Дипломная работа: Водоснабжение города и промышленных предприятий

где   Wрасх – емкость расходного бака;

Wраст – емкость растворного бака;

враст – концентрация раствора коагулянта в растворном баке, 20%;

врасх - концентрация раствора коагулянта в расходном баке,       10-12%;

Площадь расходного бака:

где   h - высота слоя раствора , 17-2 м;

Принимаем 2 расходных бака, каждый емкостью 6,8 м3. Высота слоя раствора 2 м, размер в плане 2 х 1,7 м2.

Количество растворных баков не менее трех и расходных баков не менее двух. Высотное расположение их должно обеспечить самотечный перелив растворов из растворных в расходные баки. Баки изготавливаются из монолитного или сборного железобетона. Растворные баки в нижней части проектируем с наклонными стенками под углом 150 к горизонтали для очищенного коагулянта. Для опорожнения баков и сброса осадка принимаем трубопровод диаметром не менее 150 мм

Внутренняя поверхность растворных и расходных баков должна быть защищена от коррозирующего действия раствора коагулянта при помощи кислотостойких материалов.

Днища расходных баков имеет уклон к сбросному водопроводу диаметр которого не менее 100 мм.

Забор раствора коагулянта из растворных и расходных баков предусматриваем с верхнего уровня.

Ввод раствора реагента производится в суженный участок напорного водовода, подающего воду на очистные сооружения.

В случае невозможности самотечного перепуска растворов реагентов предусматривается их перекачка кислотостойкими насосами марки 1,5х-6Д-1-41. Время  перекачки  принимаем 0,5 ч. Тогда производительность насоса равна: qнас = 3,4 / 0,5 = 6,8 м3/ч

5.4.2. Расчет производительности воздуходувок

Для интенсификации процессов растворения коагулянтов и перемешивание раствора в растворных и расходных баков предусматривается подача сжатого воздуха, подаваемого по воздухопроводам от воздуходувок.

Производительность воздуходувок определяется по формуле:

где  iрас – интенсивность подачи воздуха в растворном баке,                8-10 л/сек м2;

iрасх - интенсивность подачи воздуха в расходном баке,                  3-5 л/сек м2;

Fраст – площадь растворного бака, м2;

Fрасх – площадь расходного бака , м2;

Принимаем 2 воздуходувки марки ВК-3  -  одну рабочую и одну резервную.

По площади баков воздух распределяется при помощи дырчатых винипластовых труб, уложенных под решетками растворных и по дну расходных баков отверстиями вниз, на расстоянии 0,4-0,5 м друг от друга. Скорость выхода воздуха из отверстий принимается 20-30 м/сек при диаметре отверстий 3-4 мм.

5.4.3. Расчет отделения полиакриламида

Отделение ПАА состоит из склада и помещения, где располагаются установки для растворения и дозирования ПАА. ПАА поставляется в полиэтиленовых мешках емкостью 40 кг, упакованные в ящики.

Для приготавления  1% раствора ПАА принимаем установку УРП-2м производительностью 14 м3/сут. Принимаем одну рабочую и одну резервную установки.

Площадь склада для сухого хранения ПАА:

где  k – коэффициент, учитывающий расширение площади за счет проходов, k = 1,2;

P -  суточная потребность в реагенте, т/сут;

где   Д – доза реагента, 0,5 мг/л;

Qсут.пол – расчетная производительность станции , м3/сут;

в – процентное содержание чистого продукта в техническом реагенте для глинозема очищенного 8-10 %;

T – время хранения коагулянта , 30 суток;

h – высота слоя коагулянта, 1-1,5 м;

γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м3;

Размер склада в плане принимаем 2 x 4 м2 (при высоте слоя ПАА 1 м)

Проверим площадь склада ПАА на возможность доставки всей партии раегента автосамосвалами. Принимаем: грузоподъемность самосвала  G = 5т; число одновременно прибывших самосвалов N = 1; время, на которое необходимо иметь запас реагента на складе к моменту поступления новой партии, Т0 = 2-3 сут

Принимаемая площадь склада удовлетворяет требованиям приема большегрузного самосвала.

Емкость расходных баков:

где  qчас – часовая производительность станции, м3/ч;

n – время полного цикла приготавления раствора коагулянта 10-12 ч ;

вПАА  - концентрация раствора коагулянта, 1-0,5%;

  γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м3;

Принимаем 2 растворных бака ПАА размерами в плане 1 х 1 м2, высота 2,4 м, емкость по 2 м3. Расход раствора полиакриламида равен:

где  t – 8-10 часов;

Для дозирования принимаем насосы-дозаторы марки НД 160/10 производительность qнас = 0,16 м3/ч, напор 100м.

5.5. Расчет основного технологического оборудования

5.5.1. Расчет вихревого вертикального смесителя

Смесительные устройства предназначены для перемешивания обрабатываемой воды с реагентами. Смесительные устройства принимают не менее 2.

Вертикальные вихревые смесители применяют для станций обработки воды с крупнодисперсной взвесью, а также при использование подщелачивания реагентов. При расчете смесительных устройств время пребывания воды в смесителе принимается от 1-2 мин.

Вертикальный смеситель принимают в виде цилиндрического резервуара с конической нижней частью при угле наклона 30-450.

Принимаем 2 вертикальных смесителя с расходом воды в каждом из них.

Расход на 1смеситель:

qсм = qч.пол/n = 2093/2 = 1046,5 м3/час = 291 л/сек

Объем смесителя:

где: t – время пребывания воды в смесителе, 1-2 мин;

Площадь цилиндрической части смесителя:

где: v – скорость восходящего движения воды (90-100 м/час или 30-40 мм/сек)

Диаметр цилиндрической части смесителя:

Высота конической части смесителя:

где  d – диаметр входной конической части смесителя, определяется по qсм [л/сек] и скорости движения воды к смесителю, принимаемая от 1,2-1,5 м/сек по таб.Шевелева, d = 550 мм = 0,55 м;

α – угол наклона стенок в конической части смесителя, принимаем 30-45 0;

Объем конической части смесителя:

Объем цилиндрического смесителя:

Wцил = Wсм - Wкон = 35– 12 = 23 м3

Определяем высоту цилиндрической части смесителя:

Высоту верхней части смесителя в соответствии [6.п.6.45], принимается от 1-1,5 м, по расчету берем 1,5 м.

Определим полную высоту смесителя:

Hсм = hц + hкон + 0,5 = 2,1 + 3 +0,5 = 5,6 м

где  0,5 – превышение строительной высоты над уровнем воды в смесительном устройстве;

5.5.2. Расчет камеры хлопьеобразования встроенной в горизонтальный отстойник со слоем взвешенного осадка

Камеры хлопьеобразования предназначены для протекания физико-химических процессов, обусловливающих образование крупных хлопьев гидроокиси алюминия, на которых абсорбируются примеси находящиеся в воде. Камеры хлопьеобразования всегда устраиваются при использовании первой стадии осветления (осаждения) в отстойниках. Их следует устанавливать примыкающими или встроенными в отстойники. Для наиболее полного протекания процесса хлопьеобразования необходимо осуществлять перемешивание обрабатываемой воды за счет специальных перегородок, изменения направления движения воды, а также механическое перемешивание.

Расчет камеры хлопьеобразования осуществляется после расчета горизонтального отстойника.

5.5.3.. Расчет горизонтального отстойника

Отстойники применяют для предварительного осветления воды перед поступлением ее на скорые фильтры.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный, железобетонный резервуар. Дно отстойника должно иметь продольный уклон не менее 0,005 в направлении, обратном движению воды. Мутность воды – 400 мг/л.

Расчет горизонтального отстойника начинается с определения суммарной площади отстойника:

где   - коэффициент объемного использования отстойника; 1,3;

 q – расчетный расход воды, м3/час;

 u0 – скорость выпадения взвеси,задерживаемой отстойником для мутных вод принимается по [1,табл.18] -0,6мм/с.

Длина отстойника:

где  Hср – средняя высота зоны осаждения, 3-3,5;

 vср – средняя горизонтальная скорость движения воды, принимаем по СНиП в зависимости от мутности воды : 9-12 мм/сек;

Ширина отстойника:

Число отстойников:

где b–ширина одной секции отстойника, согластно [1,п.6.68] принимается равной 6м;

Полная высота отстойника:

Нотс = Носв+Нз.н+Ндоп= 3+0,89+0,5=4,4 м

где   Носв – зона осветления, 3-3,5;

  Нз.н – зона накопления;

Объем зоны накопления:

где   q – расчетный расход воды, м3/час;

С0 – содержание взвеси поступающих в отстойник с учетом введения реагентов;

С0 = М+k*Дк+0,25*Ц+В = 400+0,5*40+0,25*60+24 = 459

где  М – наибольшая мутность исходной воды;

k – коэффициент принимаемый для Al2(SO4)3=0,5;

Дк – доза коагулянта;

Ц – цветность исходной воды;

В – содержание взвеси при введении извести;

В = 0,6*Дщ = 0,6*40 = 24

Ндоп – превышение уровня воды в отстойнике при отключении одного из них на ремонт – 0,5 м;

Сбор осветленной воды из отстойников осуществляется системой горизонтально расположенных дырчатых труб или желобов. Трубы (желоба) размещаются на участке 2/3 длины отстойника вдоль оси коридора, считая от задней торцевой стенки. Расстояние между осями труб (желобов) не        более 3 м.

Для гидравлического удаления осадка из отстойников в течение 20-30 мин устраивается система из перфорированных труб или коробов, укладываемых по дну отстойников по продольной оси. Расстояние между осями труб не более 3 м.

Определим расход, приходящийся на трубу:

                     qтр= qотс / 2 = 349/2 = 174 м3/ч = 48 л/с

            по таб.Шевелева определим диаметр трубы:

                     v= 0,5-0,8 → d=250 мм

Система сбора осадка и отвода из отстойника.

Проектируются в виде дырчатых коробов, скорость движения       осадка 1 м/с.

Расход воды сбрасываемый вместе с осадком:

где   Kp – коэффициент разбавления осадка, 1,5;

Wз.н - объем зоны накопления;

n - количество коробов в отстойнике, 2;

N0 – количество отстойников;

5.5.4.Расчет камеры хлопьеобразования

Площадь камеры хлопьеобразования:

где  - скорость восходящего потока воды в камере, согластно [1,п.6.56] при осветлении мутных вод принимается равной 2 мм/сек;

Принимаем 6 камер (по числу горизонтальных отстойников [1,п.6.62]), тогда площадь одной камеры:

к2

При ширине камеры вк = 6м (равной ширине отстойника)длина камеры:

ккк

Высоту камеры к принимаем равной высоте отстойника с учетом потерь напора в камере:

                     котспот

где: hп – потери напора в камере хлопьеобразования, согластно[1,п.6.219] принимаются равными 0,4 м;

Время пребывания воды в камере хлопьеобразования определяем по формуле:

кк.х 60

что соответствует данным СниП 2.04.02-84(t ≥20 мин)

Расход воды приходящейся на каждую камеру:

Расход воды по каждой трубе:

трк

Распределение воды по площади камеры предусмотрено при помощи перфорированных труб с отверстиями, направленными горизонтально. В каждой камере размещают две – четыре перфорированной трубы на расстояниях не более 3 м; приняты две трубы.

Диаметр трубы определяем по расходу и скорости (таб.Шевелева):

                           v = 0.5-0.6 м/сек → d= 300 мм

Площадь отверстий диаметром 15-25 мм в стенках перфорированной распределительной трубы составляет 30-40 % площади ее поперечного сечения:

отв

Принимаем отверстия d = 25мм площадь

Число отверстий на каждой трубе:

отв

Отверстия располагаются в два ряда с шагом:

e0=Lk/nотв=8000/62=129 мм

Из камеры в горизонтальный отстойник воду отводят над затопленным водосливом. Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину:

где:  - скорость движения воды через водослив, 0,05 м/сек;

 - ширина камеры, 6м;

За стенкой водослива устанавливают подвесную перегородку, погруженную на 0,25-0,33 высоты отстойника, чтобы отклонить поток воды книзу. Скорость между стенкой водослива и перегородкой должна быть не более 0,03 м/сек.

5.5.5. Расчет скорых фильтров

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, принимают для осветления воды, т.е. для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Вода после выхода из отстойников должна содержать не более 8-12 мг/л взвешенных веществ. После фильтрования мутность воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 2 мг/л.

Помимо взвешенных веществ фильтры должны задержать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до требований ГОСТ, т.е. до 200.

Двухслойный безнапорный фильтр представляет собой резервуар, загруженный слоями антрацита (верхний слой) с крупностью                    зерен 0,8-1,8 мм и толщиной слоя 0,4 м и кварцевого песка (нижний слой с крупностью зерен 0,5-1,2 мм и толщиной слоя 0,7м), согластно [1,табл.21].

Суммарная площадь скорых фильтров:

где   Т – время работы станции в течение суток = 24 ч.;

vр.н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, согласно [1,табл.21], 0,7 м/час;

n – количество промывок каждого фильтра за сутки, 2;

w – интенсивность промывки, 14-16 л/(с*м2);

t1 – продолжительность промывки, 0,12 ч;

t2 – время простоя фильтра в связи с промывкой, 0,33 ч;

Число фильтров

Площадь одного фильтра:

                                      , размер в плане 5,5х 6 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

где  N1 – количество фильтров, находящихся в ремонте, N1=1;

Поддерживающий слой.

Поддерживающий слой из гравия имеет общую высоту 500мм и крупность зерен 2-40 мм [1,табл.22].

Потери напора в поддерживающих слоях при промывке фильтрующего слоя определяются по формуле:

hп.с.=0,022*Нп.с.*ω= 022*0,5*15=0,16 м

где, Нп.с.- высота поддерживающего слоя, м;

Расчет распределительной системы фильтра.

 В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки принята w = 15 л/(сек*м2), согластно [1,табл.23].Тогда количество промывной воды, необходимо для одного фильтра:

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды dкол = 700 мм, что при расходе 495 л/сек соответствует скорости vкол =1,13 м/сек ( в начале коллектора рекомендуется vкол = 1-1,2 м/с).

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое отверстие распределительной системы при расстоянии между ними m=0,27м                 (m = 0,25 – 0,35) и наружном диаметре коллектора Dкол=700 мм, составит:

а расход промывной воды, поступающей через одно отверстие,

Диаметр труб ответвлений принимаем dотв=80 мм (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа воды в отверстия будет v=1,7 м/с.

В нижней части ответвлений под углом 600 к вертикале предусматриваются отверстия диаметром 10-12 мм.

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы ∑f0 к площади фильтра F принимаем равным 0,25-0,30%

При площади одного фильтра F=33 м2 суммарная площадь отверстий составит:

При диаметре отверстий δ0=14 мм, площадь отверстий f0=1,54 см2. Следовательно, общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра:

Общее количество отверстий на каждом фильтре при расстоянии между осями отверстий 0,25 м составит:

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление 536/44=12шт  

При длине каждого отверстия lотв=(6-0,7)/2=2,65 м шаг оси отверстий на ответвлении бедет равен:

Высота фильтра:

                               Нф= hз + hпод.сл + hв + hдоп =1,1+0,5+2+0,5 = 4,1 м

где  hз – высота слоя загрузки, [1,табл.21];

hпод.сл – поддерживающий слой гравия, [1,табл.22];

hв – высота слоя воды под поверхностью загрузки, 2м;

hдоп – 0,5м;

5.5.6. Система для сбора и отвода промывной воды

Для сбора и отведения промывной воды устраиваются три желоба. Расстояние между осями желобов составляет 2 м [1,п.б.111]. Поперечное сечение желоба принимается: верхняя часть – прямоугольная, нижняя – треугольная.

Ширину желоба определяем по формуле:

где  Кж – коэффициент , принимаемый равным для пятиугольного  желоба-2,1 [1,п.б.111];

qж – расход воды по желобу, м3/сек;

аж – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, от 1 до 1,5;

Определим число желобов: n = 6 / 2.2 = 3 шт ,тогда расстояние между осями желобов составит: 6 / 3 = 2 м ( рекомендуется не более 2,2 м)

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

Высота прямоугольной части желоба:  hпр = 0,75*B = 0,75*0,65=0,49 м

Полезная высота желоба:                        h = 1.25*B = 1.25*0,65 = 0,81 м

Конструктивная высота желоба ( с учетом толщины стенки) :

                     hк = h + 0.08 = 0,81 + 0,08 = 0,89 м. Скорость движения воды в желобе  v = 0,61 м/сек.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н=1,5м и относительном расширении фильтрующей загрузки е = 30% по формуле:

Расход воды на промывку фильтра:

где Тр – продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная

                   Тр = Т0 – (t1+t2+t3) = 12-(0.1+0.33+0.17) = 11.4 ч

где  Т0 – продолжительность рабочего фильтроцикла, 8 –12 ч;

t3 – продолжительность сброса первого фильтрата в сток;

w – интенсивность промывки;

N – количество фильтров, 10 шт;

5.5.7. Расчет сборного канала

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток.

Поскольку фильтр имеет площадь f = 33м2 ‹ 40 м2, он устроен с боковым сборным каналом, непосредственно примыкающим к стенке фильтра. При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов.

Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

  где  qкан – расход воды в канале , 0,495 м3/сек;

bкан – минимальная допустимая ширина канала, согласно [1,П.6.112] принимается 0,7 м;

Скорость движения воды  в конце сборного канала при размерах поперечного сечения fкан = 0,7*0,7=0,49 м2, составит vкан = qкан / fкан = 0,495/0,49=0,8 м/сек, что примерно отвечает рекомендуемой минимальной скорости, v = 0.8 м/сек.

5.5.8.. Определение потерь напора  при промывке фильтра

Напор, под которым подается вода для промывки фильтра, должна быть не менее:

где   Нг – геометрическая высота подъема воды;

Нг = 4,5+0,7+1,1=6,3 м

где  1,5- высота загрузки;

0,7 – высота над поверхностью загрузки;

∑h – сумма потерь напора при промывки фильтра;

где  hр.с – потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19