Основные методы улучшения качества воды

5.1.5 Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора

Хлор вводится в воду в два этапа.

Расчетный часовой расход хлора для хлорирования воды:

Предварительного при = 5 мг/л

: 24 = : 24 = 29,2 кг/ч;

вторичного при = 2 мг/л

: 24 = : 24 = 11,7 кг/ч.

Общий расход хлора равен 40,9 кг/ч, или 981,6 кг/сутки.

Оптимальные дозы хлора назначают по данным опытной эксплуатации путем пробного хлорирования очищаемой воды.

Производительность хлораторной 981,6 кг/сутки ? 250 кг/сутки, поэтому помещение разделено глухой стеной на две части (собственно хлораторную и аппаратную) с самостоятельными запасными выходами наружу из каждой. водоподготовка обеззараживание коагулянт хлор

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три вакуумных хлоратора производительностью до 10 г/ч с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным.

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три промежуточных хлорных баллона.

Производительность рассматриваемой установки по хлору составляет 40,9 кг/ч. Это вызывает необходимость иметь большое количество расходных и хлорных баллонов, а именно:

n_бал = Q_хл: S_бал = 40,9:0,5 = 81 шт.,

где S_бал = 0,50,7 кг/ч - съем хлора с одного баллона без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении 18 єС.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются стальные бочки-испарители диаметром D = 0,746 м и длиной l = 1,6 м. 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

q_б = F_бS_хл = 3,65•3 = 10,95 кг/ч.

Для обеспечения подачи хлора в количестве 40,9 кг/ч нужно иметь 40,9:10,95 3 бочки-испарителя. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разрежение в бочках путем отсоса хлор-газа эжектором. Это мероприятие позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 40,9:5 8 шт.

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором 981,6:55 17 шт.

Количество баллонов на данном складе должно быть 3•17 = 51 шт. Склад не должен иметь непосредственного сообщения с хлораторной.

Месячная потребность в хлоре

n_бал = 535 баллонов стандартного типа.

5.1.6 Расчет резервуаров чистой воды

Объем резервуаров чистой воды определяется по формуле:

где - регулирующая емкость, мі;

- неприкосновенный противопожарный запас воды, мі;

- запас воды на промывку скорых фильтров и другие собственные нужды очистной станции, мі.

Регулирующая емкость резервуаров определяем (в % от суточного расхода воды) путем совмещения графиков работы насосной станции 1-го подъема и насосной станции 2-го подъема. В данной работе - это площадь графика между линиями поступления воды в резервуары со стороны очистных сооружений в количестве около 4,17 % от суточного расхода и откачки ее из резервуаров насосной станцией 2-го подъема (5 % от суточного) в течение 16 часов (от 5 до 21 часов). Переводя эту площадь из процентов в м³, получаем:

здесь 4,17 - количество воды, поступающее в резервуары со стороны очистных сооружений;

5 - количество откаченной из резервуара воды;

16 - время, в течение которого происходит откачка, ч.

Неприкосновенный противопожарный запас воды определяется по формуле:

где - часовой расход воды на тушение пожаров, равный ;

- часовой расход воды, поступающей в резервуары со стороны очистных сооружений, равный

Возьмем N=10 резервуаров

- суммарный расход воды за 3 часа наибольшего водопотребления. В данной работе это суммарный расход воды городом в течение с 7 до 10 часов и равный Уq_макс.ч=

Объем воды на собственные нужды очистной станции W_ст рассчитывается на две промывки фильтров:

где - удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, который равен произведению интенсивности промывки на ее продолжительность, равный

- количество промывок одного фильтра, равное 2;

- общая площадь фильтров, равная 120 м²;

Согласно п. 9.21, а также учитывая регулирующий, пожарный, контактный и аварийный запасы воды, на станции водоподготовки по факту установлены четыре прямоугольных резервуара марки РЕ-100М-60 (№ типового проекта 901-4-62,83) с объемом 6000 м³.

Для обеспечения в резервуаре контакта хлора с водой необходимо обеспечить пребывание воды в резервуаре не менее 30 мин. Контактный объем резервуаров составит:

где - время контакта хлора с водой, равное 30 мин;

Этот объем значительно меньше объема резервуара, следовательно, нужный контакт воды и хлора обеспечивается.

5.2 Расчетная часть предлагаемых очистных сооружений

5.2.1 Реагентное хозяйство

1) Расчет доз реагентов

Определим необходимые дозы Praestol 650 и ПОХА

Расчетная доза Praestol 650 Д_Pr.650 = 0,1 мг/л (рекомендуется производителем);

доза ПОХА Д_ПОХА = 20 мг/л (рекомендуется брать в 1,5 раза меньше Al₂(SO₄)₃);

5.2.2 Расчет горизонтального отстойника

Количество осадка, удаляемого из каждого отстойника за одну чистку, по формуле 40 [10]

где - средняя концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей в отстойник за период между чистками, в г/м³;

- количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, в мг/л (допускается 8-12 мг/л);

- число отстойников.

.

Процент воды, расходуемой при периодическом сбросе осадка формуле 41 [10]

где ;

- коэффициент разбавления осадка, принимаемый равным при периодическом удалении осадка с опорожнением отстойника 1,3 и при непрерывном удалении осадка 1,5.

5.2.3 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

На промывку фильтра расход воды составит

В общем, на промывку всех фильтров ушло

Осадок в фильтре 8 мг/л = 8 г/м³

Масса осадка в исходной воде

Масса осадка в воде после фильтра

Уловлено взвешенных частиц

В связи с использованием водовоздушной промывки расход промывных вод уменьшится в 2,5 раза

5.2.4 Расчет озонирующей установки

1) Компоновка и расчет блока озонатора

Расход озонируемой воды Q_сут=140000 м³/сут или Q_час=5833 м³/ч. Дозы озона: максимальная q_макс=5 г/м³ и средняя годовая q_ср=2,6 г/м³.

Максимальный расчетный расход озона:

или 29,2 кг/ч

Продолжительность контакта воды с озоном t=6 минут.

Принят озонатор трубчатой конструкции производительностью G_оз=1500 г/ч. Для того, чтобы выработать озон в количестве 29,2 кг/ч, озонирующая установка должна быть оборудована 29200/1500?19 рабочими озонаторами. Кроме того, необходим один резервный озонатор такой же производительности (1,5 кг/ч).

Активная мощность разряда озонатора U является функцией напряжения и частоты тока и может быть определена по формуле:

Вт

где - напряжение в разрядном промежутке в В;

- круговая частота тока в Гц;

- электрическая емкость соответственно электродов и разрядного промежутка в Ф;

- рабочее напряжение, подводимое к озонатору, в В.

Для определенного озонатора величины имеют постоянные значения независимо от напряжения или частоты тока. Поэтому расход электроэнергии пропорционален частоте тока и максимальному напряжению тока .

Для данных условий принимаем: =20000 В, =50 Гц, =26,1 мкФ, =0,4 мкФ.

Величина потенциала разряда через разрядный промежуток составляет 2000 В на каждый его линейный миллиметр. Так как в озонаторе принятого трубчатого типа ширина разрядного промежутка составляет 2,5 мм, то потенциал разряда будет =2,5Ч2000=5000 В.

Тогда активная мощность разряда озонатора составляет:

62020 Вт или 62кВт.

Основной деталью рассматриваемого озонатора являются стеклянные диэлектрические трубки, заплавленные с одного конца и имеющие на внутренней поверхности графитовые покрытия. В стальные трубки внутренним диаметром d₁=92 мм вставлены стеклянные трубки наружным диаметром d₂=87 мм. Концентрический зазор между трубками шириной 2,5 мм служит разрядным промежутком.

Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного промежутка находится по формуле:

Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой разрядный промежуток в целях наибольшей экономии расхода электроэнергии рекомендуется в пределах =0,15ч0,2 м/сек.

Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озонатора:

Поскольку заданная производительность одного озонатора G_оз=1,5 кг/ч, то при коэффициенте весовой концентрации озона К_оз=20 г/м³ количество сухого воздуха, необходимого для электросинтеза, составляет:

Следовательно, количество стеклянных диэлектрических трубок в одном озонаторе должно быть

n_тр=Q_в/q_в=75/0,5=150 шт.

Стеклянные трубки длиной по 1,6 м размещены концентрично в 75 стальных трубках, проходящих через весь цилиндрический корпус озонатора с обоих его концов. Тогда длина корпуса озонатора будет l=3,6 м.

Производительность каждой трубки по озону:

Энергетический выход озона:

Суммарная площадь поперечных сечений 75 трубок d₁=0,092 м составляет ?f_тр=75Ч0,785Ч0,092²?0,5 м².

Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озонатора должна быть больше на 35 %, т.е.

F_к=1,35?f_тр=1,35Ч0,5=0,675 м².

Следовательно, внутренний диаметр корпуса озонатора будет:

Необходимо иметь в виду, что 85-90 % электроэнергии, потребляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение. В связи с этим надо обеспечить охлаждение электродов озонатора. Расход воды для охлаждения составляет 35 л/ч на одну трубку или суммарно Q_охл=150Ч35=5250 л/ч или 1,46 л/сек.

Средняя скорость движения охлаждающей воды составит:

или 8,3 мм/сек

Температура охлаждающей воды t=10 °C.

Для электросинтеза озона нужно подавать 75 м³/ч сухого воздуха на один озонатор принятой производительности. Кроме того, надо учесть расход воздуха на регенерацию адсорберов, составляющий 360 м³/ч для серийно выпускаемой установки АГ-50.

Общий расход охлаждаемого воздуха:

V_о.в=2Ч75+360=510 м³/ч или 8,5 м³/мин.

Для подачи воздуха принимаем водокольцевые воздуходувки ВК-12 производительностью 10 м³/мин. Тогда необходимо установить одну рабочую воздуходувку и одну резервную с электродвигателями А-82-6 мощностью 40 кВт каждая.

На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанавливают висциновый фильтр производительностью до 50 м³/мин, что удовлетворяет расчетным условиям.

2) Расчет контактной камеры для смешения озоно-воздушной смеси с водой.

Необходимая площадь поперечного сечения контактной камеры в плане:

где - расход озонируемой воды в м³/ч;

Т - продолжительность контакта озона с водой; принимается в пределах 5-10 мин;

n - количество контактных камер;

H - глубина слоя воды в контактной камере в м; принимается обычно 4,5-5 м.

Размер камеры принят

Для равномерного распыления озонированного воздуха у дна контактной камеры размещают перфорированные трубы. Принимаем керамические пористые трубы.

Каркасом служит труба из нержавеющей стали (наружный диаметр 57 мм) с отверстиями диаметром 4-6 мм. На нее надевается фильтросная труба - керамический блок длиной l=500 мм, внутренним диаметром 64 мм и наружным 92 мм.

Активная поверхность блока, т. е. площадь всех пор размером по 100 мк на керамической трубе, занимает 25 % внутренней поверхности трубы, тогда

f_п=0,25D_вl=0,25Ч3,14Ч0,064Ч0,5=0,0251 м².

Количество озонированного воздуха составляет q_оз.в?150 м³/ч или 0,042 м³/сек. Площадь поперечного сечения магистральной (каркасной) распределительной трубы с внутренним диаметром d=49 мм равна: f_тр=0,00188 м²=18,8 см².

Принимаем в каждой контактной камере по четыре магистральных распределительных трубы, уложенных на взаимных расстояниях (между осями) по 0,9 м. Каждая труба состоит из восьми керамических блоков. При таком размещении труб принимаем размеры контактной камеры в плане 3,7Ч5,4 м.

Расход озонированного воздуха, приходящегося на живое сечение каждой из четырех труб в двух камерах, будет:

q_тр=?0,01 м³/сек,

а скорость движения воздуха в трубопроводе равна:

?5,56 м/сек.

Суммарная активная площадь пор всех керамических труб, уложенных в одной камере,

?f_п=mf_п=4Ч8Ч0,0251=0,8 м²

(где 4-количество магистралей; 8-количество керамических труб).

Расход озонированного воздуха, поступающего в воду через пористую поверхность всех труб одной камеры:

q=?1,56 м³/минЧм²

Общее давление, которое должно быть на входе в распределительную систему озоно-воздушной смеси, определяются по формуле:

H=H_гидр+ м вод. ст.,

где H_гидр - гидростатическое давление в м вод. ст. (равное высоте слоя воды в камере);

- плотность воздуха;

;

=?

- конструктивное отношение (рекомендуется принимать равным примерно 0,5);

- площадь одного отверстия на каркасной трубе в м²;

- площадь сечения распределительной каркасной трубы в м²;

А - коэффициент, зависящий от условного диаметра пор на керамической трубе d=100 мк и равный:

;

0,3 - избыточное давление.

Таким образом:

H=?5,32 м вод. ст.

5.2.5 Расчет сорбционных угольных фильтров

Для расчета угольных фильтров рекомендуется следующий диапазон

величин:

- скорость фильтрации - 5-15 м/ч;

- высота слоя активного угля - 1-2,5 м;

- время контакта обрабатываемой воды с углем - 6-15 мин;

- интенсивность промывки - 10 л/(сЧм²) (для углей АГМ и АГОВ) и 14-15 л/(сЧм²) (для углей марок АГ-3 и ДАУ);

- промывку угольной загрузки производить не реже одного раза в 2-3 суток. Продолжительность промывки 7-10 минут.

При эксплуатации угольных фильтров ежегодные потери угля составляют до 10 %. Поэтому на станции необходимо иметь запас угля для догрузки фильтров. Распределительная система угольных фильтров - безгравийная (из щелеванных полиэтиленовых труб, колпачковый или полимербетонный дренаж).

1) Определение размеров фильтра

Общую площадь фильтров определим по формуле:

Количество фильтров:

шт. + 1 запасной.

Определим площадь одного фильтра:

При этом длина фильтра составит L=12 м, ширина В=10 м.

2) Расчет распределительной системы фильтра (по промывной воде)

Определим количество промывной воды, необходимой на одну промывку:

Определим продолжительность фильтроцикла:

Определим расход воды на промывку фильтра:

1,39 % от производительности станции, т.е. 1946 м³ идет на промывку угольных фильтров.

5.2.6 Расчет установок для обеззараживания воды бактерицидным излучением

Расчетный бактерицидный поток определяется по формуле 121 [10]

где - коэффициент поглощения облучаемой воды в см^-1, равный для обработанной воды поверхностных источников водоснабжения 0,3 см^-1;

- коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий, принимаемый равным 2500 мквтсек/см²;

- количество бактерий в 1 литре воды после облучения, или коли-индекс облученной воды, принимаемый 3;

- количество бактерий в 1 л воды, или коли-индекс воды, до облучения; максимальное расчетное бактериальное загрязнение исходной воды принимается равным коли-индексу ;

- коэффициент использования бактерицидного потока; принимаемый равным: для установок с источником излучения погруженным 0,9 и непогруженным 0,75;

- коэффициент использования бактерицидного излучения, зависящий от толщины слоя воды, ее физико-химических показателей и конструктивного типа установки; принимается равным 0,9.

Потребное количество ламп составит

где - расчетный бактерицидный поток лампы в вт после 4500-5000 ч горения.

Величина , принимается в соответствии с характеристикой ламп (см. табл. 51), для РКС-2,5 составит 75 вт [10].

Таким образом, может быть принята установка типа ОВ-1П-РКС, должна состоять из 17 кассет, по 8 ламп в каждой. Принимаем 18 рабочих кассет и одну резервную, или всего (18+1)8=152 ламп.

Длина рабочей части канала установки

где - расстояние между кассетами, равное 0,4 м;

N - общее количество кассет.

5.2.7 Обеззараживание NaClO_{(товарный)} и УФ

Хлорирование проводят рабочим раствором 8 % NaClO (90 г/л активного хлора).

Товарный продукт 15 % NaClO (190 г/л активного хлора).

Д_{акт хлора}=1 мг/л

где = 90 г/л=90 кг/м³; = 1 мг/л=1 г /м³.

Хранят в полиэтиленовых бочках V=100 л, следовательно, нам необходимо V16 бочек.

Рассчитаем, сколько необходимо товарного раствора NaClO:

товарный 15 % (С_хлор=190 г/л)

рабочий 8 % (С_хлор=90 г/л)

, следовательно

Заключение

Концентрации загрязняющих веществ в водоеме превышает нормативные по мутности, перманганатной окисляемости, растворенному кислороду, цветности, содержанию железа, марганцу, алюминия.

Предложенный вариант реконструкции водоочистной станции:

· оборудование камер хлопьеобразования тонкослойными модулями;

· замена первичного хлорирования на озоносорбцию;

· применение водовоздушной промывки фильтров 4

· замена хлорирования на совместное использование гипохлорита натрия и ультрафиолета;

· замена флокулянта ПАА на Praestol 650.

Реконструкция позволит снизить концетрации загрязняющих веществ до следующих значений:

· перманганатная окисляемость - 0,5 мг/л;

· растворенный кислород - 8 мг/л;

· цветности - 7-8 град;

· содержание железа - 0,3 мг/л;

· марганца - 0,1 мг/л;

· алюминия - 0,5 мг/л.

Библиографический список

1. СанПиН 2.1.4.1074-01. Издания. Питьевая вода и водоснабжение населен-ных мест. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 84 с.

2. Директива Совета Европы 98/83/ЕС. О качестве воды, предназначенной для употребления людьми // Официальный журнал ЕС. - 1998. - Вып. 300. - С. 32-54.

3. Руководство по контролю качества питьевой воды, 1992.

4. Нормы Агентства по охране окружающей среды США

5. Елизарова, Т.В. Гигиена питьевой воды: уч. пособие / Т.В. Елизарова, А.А. Михайлова. - Чита: ЧГМА, 2014. - 63 с.

6. Камалиева, А.Р. Комплексная оценка качества алюмо- и железосодержащих реагентов для очистки воды/ А.Р. Камалиева, И.Д. Сорокина, А.Ф. Дресвянников // Вода: химия и экология. - 2015. - № 2. - С. 78-84.

7. Сошников, Е.В. Обеззараживание природных вод: уч. пособие / Е.В. Сошников, Г.П. Чайковский. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 111 с.

8. Драгинский, В.Л. Предложения по повышению эффективности очистки воды при подготовке водоочистных станций к выполнению требований СанПиН "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества"/ В.Л. Драгинский, В.М. Корабельников, Л.П. Алексеева. - М.:Стандарт, 2008. - 20 с.

9. Беликов, С.Е. Водоподготовка: справочник / С.Е. Беликов. - М: Изд-во Аква-Терм, 2007. - 240 с.

10. Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды: учебное пособие / В.Ф. Кожинов. - Минск: Изд-во "Высшая школа А", 2007. - 300 с.

11. СП 31.13330.2012. Издания. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 128 с.

Размещено на Allbest.ru