Расчет водопроводной очистной станции

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Содержание

1. Задание и исходные данные для проектирования

2. Анализ качества исходной воды

3. Определение расчетной производительности очистной станции

4. Технологическая схема очистной станции

5. Реагентное хозяйство, расчетные дозы и приготовление реагентов

6. Описание и расчет оборудования и его элементов для осветления воды

7. Описание и подбор оборудования для обеззараживания воды

8. Зоны санитарной охраны

Использованная литература

1. Задание и исходные данные для проектирования

Для железнодорожных станций и населенных мест требуется значительное количество воды, используемой на хозяйственно-питьевые и технические нужды. Исходная вода, особенно из поверхностных водоисточников, в большинстве случаев не соответствует требованиям ГОСТ 2874-82 и других нормативных документов, поэтому необходима ее очистка перед подачей потребителям.

Исходные данные

Полезная производительность очистной станции - 22000 м?/сут

Отметка площади очистной станции над уровнем моря - 200 м

Цветность воды источника

наибольшая - 40 град

наименьшая - 25 град

Мутность воды в источнике

наибольшая - 200 мг/л

наименьшая - 60 мг/л

Жесткость воды

общая - 4,5 мг-экв/л

карбонатная (щелочность) - 1,9 мг-экв/л

Окисляемость KMnO4 - 5.8 мг/л

Показатель рН - 7,0

Привкус - 3 балла

Запах - 2 балла

Фтор - 0,6 мг/л

Коли-титр - 370

Общее солесодержание - 480 мг/л

2. Анализ качества исходной воды

Анализ качества исходной воды производиться путем сравнения показателей качества исходной воды с нормируемыми показателями по ГОСТ 2874-82.

Таблица № 1.

Наименование	Показатели качества воды	Перечень необходимых технологических процессов
	исходной	по ГОСТ 2874-82
Запах и привкус	2 балла	2 балла	Очистка воды от запахов и привкусов не требуется
Цветность	25-40 град	20 град	Требуется осветление воды с коагулированием
Содержание взвешенных веществ	60-200 мг/л	20 мг/л	Требуется осветление воды с коагулированием
Общая жесткость	4,5 мг-экв/л	7 мг-экв/л	Умягчение не требуется
Общее солесодержание	480 мг/л	1000 мг/л	Обессоливание воды не требуется
Содержание фтора	0,6 мг/л	0,5-1,5 мг/л	Фторирование не требуется
Коли-титр	370	300	Требуется обеззараживание

Для того чтобы вода удовлетворяла требованиям ГОСТ 2874-82, необходимы следующие технологические процессы: осветление с коагулированием и обеззараживанием воды.

3. Определение расчетной производительности очистной станции

Водопроводные очистные станции рассчитываются на равномерную работу в течение суток при возможности отключения отдельных сооружений для профилактического осмотра, чистки, текущего и капитального ремонтов.

Производительность очистной станции ( с учетом всех нужд, в том числе противопожарных) определяется по формуле

Qрасч = б·Qпол = 1,07· 22000 = 23540 м?/сут

где б - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды станции (б = 1,07)

Qпол - расход воды для суток максимального водопотребления, м?/сут.

4. Технологическая схема очистной станции

вода очистной станция реагент

На основании перечня необходимых технологических процессов очистки воды и расчетной производительности очистной станции определяем состав очистных сооружений, последовательность прохождения воды через них.

В данной работе проектируется станция с применением коагулянтов и флокулянтов. Тогда технологическая схема будет следующей: исходная вода из приемного резервуара поступает в вертикальный смеситель, где равномерно перемешивается с вводимыми в нее реагентами. Далее по соединительным коммуникациям поступает на осветлители коридорного типа, которые являются первой ступеней очистки и применяются при производительности станции более 3000 м?/сут. Обрабатываемая вода поступает из смесителя и проходит снизу вверх через слой взвешенного осадка, выделяющегося из воды. Вода, идущая на хозяйственно-питьевые нужды, должна обеззараживаться с целью уничтожения бактерий, способных вызвать желудочно-кишечные заболевания. Обеззараживание происходит жидким хлором, из-за простоты и дешевизны установок для обезжелезивания.

5. Реагентное хозяйство, расчетные дозы и приготовление реагентов

Определение дозы коагулянта

Для устранения повышенной цветности и мутности природных вод производят их обработку коагулянтами. В качестве коагулянта используем сернокислый алюминий. Дозу коагулянта при обработке мутных вод принимаем 35 мг/л, а при обработке цветных вод по формуле:

Dk = 4v Ц = 4·v 40 = 25,2

где Ц - цветность исходной воды, град.

При одновременном наличии взвешенных веществ и цветности принимается большая из доз, т.е. 35 мг/л.

Определение дозы извести

Для улучшения процессов хлопьеобразования при недостаточной щелочности исходной воды производиться ее подщелачивание. Дозу щелочи определяем по формуле:

Dщ = К( Dk / е - Щ + 1) = 28(35/57-1,9+1) = -8 мг/л

где е - эквивалентная масса коагулянта (безводного, принимаемая для Al2(SO4)3 - 57

Dk - максимальная доза безводного коагулянта

К - коэффициент, равный для извести (по CaO) - 28

Щ - минимальная щелочность воды, принимаемая равной карбонатной жесткости.

Определение дозы флокулянтов.

Процесс осветления можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных веществ - флокулянтов. В качестве флокулянтов можно применять полиакриламид (ППА), престол и активированную кремнекислоту. Доза флокулянтов:

а) полиакриламид (ППА) - 0,2-0,5 мг/л

б) активной кремнекислоты (SiO2) - 1-3 мг/л

Определение дозы хлора.

Доза хлорсодержащих реагентов при предварительном хлорировании для улучшения процесса коагуляции, а также улучшения санитарного состояния сооружений принимают 3 - 10 мг/л.

Дозу хлорсодержащих реагентов для обеззараживания воды при отсутствии технологических изысканий следует принимать для подземных источников 0,7-1 мг/л. Концентрация остаточного хлора должна быть не более 0,3 мг/л

Определение размеров баков для коагулянтов.

Схема «мокрого хранения коагулянта» По этой схеме коагулянт загружают в растворные баки, где приготовляется раствор коагулянта крепостью 25-50%, далее по мере необходимости раствор коагулянта перекачивают в баки- хранилища коагулянта и расходные баки. В расходных баках раствор коагулянта доводится до концентрации 5-10%, после чего его подают в обрабатываемую воду. Преимуществом данной схемы является отсутствие складов для «сухого» хранения коагулянтов, что ведет к сокращению эксплуатационных затрат.

Емкость растворного бака, м?, определяем по формуле:

Wр = Qчас nD/1000bрг = 980,8·10·35/1000·17·1000 = 0,02 м?

где Qчас - расход воды, м?/час

Dк - максимальная доза коагулянта,

bр - концентрация раствора коагулянта в растворном баке, 17%.

г - объемный вес раствора коагулянта, 1,0 т/м?

n - время заготовления раствора коагулянта, 10 ч.

Количество баков такой емкости должно быть не менее трех.

Емкость расходных баков W, м?, определяется по формуле:

W = Wр bр /b = 0,02·17/12 = 0,03 м?

где b - концентрация раствора коагулянта в расходном баке, принимается 12%. В настоящее время большинство станций очистки перешло на «мокрое» хранение коагулянта с использованием современных средств механизации. Склад устраивается на 15-30 суточную потребность в реагентах. Расход товарного реагента подлежащего хранению, определяют по формуле

Рр = Рсут n = 2,2·30 = 66

где Рсут - расход реагента в сутки максимального водопотребления

n - число суток хранения, на которое рассчитывается склад.

Исходя, из необходимого количества реагента определяют объем баков хранилищ по формуле:

Wхр = Рр 100/ Срг = 66·100/20·1300 = 0,25 м?

где Ср - концентрация раствора реагента в баке хранилище, 20%

г - удельный вес раствора реагента, данной концентрации равный 1,3 т/м? Количество баков хранилищ принимается обычно не менее трех.

Определение размеров баков для приготовления известкового молока. Известь характеризуется плохой растворимостью в воде, поэтому при расходе извести больше 50 кг/сут по CaO практикуется приготовление известкового молока. Емкость бака для известкового молока, м?, определяется по формуле:

Wи = Qчас n Dи / 1000 Ви ги = 980,8·10·17,5/1000·5·1000 = 0,03 м?

где n - время, на которое заготовляют известковое молоко, принимается равным 10 часов.

Dи - доза извести для подщелачивания.

Ви - концентрация известкового молока,

ги - объемный вес известкового молока, принимается равным 1,0 т/м?

Количество баков принимается не менее двух. Размеры баков цилиндрической формы при отношении D:Н = 1 можно определить по формуле

d = ?v 4 Wи /р = і? 4·0,03/3,14 = 0,2

Определение обеспеченности очистной станции требуемый количеством ПАА.

Полиакриламид применяют в виде раствора с концентрацией 0,1-1%. Технический ПАА растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок. Типовая мешалка АКХ емкостью бака мешалки 1,2 м? рассчитана на растворение одной бочки геля ПАА (150 кг) Время растворения геля ПАА - 25-40 мин. Таким образом одна такая мешалка может обеспечить рабочим раствором очистную станцию при пропуске объема воды, м?, определяемого по формуле:

Q = qм 1000/DПАА = 150 · 1000/0,5 = 300000 м?

где qм - производительность мешалки в кг ПАА (150 кг)

DПАА - доза полиакриламида.

6. Описание и расчет оборудования и его элементов для осветления воды

Смеситель вертикального типа. Смесители предназначены для равномерного перемешивания исходной воды с вводимыми в нее реагентами. В качестве смесителей могут применяться смесители, ершевого типов, дырчатые перегородчатые для станции большой производительности, вихревые смесители вертикального типа и др. В связи с тем, что вместе с коагулянтом в воду вводят реагент для подщелачивания из всех перечисленных типов смесителей применяем вертикальный смеситель вихревого типа, в восходящем потоке воды которого наиболее полно растворяются частицы трудно растворимого реагента для подщелачивания (CaO).

Вихревые смесители могут быть квадратного или круглого в плане сечения с пирамидальной или конической нижней частью, с углом наклона между стенками б = 35-40?. Высота верхней части с вертикальными стенками от 1,0 до 1,5 м. Площадь горизонтального сечения, м?, в верхней части смесителя

fсм = Qчас/хв = 980,8/1,5=653,9 м?

где Qчас - часовая производительность, м?/час хв - скорость входящего потока, м/час (1,5 м/час) Если смеситель принимается квадратный, то его сторона будет иметь размер, м

bверх = vfсм = 25,6 м

Диаметр подводящего трубопровода при входной скорости от 1,2 до 1,5 м/с принимаем 500 мм. Размер в плане нижней части смесителя составляет bн = 0,5 м

Задаваясь величиной центрального угла б = 40?, определяем высоту в метрах нижней пирамидальной части смесителя

hн = 0,5(bв - bн) ctgб/2 = 0,5 (25,6-0,5) ctg 40?/2= 55,6 м

Объем пирамидальной части смесителя, м?

W = [hн (fв + fн + v fв · fн)]/3 = 531,9 м?

Полный объем смесителя, м?

Wполн = Qчас · t/60 = 733,3 м?

где t - продолжительность смешения реагента с водой, мин; принимается не менее 2-х минут.

Объем верхней части смесителя, м?

Wв = Wполн - Wн = 733,3 - 531,9 = 201,4м?

Высота верхней части смесителя, м

hв = Wв/fсм = 0,3 м

Полная высота смесителя, м

hсм = hв + hн = 0,3 + 55,6 = 55,9 м

Сбор воды производиться в верхней части смесителя периферийным лотком. Скорость движения воды в нем принимается 0,6 м/с.

Осветлитель со взвешенным осадком коридорного типа.

Осветлители являются сооружениями 1-й ступени очистки и применяются при производительности станции до 50000 м?/сут. Обрабатываемая вода поступает из смесителя и проходит снизу вверх через слой взвешенного осадка выделяющегося из воды.

Проектируют осветлители круглой и прямоугольной в плане формы. Каждый осветлитель имеет четыре зоны: 1-взвешенного осадка, 2-осветления, 3-отделения осадка, 4-уплотнения осадка.

В зависимости от расположения зон отделения и уплотнения осадка осветлители подразделяют на осветлители с вертикальным осадкоуплотнителем и осветлители с поддонным осадкоуплотнителем.

Осветлитель коридорного типа с вертикальным осадкоуплотнителем состоит из двух коридоров и осадкоуплотнителя. Общая площадь, м?, осветлителя:

Fо = Fотд + Fосв =272,4 + 68,1 = 340,5 м?

Площадь зоны осветления, м?, рассчитывается для летнего и зимнего периодов работы, принимается большее из двух полученных значений.

Fосв = Q·Kр.в./3,6·хосв = 980,8·0,8/3,6·0,8 =272,4 м?

где Kр.в. - коэффициент распределения между зонами осветления и отделения осадка, принимается 0,8

хосв - скорость восходящего потока воды в зоне осветления, мм/с, принимается 0,8 мм/с

Площадь зоны отделения осадка, м?, определяется по формуле для летнего и зимнего периодов работы, принимается большее из двух полученных значений.

Fотд = Q(1-Кр.в.)/3,6хосв = 980,8(1-0,8)/3,6·0,8 = 68,1 м?

Для определения размеров осветлителей в плане задаются его длиной, принимаемой в пределах 8-11 м. Ширина зоны осветления, м,

Восв = Fосв / lосв 68,1 / 9 = 7,6 м

где lосв - принятая длина осветлителя, м.

Количество осветлителей

N = Восв / 2bосв 1,3 = 2

где bосв - ширина одного коридора, принимаем 3 м.

При дробном значении Н количество осветлителей увеличивается до целого числа в большую сторону.

Ширина зоны отделения осадка, м, определяется по формуле:

bотд = Fотд / lосв ·N = 68,1 / 9 · 2 = 3,78 м

Высота осветлителя складывается из высоты зоны взвешенного осадка, высоты зоны осветления и запаса высоты

Носв = 2,5 + 2,5 + 2,8 = 7,8 м

Высота пирамидальной части коридора осветлителя определяется по формуле:

hпир = (bосв - а) / 2tg (б/2) = (3 - 0,5) / 2tg30? = 2,08 м

Низ осадкоприемных окон принимают на 1-1,5 м выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикальные. В данном проекте равно 3,1 м.

Объем зоны накопления и уплотнения осадка определяется по формуле

Wос = Qчас (Св - Мосв) Тр / Nр·д = 0,3 м?

где Тр - продолжительность работы отстойника между чистками, применяется 10 ч;

д - средняя концентрация уплотненного осадка, применяется 20000 г/м?

Nр - количество секций в отстойнике.

Объем воды, сбрасываемой с осадком из осадкоуплотнителя, определяется по формуле

qос = К Wос / Nр t = 1,5·0,3/2·0,3 = 0,75 м?

Сбор осветленной воды в зоне осветления следует предусматривать желобами при расстоянии между осями водосливов 100-150 мм и скорости движения воды в желобах 0,5-0,6 м/с.

Сбор осветленной воды из осадкоуплотнителя следует выполнять затопленными дырчатыми трубами, расположенными не выше 0,3 м от уровня воды в осветлителе и не менее 1,5 м выше верха осадкоприемных окон.

7. Описание и подбор оборудования для обеззараживания воды

Так как на станциях очистки питьевых вод из поверхностных источников хлорирование производиться в два этапа, то при расчете хлораторной следует учитывать расход хлора на первичном и вторичном хлорировании. Доза хлора на обеззараживание принимается 0,7 - 1 мг/л

Расчетный часовой расход хлора, кг/час, для первичного хлорирования равен

Р1 = QDперв /1000 = 22000 · 3/1000 = 66 кг/час

Расчетный часовой расход хлора, кг/час, для вторичного хлорирования равен

Р2 = QDвтор /1000 = 22000 · 0,9/1000 = 19,8 кг/час

Общий расход составит

Р = Р1 · Р2 = 66 + 19,8 = 85,8 кг/час

При расходе хлора более 15 кг/час устраиваются установки для перелива и разлива жидкого хлора из железнодорожных цистерн. При меньших расходах разрешаются поставки хлора в стальных баллонах.

Количество хлораторов:

Для первичного хлорирования

n1 = Р1/Qхл = 66/1,5 = 44

Для вторичного хлорирования

n2 = Р2/Qхл = 19,8/1,5 = 13,2, принимаем 14

где Qхл - производительность одного хлоратора.

Применяем вакуумный хлоратор марки ЛОНИИ - 100 с размерами аппарата 830х650х100 и производительностью 0,6 - 2,0 кг/час

Количество резервных хлораторов на одну точку ввода надлежит принимать: при 1-- 2 рабочих хлораторах -- 1, при более двух -- 2.

Нужное количество баллонов определяют по формуле:

nб = Р/1000 qб = 85,8/1000·0,6 = 0,143

Емкость одного баллона Р, поставляемого заводом изготовителем, может быть от 25 до 70 кг жидкого хлора.

Для обеспечения суточной потребности в хлоре, необходимо

Nб = 24 Р/Рб = 24 · 85,8/70 = 29,4 ? 30

В помещении хлораторной должны находиться также резервные баллоны в колличестве 50% суточной потребности.

Основной запас хлора обычно храниться на специальном складе, расчитанном на месячную потребность в нем. Этот запас можно определять по формуле:

Nзапас = 24 Р30/Рб = 24 · 900/70 = 308,57 ? 309.

8. Зоны санитарной охраны

Зоны санитарной охраны должны предусматриваться на всех проектируемых и реконструируемых водопроводах хозяйственно-питьевого назначения в целях обеспечения их санитарно-эпидемиологической надежности. Зоны водопровода должны включать зону источника водоснабжения в месте забора воды (включая водозаборные сооружения), зону и санитарно-защитную полосу водопроводных сооружений (насосных станций, станций подготовки воды, емкостей) и санитарно-защитную полосу водоводов. Зона источника водоснабжения в месте забора воды должна состоять из трех поясов: первого - строгого режима, второго и третьего - режимов ограничения. Зона водопроводных сооружений должна состоять из первого пояса и полосы (при расположении водопроводных сооружений за пределами второго пояса зоны источника водоснабжения). Проект зон санитарной охраны водопровода должен разрабатываться с использованием данных санитарно-топографического обследования территорий, намеченных к включению в зоны и полосы, а также соответствующих гидрологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и топографических материалов. Проектом зон санитарной охраны водопровода должен быть определены: границы поясов зоны источника водоснабжения, зоны и полосы водопроводных сооружений и полосы водоводов, перечень инженерных мероприятий по организации зон (объекты строительства, снос строений, благоустройство и т.п.) и описание санитарного режима в зонах и полосах. Проект зон санитарной охраны водопровода должен согласовываться с органами санитарно-эпидемиологической службы, геологии (при использовании подземных вод), а также с другими заинтересованными министерствами и ведомствами и утверждаться в установленном порядке. Проект зон водопровода должен разрабатываться с учетом развития систем водоснабжения на перспективу. Границы первого пояса зоны подземного источника водоснабжения должны устанавливаться от одиночного водозабора (скважина, шахтный колодец, каптаж) или от крайних водозаборных сооружений группового водозабора на расстояниях:

- 30м при использовании защищенных подземных вод;

- 50 м при использовании недостаточно защищенных подземных вод.

Для водозаборов, расположенных на территории объекта, исключающего возможность загрязнения почвы и подземных вод, а также для водозаборов, расположенных в благоприятных санитарных, топографических и гидрогеологических условиях, размеры первого пояса зоны допускается уменьшать по согласованию с местными органами санитарно-эпидемиологической службы, но должны быть не менее 15 и 25 м соответственно. Границы второго пояса зоны подземного источника водоснабжения устанавливаются расчетом, учитывающим время продвижения микробного загрязнения воды до водозабора, принимаемое в зависимости от климатических районов и защищенности подземных вод от 100 до 400 сут. Границы третьего пояса зоны подземного водоснабжения определяется расчетом, учитывающим время продвижения химического загрязнения воды до водозабора, которое должно быть больше принятой продолжительности эксплуатации водозабора, но не менее 25 лет.

Территория первого пояса зоны поверхностного источника водоснабжения должна быть спланирована, огорожена и озеленена. На территории первого пояса зоны должна предусматриваться сторожевая сигнализация. Запрещаются все виды строительства, за исключением реконструкции или расширения основных водопроводных сооружений (подсобные здания, непосредственно не связанные с подачей и обработкой воды, должны быть размещены за пределами первого пояса зоны); запрещается размещение жилых и общественных зданий, проживание людей, в том числе работающих на водопроводе. Здания должны быть канализованы с отведением сточных вод в ближайшую систему бытовой или производственной канализации или на местные очистные сооружения, расположенные за пределами первого пояса зоны с учетом санитарного режима во втором поясе. При отсутствии канализации должны устраиваться водонепроницаемые выгребы, расположенные в местах, исключающих загрязнение территории первого пояса при вывозе нечистот. Должно быть обеспечено отведение поверхностных вод за пределы первого пояса. Допускается только рубки ухода за лесом и санитарные рубки леса. На территории второго пояса зоны подземных источников водоснабжения должны предусматриваться санитарные мероприятия согласно СНиП 2.04.02-96. В санитарные мероприятия, проводимые во втором поясе зоны следует включать также: выявление, тампонаж или восстановление всех старых, быстродействующих, дефективных или неправильно эксплуатируемых скважин и шахтных колодцев, создающих опасность загрязнения, используемого водоносного горизонта; регулирование бурения новых скважин; запрещение закачки отработавших вод в подземные пласты, а также ликвидацию поглощающих скважин, которые могут загрязнить водоносные пласты.

Используемая литература

1. СНиП 2.04.02 - 96.Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: 1984г

2. Шевелев Ф.А. Таблицы гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных труб. М.: 1984 г

3. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода»

4. Задание и методические указания на курсовой проект №2 для студентов 6 курса специальности ВК. Москва - 2002.

Размещено на Allbest.ru