снижения интенсивности вкусов и запахов в качестве окислителей можно применить хлор. Дозу хлора принимаем в соответствии со СНиП - следовательно, доза хлора Д_хл¹ = 5 мг/л.

Расчетный часовой расход хлора для первичного хлорирования воды определяется по формуле:

Дозу активного хлора для вторичного хлорирования следует устанавливать на основании данных технологических изысканий. При их отсутствии для предварительных расчетов следует принимать для поверхностных вод после фильтрования Д_хл² = 1 мг/л (п. 6.146 СНиП ).

Расчетный часовой расход хлора для вторичного хлорирования воды определяется по формуле:

Общий расход хлора равен 2,4 кг/ч, или 57,6 кг/сут. Помещение разделено глухой стеной на две части (хлораторную и аппаратную) с самостоятельными запасными выходами наружу из каждой. В аппаратной устанавливаются три вакуумных хлоратора ЛОНИИ-100 производительностью до 10 кг/ч с газовым измерителем. Один хлоратор является рабочим, а один - резервный. Для вторичного хлорирования - один и 2 резервных. В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три промежуточных хлорных баллона. Они требуются в больших установках для задержания загрязнений перед поступлением хлорного газа в хлоратор из расходных хлорных баллонов.

Производительность рассматриваемой установки по хлору составляет Q_хл = 2,4 кг/ч. Это вызывает необходимость иметь большое количество расходных и хлорных баллонов, а именно:

шт

где S_бал = 0,5 ч 0,7 кг/ч -- съем хлора с одного баллона без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении 18⁰C.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлоратораторной устанавливаются стальные бочки-испарители диаметром D = 0,746 м и длиной l = 1,6 м. Такая бочка имеет емкость 500 л и до 625 кг хлора. Съем хлора с 1 м² боковой поверхности бочек составляет S_хл = 3 кг/ч. Боковая поверхность бочки при принятых выше размерах составит 3,65 м².

Таким образом, съем хлора с одной бочки будет

Для обеспечения подачи хлора в количестве 9,1 кг/ч достаточно иметь одну бочку-испаритель. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разрежение в бочках путем отсоса хлор в газообразном состоянии эжектором. Это мероприятие позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до

2,4: 5 = 1 шт.

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором 57,6 : 55 = 2 шт.

В помещении хлораторной должны находиться также резервные баллоны в количестве не менее 50% суточной потребности. Поэтому предусмотрена установка 3 расходных баллона .

При суточном расходе хлора более трех баллонов при хлораторной надо предусматривать хранение трехсуточного запаса хлора, но в нашем случае устройство подобного запаса не требуется.

Основной запас хлора хранится вне очистной станции, на так называемом расходном складе, рассчитанном на месячную потребность в хлоре. В данном случае это составит:

Доставка баллонов с расходного склада на очистную станцию производится по мере надобности автомашиной, электрокарами и другими видами транспорта.

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 насоса 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/сек, 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.

В нашем случае мы возьмем для расчетов вертикальный (вихревой) смеситель. Смеситель этого типа может быть квадратного или круглого в плане сечения, с пирамидальной или конической нижней частью.

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

F_в = q/V_в = 495,3/100 = 5 м²

где Vв = 100м/ч - скорость восходящего потока в верхней части.

Принимаем один смеситель площадью 5 м². Смеситель - квадратный в плане. Сторона квадратного смесителя

l_в = v5,0 ~ 2,2 м

Диаметр трубопровода, подающего воду в смеситель, принимаем по секундному расходу 137,6 л/сек и скорости движения воды 1 -1,2 м/с. Условный диаметр трубы - 400 мм. Наружный диаметр трубы - 426 мм, скорость - 1,05 м/с, 1000i = 3,71 м.

Высота пирамидальной части смесителя при б = 40°: h_н = 0,5*(2,2 - 0,426)*2,747 ~ 2,44 м.

Объем пирамидальной части смесителя

W_н = 1/3*2,2*(5 + 0,426² + v5*0,426²) = 6,84 м³.

Полный объем смесителя:

W_см = q*t/n*60 = 495,3*3/60*1 = 16,51 м³,

где t - время пребывания воды в смесителе (1,5 - 2 мин.);

n - количество смесителей.

Объем верхней части смесителя W_в = 16,51 - 6,84 = 9,67 м³.

Высота верхней части смесителя (принимаем в пределах 1-2,0 м):

h_в = 9,67/5 = 1,9 м.

Полная высота смесителя Н = 2,44 + 1,9 = 4,34 м.

Сбор воды осуществляется сборным желобом через затопленные отверстия. На выходе из желоба в лотке смесителя установлена сороудерживающая сетка с ячейками 4Х5.

Смеситель оборудован переливной трубой d=400 мм.

3.3 Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка

Расчет осветлителей со взвешенным осадком производят с учетом годовых колебаний качества воды в источнике водоснабжения.

Площади зоны осветления, м², определяют по формуле:

F_осв = К_р.в. *q/3,6* V_осв = 0,64*495,3/3,6*1,2 = 73,4 м²

где К_р.в - коэффициент распределения воды между зонами осветления и зоной накопления и уплотнения осадка, принимаемый по табл.19;

q - расчетный расход воды, м³/ч;

V_осв - скорость восходящего потока воды в зоне осветления, мм/с, принимаемая по табл.20.

Площадь зоны накопления и уплотнения осадка, м², определяют по формуле:

F_отд = (1- К_р.в)*q/3,6* V_осв = (1-0,64)*495,3/3,6*1,2 = 41,3 м²

Общую площадь осветлителя, состоящего из двух боковых коридоров и центрального осадкоуплотнителя, м², определяют по формуле:

F = F_осв + F_отд = 41,3 + 73,4 = 114,7 м²

Выбираем один осветлитель, т.к. площадь одного осветлителя в плане должна быть не более 100 - 150 м², принимаем 2 осветлителя. Площадь каждого из двух коридоров осветлителя f_кор = 73,4 : 2 : 2 = 18,35 м², а площадь осадкоуплотнителя f_о.у = 41,3 : 2 ~ 20 м²

Ширину коридора принимаем b_кор = 3 м, тогда длина коридора l_кор = 18,35 : 3 ~ 6м. Ширина осадкоуплотнителя выше окон для приема осадка b_о.у = 20 : 6 = 3,3 м. Следовательно, размеры одного осветлителя будут равны (2х3 + 3,3)х6 м, а площадь - 55,8 м².

Водораспределительную дырчатую трубу, размещенную в нижней части коридоров осветлителя, рассчитываем на небольшой расход воды и скорость входа воды в трубу должна быть в пределах 0,5 - 0,6 м/с.

Тогда

q_кол = 495,3/2*2 = 123,8 м³/ч = 34,4 л/с = 0,0344 м³/с.

Диаметр трубы при скорости V_кол = 0,5 м/с:

D_кол = v4* q_кол/р* V_кол = v4*0,0344/3,14*0,5 = 0,3 м (300 мм).

Скорость выхода воды из отверстия должна быть в пределах V₀ = 1,5 - 2,0 м/с. Принимаем V₀ = 1,8 м/с, тогда площадь отверстий распределительного коллектора f₀ = q_кол / V₀ = 0,0344/1,8 = 0,0191 м² или 191 см².

При диаметре отверстий 15 мм площадь одного отверстия составит 1,76 см², а количество отверстий n₀ = 191/1,76 = 110 шт.

Отверстия размещаем в два ряда по обеим сторонам коллектора в шахматном порядке; они направлены вниз под углом 45 град к горизонту.

Отношение суммы площадей всех отверстий в распределительном коллекторе к площади его поперечного сечения

б = (n₀*рd_о²/4)/ рd_кол²/4 = n₀* d_о²/ d_кол² = 110*(3,24/900) = 0,39,

т.е. находится в допустимых пределах (0,3 - 0,4).

Расстояние между осями отверстий в каждом ряду:

l₀ = 2* l_кор/ n₀ = 2*6,0/110 ~ 0,11 м,

(согласно СНиП значение l₀ должно быть не более 0,5 м).

Водосборные желоба с затопленными отверстиями

Желоба размещены в зоне осветления, в верхней части осветлителя, вдоль боковых стенок каждого из двух коридоров.

Расход воды на каждый желоб:

q_ж = (К_р.в*(Q_ч/4))/2х2 = (0,64*(495,3/4))/4 = 19,8 м³ /ч ~ 0,0055 м³ /с.

Ширина желоба прямоугольного сечения:

b_ж = 0,9*q_ж^0,4 = 0,9*0,0198^0,4 = 0,11 см.

Затопленные отверстия размещают в один ряд по внутренней стенке желоба на 7 см ниже верхней кромки.

Тогда глубина желоба в начале h_нач = 7 + 1,5*0,11/2 = 15 см и в конце h_кон = 7 + 2,5*0,11/2 = 21 см.

Площадь отверстий в стенке желоба, м²,

У f_отв = q_ж /мv2*g*h = 0,0055/0,65*v2*9,81*0,05 = 0,0385 м² = 385 см².

При диаметре отверстия 20 мм и его площади f = 3,14 см² количество отверстий n = У f_о/f_о = 385/3,14 = 120 шт.

Шаг отверстий l₀ = 1/n = 6/120 ~ 0,05 м = 5 см.

Высота осветлителя

Высоту осветлителя, считая от центра водораспределительного коллектора до верхней кромки водосборных желобов, определяем по формуле:

Н_осв = (3 - 2*0,11)/2tg(30/2) = 5,1 м;

h_пир = (3 - 0,39)/2* tg(70/2) = 1,9 м.

Высоту защитной зоны над слоем взвешенного осадка принимаем h_защ = 2,0 м. Тогда высота зоны взвешенного осадка выше перехода наклонных стенок осветлителя в вертикальные:

У f_отв = Н_осв - h_защ - h_пир = 5,1 - 2 - 1,9 = 1,2 м.

Такая высота недостаточна, нужно не менее 1,5 м. Поэтому принимаем Н_осв = 5,5 м, а угол 28° и пересчитываем h_верт = 5,5 - 2 - 1,9 = 1,6 м.

Осадкоприемные окна

Площадь окон определяем по расходу воды, которая с двух сторон поступает в осадкоуплотнитель вместе с избыточным осадком:

q_ок = (1-0,64)*495,3/2*2 = 44,6 м³ /ч.

f_ок = q_ок / V_ок = 44,6/45 = 0,99 м²

где V_ок - скорость движения воды с осадком в окнах, равная 36-54 м/ч.

Принимаем высоту окон 200 мм. Тогда общая длина из с каждой стороны осадкоуплотнителя

l_ок = 0,99/0,2 = 4,95 м.

Устраиваем с каждой стороны осадкоуплотнителя по горизонтали 5 окон для приема избыточного осадка каждое размером 0,2х1,0 м.

Принимаем д_ср = 100000 г/м³ при Т = 12 ч. Тогда процент сбрасываемой через сборные трубы воды Р_ос = Кр *(C_cp - m)/ д = 1,5*(1300-8)/100000*100% = 1,94% где Кр - коэффициент разбавления осадка при его удалении, равный 1,5;

m - количество взвеси в воде на выходе из осветлителя, мг/л; принимаемое 8-12;

T - продолжительность работы осветлителя между чистками, ч.

д - средняя концентрация уплотненного осадка, г/м³

C_cp - средняя концентрация взвеси в осветляемой воде с учетом взвеси, образующейся при введении реагентов, мг/л;

C_cp = М + k*Дк + 0,25*Ц + В = 1200 + 0,55*0,78 + 0,25*35 +47,4 = 1300 мг/л

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

k - переводный коэффициент k = 0,55

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

Ц - цветность исходной воды, град;

В - кол-во нерастворимых в воде взвешенных веществ, вносимых вместе с известью, мг/л;

В = 0,6* Д_и = 0,6*79 = 47,4 мг/л,

Д_и = 28*(0,0175*78 - 5,2 +1) = 79мг/л

Расход воды при продувке (при сбросе осадка):

q_ос = 495,3*1,94/100 = 9,6 м³ /ч.

При длине осадкоуплотнителя 6 м и 5 окнах шаг оси окон по горизонтали составит: 6/5 = 1,2 м. Расстояние между двумя соседними окнами при ширине окна 1,0 м будет: 1,2 - 1,0 = 0,2 м.

Дырчатые трубы для отвода и сбора воды

Дырчатые трубы для отвода и сбора осветленной воды из зоны отделения осадка в вертикальном осадкоуплотнителе размещают так, чтобы их верхняя образующая была ниже уровня воды в осветлителе не менее 0,3 м и выше верха осадкоприемных - не менее 1,5 м. Зная процент воды, сбрасываемой через сборные трубы, расход воды через каждую дырчатую трубу определяем по формуле:

q_сб = ((1 - 0,64)*247,7 - 19,65)/2 = 34,8 м³ /ч = 9,7 л/с = 0,0097 м³ /с.

Скорость движения воды в устье сбороной трубы должна быть не более 0,5 м/с. Принимаем d_сб = 150 мм, тогда V_сб = 0,30 м/с. Диаметр отверстий 15 - 20 мм. Площадь отверстий при скорости входа в них 1,5 м/с должна быть У f_о = q_сб/ V_о = 0,00647 м² = 64,7 см²

При отверстиях d = 15 мм площадь каждого f_о = 1,76 см² . Потребное количество отверстий n₀ = 64,7/1,76 = 37. Принимаем 37 отверстий с шагом 6/37 = 0,16 м.

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе

Объем осадкоуплотнителя:

W = l_кор*( b_о.у* h_верт+ (h_пир*0,5* b_о.у) = 6*(3,3*1,6 + 1,9*0,5*3,3) = 50,52 м³

Фактически продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе:

Т = W/ q_ос = 50,52/9,6 = 5,3 ч.

Дырчатые трубы для удаления осадка из осадкоуплотнителя

Эти трубы размещают по продольной оси дна в вместе, где сходятся наклонные стенки осадкоуплотнителя.

Диаметр рассчитываем из условия отведения накопившегося осадка в втечение не более 15 - 20 мин (0,25 - 0,33 ч) при скорости в конце трубы не менее 1 м/с и скорости в отверстиях труб не менее 3 м/с.

При объеме осадкоуплотнителя W = 50,52 м³ и времени его опрожнения 0,25 ч через каждую осадкосборную трубу протекает расход:

q_опор = W/ t = 50,52/0,25 = 202,1 м³ /ч или q_опор = 56,1 л/с = 0,056 м³ /с

При скорости V_тр = 1,02 м/с диаметр трубы должен быть 200 мм.

При скорости V_отв = 3,0 м/с площадь отверстий:

У f_о = q_опор/ V_отв = 0,056/3 = 0,0187 м² = 187 см²

Принимаем отверстия диаметром 20 мм и площадью f_о = 3,14 см². Потребное количество отверстий

n = У f_о/f_о = 187/3,14 = 60. Шаг оси отверстий 6/60 = 0,1 м.

3.4 Расчет скорых фильтров

Фильтры приняты скорые однослойные с песчаной загрузкой. Определяем суммарную площадь фильтров при скорости фильтрования 6 м/ч и двух промывках в сутки.

Расчетную площадь фильтров, м², определяем по формуле:

F = Q_o.c/T*V_р.н - 3,6*n*w_n*t₁ - n*t₂* V_р.н = 9360/24*6 - 3,6*2*12,5*0,1 - 2*0,33*6 = 158,6 м²

N = 1/2*vF = 1/2*v158,6 = 6,3 шт.

Принимаем 7 фильтров с площадью 158,6 : 7 = 22,7 м² .

Принимаем фильтр 4,0 х 6,0 площадью 24 м² , скорость фильтрования V_р.н = 1000/24*7 = 5,9 м/ч;

V_р.ф = 5,9* 7/(7-1) = 6,9 м/ч, что отвечает требованиям табл. 21.

Состав загрузки фильтра

Высоту фильтрующего слоя песка принимаем 800 мм с крупностью частиц 0,5 -1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен 0,7 - 0,8 мм, а коэффициент неоднородности k_н = 1,8 - 2,0.

Поддерживающие слои гравия имеют общую высоту 500 мм.

Расчет распределения системы фильтра

Расход промывной воды, необходимой для промывки одного фильтра

q_пр = F/ w_n = 24*12,5 = 300 л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы определяем по скорости входа промывной воды d_кол = 600 мм (V = 1,13 м/с, f_кол = 2826 см².

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстояниях между ними m = 0,3 м и наружном диаметре коллектора 640 мм, f_отвл = (6,0 - 0,64)/2*0,3 = 0,8 м².

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление, q_отвл = f_отвл* w = 0,8*12,5 = 10,0 л/с.

Диаметр труб ответвлений d_отвл = 100 (ГОСТ 3262_75*), тогда скорость выхода воды в ответвление будет 1,18 м/с (что не превышает рекомендуемую скорость 1,8 м/с).

В нижней части ответвлений под углом 45 град к вертикали предусматриваем отверстия d = 10 - 12 мм. Отношение площади У f_о всех отверстий в ответвлениях распределительной системы к площади фильтра принимаем 25%. речной смеситель фильтр

При площади одного фильтра 24 м² суммарная площадь отверстий f_отт = 0,25*24/100 = 0,06 м² или 600 см².

При диаметре отверстий d = 15 мм площадь отверстий f_отв = 1,77 см². Общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра Уf_отт/f_о = 600/1,77 = 339 шт.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстоянии между осями ответвлений 0,3 м,

n_общ = 4,5/0,30*2 = 30.

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление, n_отв = 339/30 = 12 шт.

При длине каждого ответвления l_отв = (6,0 - 0,64)/2 = 2,7 м, шаг оси отверстий ответвлений l_о = l_отв /12 = 2,7/12 = 0,23 м.

Отверстия располагаем снизу трубы в два ряда в шахматном порядке под углом 45 град к вертикальной оси.

Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке.

Сбор воды при промывке фильтров осуществляем с помощью желобов, которые заканчиваются в кармане. Желоба располагаем над загрузкой. Принимаем два желоба, расстояние между ними не более 2,2 м, тогда расстояние между осями желобов составит (4,5 - 1,5)/2 = 1,5 м, а расстояние стенками и желобами равно 0,75 м.

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб q_к = 300/2 = 150 л/с = 0,15 м³/с.

Принимаем б = 1,5 - отношение высоты желоба к половине его ширины; k = 2,1 (коэффициент для желобов с полукруглым лотком). Ширину желоба определяем по формуле:

B = k* ^1/5vq²_ж/(1,57 + б)³ = 2,1*^1/5v0,0225/28,9 = 0,42 м.

Высота прямоугольной части желоба h = 1,25*В = 1,25*0,42 = 0,53 м, а с учетом толщины стенки

h_к = h + 0,08 = 0,53 + 0,08 = 0,61 м.

Скорость движения воды в желобе V = q/w =

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н_ф = 0,8 м и е = 45%:

ДН_ж = 0,8*45/100 + 0,3 = 0,66 м.

Процент воды, идущей на промывку фильтров (от общей суточной производительности) определяем по формуле:

Р = (3,6* q_пр* t₁*N*n/Q_о.с)*100 = (3,6*300*0,1*7*2/9360)*100 = 16,2%,

где N - количество фильтров на станции;

n - количество промывок каждого фильтра в сутки.

Сборный канал отводит загрязненную воду из желобов на сооружения обработки промывной воды. Расстояние от дна желоба до дна сборного канала, м, определяем по формуле:

Н_кан = (1,73* ^1/3vq_кан² /g*А² )+ 0,2 = (1,73* ^1/3v0,3²/9,81*0,7²) + 0,2 = 0,67 м.

где А - минимально допустимая ширина канала 0,7 м.

Скорость движения воды в канале при площади поперечного сечения f_кан = 0,7*0,7 = 0,49 м² составит V_кан = q_кан/ f_кан = 0,3/0,49 = 0,61 м/с.

Потери напора при промывке фильтра:

а) потери в отверстиях труб распределительной системы определяем по формуле:

w_уд = 600/2826 = 0,21; ж = 2,2/0,21² + 1 = 51;

h = 3,77 м.

б) потери в фильтрующем слое высотой Нф = 800 мм определяем по формуле А.И. Егорова

h_ф = (а + b*w)* Нф;

а = 0,76; b = 0,017 - для крупности песка 0,5 -1,2 мм;

h_ф = (0,76 + 0,017*12,5)*0,8 = 0,78 м;

в) потери в гравийных слоях высотой Н_г.с = 0,5 м определяем по формуле В.Т. Турчиновича:

h_г.с. = 0,022* Н_г.с* w = 0,022*0,5*12,5 = 0,14 м;

г) потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы при q = 300 л/с, d = 60 мм и V = 1,19 м/с, 1000i = 4,48 м, при общей длине трубопровода 100 м.

h_п.т. = i *L = 0,00498*100 = 0,45 м.

д) потери на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре (0,984 - для колена; 0,26 - для задвижки; 0,5 - для входа во всасывающую трубу; 0,92 - для тройника):

h_м.с. = (2*0,984 + 0,26 + 0,5 + 0,92)*1,19²/2*9,81 = 0,26 м.

Полные потери напора при промывке фильтра: 3,77 + 0,78 + 0,14 + 0,45 + 0,26 = 5,4 м.

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

h_г = 0,7 + 1,2 + 4,5 = 6,5 м.

где 0,7 - высота кромки желоба над поверхностью фильтра;

1,3 - высота загрузки фильтра;

4,5 - глубина воды в РЧВ.

Промывку фильтров осуществляем от водонапорной башни, расположенной выше уровня воды в фильтрах и имейщей бак вместительностью 250 м³. Емкость бака башни промывной воды, рассчитанная на две промывки, определяем по формуле:

V_пр = 2*(F*w_n*t₁)/1000 = 2*(24*12,5*360)/1000 = 216 м³.

Напор насоса подающего воду в водонапорную башню Н = 6,5 + 5,4 + 1,5 = 13,4 м,

Напор насоса определяем без учета высоты бака башни промывной воды.

Резервуар чистой воды

Емкость резервуара чистой воды составит:

где W_р - регулирующий объем воды, определяемый в соответствии со СНиП 2.04.02 - 84 по формуле:

где К_н - отношение максимальной подачи воды в регулирующую емкость при станции водоподготовки к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления, равный 1,0

К_ч - коэффициент часовой неравномерности отбора воды из регулирующей емкости, определяемый как отношение максимального часового отбора к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления, равный 1,45

Q_сут.max - расход воды в сутки максимального водопотребления

W_п - противопожарный запас воды, равен 216 м³

W_ф - запас на собственные нужды очистной станции, принимается на 0,03 от Qcут W_ф = 0,03 * Qcут = 0,03 * = 270

Принимаем глубину воды в РЧВ h = 4,5 м, тогда площадь РЧВ в плане составит:

следовательно, принимаем 2 РЧВ, в плане 10х20м, объемом 1100м³, площадью 1357 м²

Песковое хозяйство

Кварцевый песок, используемый в качестве загрузки фильтра, должен быть очищен от примесей и иметь определенный гранулометрический состав. В установках пескового хозяйства предусматривают подготовку карьерного песка как для первоначальной загрузки фильтров, так и для ежегодной его догрузки в размере 10% общего объема песчаного фильтрующего материала. Кроме того, необходима периодическая отмывка загрязненной загрузки.

Объем песка, загруженного в скорые фильтры, перед пуском станции с 7фильтрами площадью F = 24м² каждый и высотой фильтрующего слоя h = 0,8м составит:

Годовая потребность в дополнительном количестве песка (10 % - ная догрузка):

Принимаем, что в карьерном песке содержится 55% песка, пригодного для загрузки фильтра. Тогда потребность в карьерном песке перед пуском станции:

Годовая потребность в карьерном сырье для его догрузки в фильтры:

Песковая площадка принята асфальтированная с размером в плане 30 60 м (т.е. 1800 м²), в том числе размер отделения для складирования карьерного сырья 20 20 м. Объем складированного сырья при высоте слоя 0,5 м составит

W_с = 20 * 20 * 0,5 = 200 м³

Чисто отсортированный песок с крупностью зерен 0,5 - 1,2 мм хранится в железобетонной емкости размером 3 3 м (в осях) и высотой 3 м, размещенной в помещении реагентного хозяйства. Объем этого песка: W_с = 2,8 • 2,8 • 3 ? 23,5 м³.

Сортировка и отмывка песка производится в классификаторе ТКП - 4 конструкции АКХ РСФСР, производительностью 5 м³/ч исходного сырья. Продолжительность работы классификатора перед пуском станции:

а для догрузки фильтров:

Принимаем 1 классификатор ТПК-4.

Объем расходуемой воды перед пуском станции:

- классификатором q_к = Q_час * t_к = 375 * 49 = 18 375 м³

- бункером-питателем q_б = Q_час * t_к = 37,5 * 4,9 = 183,7 м³

Суммарный расход воды Q = 18558,7 м³

Объем воды, расходуемой при догрузке песка:

- классификатором q_к = Q_час • t_к = 375 • 4,9 = 1837,5 м³

- бункером-питателем q_б = Q_час • t_к = 37,5 • 4,9 = 183,7 м³

Общий расход исходной воды Q = 2020,7 м³

На песковой площадке также предусматриваем отделение для выгрузки отработавшего песка размером 10 15 м, оборудованное дренажной системой.

Объем выгружаемого песка при высоте слоя 0,5 м будет:

W_в = 10 * 15 * 0,5 = 75 м³

3.5 Расчет водонапорной башни для промывки скорых фильтров

Для обеспечения требуемого напора промывной воды фильтров на территории станции необходимо наличие водонапорной башни.

Объем бака башни рассчитывается на две промывки скорых фильтров:

где Q_пр - расход воды на одну промывку

t - продолжительность промывки

Принимаем к расчету цилиндрический бак с высотой Н = d / 2. Исходя из этого, определяем диаметр бака башни.

Объем бака находится по формуле:

Принимаем диаметр бака башни равным 9,75 м, тогда уровень воды в башне составит:

где F_б. - площадь дна бака башни.

3.6 Расчет сооружения для повторного использования промывной воды

Последовательность повторного использования промывной воды:

- сбор промывной воды

- выделение частиц песка в песколовке

- равномерное подмешивание промывной воды к потоку исходной воды.

Расход воды на одну промывку фильтра составит:

q = F * щ * 60 * t = 24 • 12,5 • 60 • 6 = 108000 л = 108 м³ ,где

где F - площадь одного фильтра

щ - интенсивность промывки

t - продолжительность промывки

Следовательно, сооружение для повторного использования промывной воды должно состоять из двух отделений емкостью:

W = q * k = 108 * 1,2 = 130 м³

где k - коэффициент запаса

Принимаем отделение следующих размеров:

- ширина 5 м

- длина 9 м

- глубина проточной части 5 м

- рабочий объем отделения 150 м³

Из рабочего объема каждого отделения сооружения для повторного использования промывной воды выделяем две секции, работающие в режиме улавливания песка. Размер каждой секции в плане в осях 3 х 2,5 м.

В сутки производят две промывки, число скорых фильтров N = 7, следовательно, общее число промывок фильтров за сутки n = 14.

Время между промывками фильтров составит:

Параметры насосов, перекачивающих промывную воду в голову сооружений, подбираются следующим образом:

- объем воды Q = 108 * 0,8 = 86,4 м³

- продолжительность перекачки, t_п = 0,5 часа

Исходя из этого, определяем производительность насоса перекачки:

Cгустители

Сгустители с медленным механическим перемешиванием применяются для ускорения уплотнения осадка из осветлителей, реагентного хозяйства и осадка из отстойников промывных вод. В рассматриваемом случае осадок из отсойников самотеком выпускается в резервуары приема сырого осадка, откуда насосами перекачивается в сгустители. Расчет сгустителя ведется по прил.9 СНиП 2.04.02-84. Продолжительность цикла сгущения осадка состоит из следующих операций:

- наполнение сгустителя 20 мин;

- сгущение 6 часов;

- последовательная перекачка осветленной воды и сгущенного осадка 40 мин.

Итого, продолжительность цикла составляет - Т_и = 7 ч.

Наибольшую скорость движения вращения фермы принимаем 0,03 м/с. Средняя влажность осадка после сгущения 90%.

Объем сгустителей определяем по формуле:

W_сг = 1,3 * К_р.о. * W_ос.ч. = 1,3 • 1,5 • 87,2 ? 1358 м³

где К_р.о. - коэффициент разбавления осадка при выпуске его из сооружений подготовки воды, равный 1,5 при гидравлическом удалении осадка.

Принимаем 4 сгустителя со средней рабочей глубиной Н = 4 м, тогда диаметр их будет равен:

где N_сг - количество сгустителей.

Подача осадка к сгустителям будет осуществляться самотеком. Где осадок сгущается. После сгущения осадок для обезвоживания подается насосом на вакуум-фильтры, после обезвоживания

осадок автотранспортом перевозится на площадки обезвожиного осадка для хранения.

Зоны санитарной охраны

Зоны санитарной охраны обеспечивают соответствующее требованиям ГОСТ качество питьевой воды и предотвращают возможность загрязнения и заражения воды как в источнике, так и в самих водопроводных сооружениях. Они разделяются на пояса: в первом поясе, т.е. в местах расположения водопроводных и технологических сооружений, резервуаров чистой воды, насосных станций и других, должно быть постоянное ограждение территории на расстоянии не менее 30 м от основных сооружений; вдоль ограждений создается зеленая полоса насаждений. В границах этой зоны строгого режима разрешается пребывание только людей, работающих на объекте или имеющих специальные пропуска и разрешения.

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

В проекте первого пояса зоны санитарной охраны должно быть учтено следующее:

- в границах зоны запрещается строительство, несвязанное с нуждами водоснабжения, а также жилых, общественных и административных зданий;

- располагать основные объекты на территории необходимо на с учетом особенностей рельефа местности, направления потока грунтовых вод и фильтрационной способности грунтов.

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

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

Мероприятия по охране окружающей среды

Водопроводная станция представляет собой комплекс специфических сооружений, где исходным сырьем и конечным продуктом является вода.

Загрязнение окружающей среды может возникнуть только за счет сброса в водоем сточных вод и осадка, состоящего из выделенных из исходной воды загрязнений и реагентов.

Поэтому при проектировании данных водопроводных очистных сооружении применяем сооружения по обработке осадка.Cначала осадок из горизонтальных отсойников поступает в резервуар для приема осадка, откуда осадок при помощи насосов перекачивается в установку медленного перемещивания осадка, после чего он поступает в сгустители из них сгущенный осадок направлятся на обезвоживание на вакуум-фильтры, откуда осадок транспортируется на площадки для дальнейшего хранения и утилизации. Так же в данном проекте используем повторно промывную воду. Песок улавливается в песколовках и транспортируется на песковые площадки.

Размещено на Allbest.ru