Водоснабжение населенного пункта осуществляется из подземного источника. Воды подземных источников, особенно глубоко залегающие артезианские воды, характеризуются большой прозрачностью, отсутствием цветности, значительным содержанием различных минеральных солей, наличием железа. Санитарное состояние подземных вод, если они защищены водонепроницаемым слоем от проникания стоков с поверхности земли, бывает иногда настолько хорошим, что эти воды можно без какой-либо очистки подавать в сеть питьевых водопроводов.

Изучение качества воды природного источника позволяет установить характер необходимых операций по ее обработке. Физико-химические показатели воды в источнике:

· Мутность согласно САНПИН не должна превышать 15 мг/л, а по заданию:

максимальная 0-1

минимальная (в зимнее время) 0-1

Данный показатель соответствует требованиям САНПИН.

Цветность по САНПИН не должна превышать 20°, по заданию Ц<20°. Данный показатель соответствует требованиям САНПИН.

· Жесткость: норма общей по САНПИН 7 мг-экв/л, по заданию:

общая 5,4 мг-экв/л

карбонатная 4,8 мг-экв/л

Данный показатель соответствует требованиям САНПИН.

· Водородный показатель воды согласно требованиям ГОСТ должен находится в пределах 6…9, по заданию pH=7, что соответствует требованиям САНПИН.

· Вкус железистый, 3 балла, что не соответствует требованиям САНПИН, т.к. он не должен превышать 2 баллов.

· Запах 3 балла, что не соответствует требованиям САНПИН, т.к. он не должен превышать 2 баллов.

· Окисляемость согласно САНПИН не лимитируется, по заданию-4 мг/л.

· Фтор. Содержание фтора в воде должно быть в пределах 0,7…1,5мг/л, по заданию 0,1 мг/л, что не соответствует норме.

· Содержание планктонов, млн. шт/мл. - нет

· Содержание Fe²⁺=2,1мг/л, Fe⁰ = 2,5 мг/л. По САНПИН этот показатель не должен превышать 0,3 мг/л.

Так как содержание железа превышает нормативную величину, то требуется обезжелезивание воды. Содержание фтора в питьевой воде должно быть 0,5…1,5 мг/л, следовательно, необходимо фторирование исходной воды. Обязательным этапом при обработке воды является ее обеззараживание. Также в процессе очистки необходимо удаление привкуса и запаха.

реагент обработка вода станция

Выбор технологической схемы обработки воды

По заданию полезный расход очистной станции 8500м³/сут.

Полный расход воды, который должна быть обеспечиваться водоочистной станцией составляет:

, м³/сут

б - коэффициент расхода воды на собственные нужды станции, принимается по п.6.6 /1/, в долях единицы;

Q_{доп. -} дополнительный расход воды на пожаротушение, м³/сут.

м³/сут.

Q_{пож. -} общий часовой пожарный расход по населенному пункту и предприятиям в целом, (м³/ч);

Т_пож - продолжительность восстановления пожарного заноса воды, час. Принимается для городских населенных пунктов - 24, сельских - 72 часа.

t - время тушения пожара, равно 3 часам.

;

;

Определение доз реагентов для обработки воды

Обеззараживание воды хлором.

Фильтрование воды значительно уменьшает количество содержащийся в ней микроорганизмов, но не дают гарантию их окончательного удаления. Для окончательного удаления микроорганизмов применяют обеззараживание воды.

Дозу хлорсодержащих реагентов для подземных источников при одинарном хлорировании (основная цель - обеззараживание воды) принимаем равной 0,7-1 мг/л.

Жидкий хлор, применяемый для обеззараживания воды на ОС, поступает на станцию в стальных контейнерах.

Фторирование воды.

Доза фторсодержащих реагентов определяется по приложению 6 /1/.

, мг/л,

m_ф - коэффициент, зависящий от места ввода реагента в воду, равный 1…1,1; а_ф - необходимая концентрация фтора в обработанной воде, можно принять 1 мг/л; К_ф - содержание фтора в чистом реагенте, равное 61 %; С_ф - содержание чистого реагента в техническом продукте, ровное 80%. Ф - концентрация фтора в исходной воде, равное 0,1 мг/л.

Сооружения для приготовления растворов реагентов

Расчет хлораторной.

Необходимое количество активного хлора для обеззараживания воды определим по формуле (расчетный расход воды, Q_cym = 8500 м³/сут; доза активного хлора, Д_хл = 1 мг/л):

В пересчете на 15% раствор технического продукта ГХН марки А:

8500/190 = 44,7 л/сут

Принимаем поставку реагента в полиэтиленовых емкостях (баках) объемом 1 м³ товарного 15% раствора ГХН (Волгоградский химзавод) в количестве 1 шт. в рабочем состоянии и 2 шт. резервных на продолжительность работы около 180 сут. Тогда продолжительность использования раствора емкости в рабочем состоянии составит:

1000/44,7 = 23 сут.

Процесс дозирования гипохлорита натрия в воду полностью автоматизирован и основан на принципе пропорционального дозирования в зависимости от расхода обрабатываемой воды и необходимой дозы гипохлорита натрия.

Принята установка дозирования растворов реагентов заводского исполнения типа Д-ГХН производительностью по активному хлору до 10 кг/ч (1 раб. и 1 рез.).

Раствор гипохлорита из расходной емкости подается дозирующими насосами в смеситель, из него в трубопровод дозирования и далее в трубопровод фильтрованной воды. Все технологические операции находятся под контролем микропроцессора управления, который регулирует дозирование реагента в зависимости от показаний расходомера, контролирует работу дозирующих насосов, наличие реагента в расходной емкости, расход воды по данным ротаметра.

1. насос-дозатор NaOCl

2. датчик потока

3. продувочный клапан

4. всасывающий клапан

5. датчик минимального уровня

6. датчик максимального уровня

7. опорная панель

8. распределительная коробка

9. блок управления

10. отсекающий вентиль

11. бак 15% раствора NaOCl

Рисунок 2 - Технологическая схема установки для обеззараживания с использованием высококонцентрированного (привозного) гипохлорита натрия.

Расчет фтораторной.

Принимаем схему приготовления реагента в сатураторах одинарного насыщения. Часовой расход фтора составит:

Суточный расход фтора составит:

1 - бак для первичного замачивания реагента; 2 - сатуратор одинарного насыщения; 3 - дозирующее устройство.

Рисунок 3 - Технологическая схема фторирования воды следующая:

Емкость бака для замачивания определяется:

м³.

q_F - количество воды (20 л), применяемое для замачивания 10 кг реагента; G_ф - cуточное количество реагента, кг/сут.

При рабочей высоте 1,5 м определяем площадь бака и назначаем конструктивно его размеры.

Производим расчет сатуратора одинарного насыщения. Производительность находим по формуле:

л/ч.

Рф - растворимость Na₂SiF₆ в воде. Рф=7,3 г/л, n_c - количество сатураторов, не менее 2-х.

Высота цилиндрической части сатуратора:

м.

t - время пребывания воды в сатураторе, 5ч;

Vc - скорость цилиндрической части сатуратора, 0,1 м/с.

Площадь цилиндрической части будет равна:

Диаметр цилиндрической части составит:

Определим объем цилиндрической части:

Высота нижней конической части определяется по формуле:

б - угол наклона стенок сатуратора в нижней части б = 20…30⁰.

Объем нижней части будет равен:

где f=рd_н²/4, м².

Полный объем сатуратора составит:

.

Определим полную высоту сатуратора:

Сатуратор размещается в блоке реагентного хозяйства, при этом реагент хранится на складе с запасом на 15-30 суток:

Количество мешков или бочек при вместимости 50 кг составит:

По производительности подбираем насос-дозатор типа НД (1 рабочий и 1 резервный).

· Производительность - 122,15 л/с;

· Тип - НД - 120/6

· Мощность - 0,6 кВт

· Длина х ширина х высота = 680х 292х 540 мм

Расчет скорого фильтра

Q_пол - полезная производительность водоочистной станции, м³/сут;

Т_ст - продолжительность работы станции, принимаем 24 часа;

n - количество промывок фильтров в сутки, принимаем 1 раз в сутки;

V_н - расчетная скорость фильтрования в нормальном режиме, м/час;

t_общ - общее время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаем в зависимости от типа промывки 0,33 часа;

q¹_{пр -} удельный расход воды на промывку фильтров, м³/м²;

W_пр - интенсивность промывки, л/с•м^2,t_пр - время промывки одного фильтра, мин.,

Величины V_н, W_пр, t_пр принимаем по /1/.

,

Общее количество фильтров составит:

По /1,6.99/принимаем N_Ф=4. Определим площадь одного фильтра:

f =F_общ / N_ф = 49,7/4=12,4 м².

Принимаем площадь одного фильтра f=16 м².

Назначаем размеры фильтра в плане, если квадратные, тогда сторона фильтра:

Скорость фильтрования при нормальном режиме: .

Проверяем скорость воды при форсированном режиме (эта величина не должна превышать допустимую, принимаемую по /1, табл.21/):

N_{1 -} число фильтров, находящихся на ремонте, шт.

Принимаем однослойные скорые фильтры с кварцевой загрузкой /1, табл.29/:

· d_min зерен =0,7 мм;

· коэффициент неоднородности 1;

· d_max зерен =1 мм;

· высота слоя фильтрующей загрузки 1000 мм;

· эквивалентный диаметр 0,8-1,0 мм.

Состав поддерживающего слоя назначается по /1, табл.22/:

Принимаем высоту слоя над трубой 500 мм.

Расчет дренажной системы.

Дренажная система фильтра является одной из важнейших его частей. Дренаж должен обеспечить равномерный по всей площади фильтра и, что самое главное, обеспечить равномерное распределение по всей площади фильтра промывной воды, поэтому эти системы называют также распределительными. Неравномерное поступление промывной воды, подаваемой с большими скоростями, может привести к неравномерной и неудовлетворительной промывке фильтра, вызвать сдвиг поддерживающих слоев и нарушить правильную работу фильтра. Для обеспечения равномерной подачи промывной воды, т.е. одинаковой интенсивности промывки по всей площади фильтра, были предложены различные методы и различные конструкции дренажей. Достаточная степень равномерности промывки может быть достигнута при устройстве дренажей большого сопротивления.

Рассмотрим дырчатый трубчатый дренаж с боковыми ответвлениями в одну или две стороны. Расчет дренажа производим на расход промывной воды:

Принимая скорость в коллекторе не более 1,5 м/с, определим внутренний и наружный диаметр коллектора в мм.

Диаметр коллектора:

=600 мм,

Тогда

Определим площадь дна фильтра приходящуюся на каждое ответвление при их расположении по одну сторону главного коллектора дренажной системы:

а - сторона фильтра, м; m - расстояние между осями отверстий 0,25-0,35м.

Расход воды, приходящийся на одно ответвление:

Диаметр ответвлений будет равен

.

Определим общую площадь отверстий:

Р - отношение площади всех отверстий к площади фильтров, определяем по п.6.105/1/, F_ф - площадь одного фильтра.

.

Принимая диаметр отверстий d₀ = 12 мм, определим площадь одного отверстия:

Тогда число отверстий составит:

Количество отверстий, приходящихся на одно ответвление, будет равно:

На два ответвления n_отв =13·2=26 отверстий.

Число ответвлений на одну сторону составит

.

Длина ответвлений равна:

Шаг отверстий составит

.

Для удаления воздуха из верхней части главного коллектора дренажной системы предусматриваем воздушные стояки, количеством 1 и диаметром 75 мм /1/.

1 - фильтрующий слой

2 - поддерживающий слой

3 - коллектор

4 - ответвления дренажа

Подача промывной воды может осуществляться при помощи центробежного насоса типа Д (1 рабочий и 1 резервный), которые устанавливаются в машинном зале насосной станции второго подъема.

Подача насоса принимается равной расходу промывной воды:

Напор насоса определится по формуле:

Нн= Нг + ?h_ф + h_изл, м

Геометрическая высота подъема воды Нг равна разности отметок минимального уровня воды в резервуарах чистой воды и отметки кромки желоба скорого фильтра, т.е. Z4-Z_min=109,41-103,2=6,21 м.

Общие потери напора при промывке самого удаленного скорого фильтра составят:

?h_ф=h_др+h_{ф. з.} +h_пс + h_l, м.

Величина h_др представляет собой потери в дренажной системе, равные:

Для прямолинейной распределительной трубы или коллектора с круглыми отверстиями коэффициент местного сопротивления будет равен:

.

К_п - коэффициент перфорации 0,15 ? Кп ?0,2.

,

Потери напора в фильтрующей загрузке составят:

, м

а и в - зависят от типа загрузки и для кварцевого песка с размером зерен 0,5…1,0 мм будут равны 0,76 и 0,017.

Потери напора в поддерживающих гравийных слоях h_{п. с} определяются по формуле:

h_{п. с.} =0,22Н_{п. с}=0,22·1,1=0,2 м.

Потери напора по длине h₁ от промывного насоса до самого удаленного фильтра составят:

h₁=1,1·i· l, м.

l - длина трубопровода промывной воды, принимаем равной 100 м с дальнейшим уточнением при построении генплана очистных сооружений.

h₁=1,1·0,00358· 100=0,4 м.

Напор на излив воды h_изл принимают равным 1,5 м.

Нн= 6,21 + 3,62+1+0,2+0,4 + 1,5=12,93 м

По величинам Н_н=12,93 м и q_н =350 л/с подбираем промывной насос (1рабочий, 1 резервный) с основными характеристиками:

· Марка Д1250-14;

· Подача 375 л/с;

· Напор 16 м;

· Частота вращения рабочего колеса 750 об/ мин;

· Мощность насоса 45 кВт;

· КПД =82%

· Диаметр рабочего колеса 460 мм.

Рисунок 9 - Схема подачи промывной воды

Расчет складских и вспомогательных сооружений