Введение
Курсовойпроект выполнен на основании задания на проектирование, в котором приведеныисходные данные и вопросы, требующие разработки при проектировании.
Исходныеданные:
– краткаяхарактеристика объекта водоснабжения (число и состав водопотребителей,хозяйственно-производственная направленность);
– расположениепотребителей воды на генеральном плане с отметками рельефа местности;
– планировканаселенного пункта;
– требования,предъявляемые потребителями к качеству воды;
– данныеоб источниках водоснабжения, которые получают в результате гидрологических итопографических изысканий;
– природно-климатическиеусловия;
– дополнительныеданные, обусловленные местными факторами.
Разработкаводопроводных очистных сооружений проведена в определенной последовательности.Первоначально определена полная производительность станции с учетом количестваводы, идущего на собственные нужды станции (промывка фильтров, удаление осадкаиз отстойников и осветлителей со слоем взвешенного осадка). На основаниипоказателей качества воды и полученной производительности станции водообработкипроизводится выбор состава очистных сооружений. Следующим этапом является определениенеобходимых реагентов. При употреблении сжатого воздуха для ускорения растворенияследует запроектировать воздуходувную станцию. После этого выбранообеззараживание воды и рассчитаны необходимые сооружения. По окончании расчетареагентного хозяйства построена высотная схема очистных сооружений, затемвысчитаны основные сооружения и компонованы станции водоочистки. В заключенииприведен технико-экономический расчет.
1. Определениерасчетной производительности
Приопределении расчетной производительности очистной станции, кроме заданнойпропускной способности надо учитывать расход воды на собственные нужды станции,которые согласно п. 6.6 СНиП 2.04.02* [2] составляет 10–14% полезнойпроизводительности (Qпол) для станции без повторного использования промывных вод.
Расчетнаяпроизводительность очистной станции Qрасч, м3/сут, определяется по зависимости:
Qрасч= />Qпол
Где Qпол – полезнаяпроизводительность станции, м3/сут;
/> – коэффициент,учитывающий собственные нужды очистной станции.
Qрасч = /> = 7410 м3/сут.
Для удобстварасчетов переводим Qрасч, м3/сут /> qчас, м3/ч /> qсек, л/сек.
Qрасч = 7410 / 24 = 308.75 (м3/час);
qчас = 308,75 / 3600 = 0,0857(м3/сек);
qсек = 0.0857 * 1000 = 85.76(л/сек).
2. Выборметода и схемы очистки воды
2.1 Выборметода очистки
Методулучшения качества воды (УКВ), состав сооружений, расчетные дозы реагентовопределяются сравнением качества питьевой воды [1], местными условиями ирасчетной производительностью станции (п. 6.2 [2]).
Для полученияводы питьевого качества могут использоваться методы, получившие положительноегигиеническое заключение Минздрава РФ [2].
Дляопределения метода очистки воды заполним таблицу 1.
Таблица 1 –Анализ качества подлежащей обработке водыПоказатель качества воды Исходная вода Требования СанПин 2.1.4.1074 «Питьевая вода» Рекомендуемый метод УКВ Обобщенные показатели качества воды Мутность воды, М, мг/л 140 до 1,5 Реагентное осветление воды Цветность воды, Ц, град 90 до 20 Обесцвечивание воды Общая минерализация воды, Р, мг/л 340 до 1000 Общая жесткость, Ж, мг-экв/л 3,45 до 7 Величина рН, единицы рН 7,3 в пределах 6 – 9
По результатаманализа таблицы 1 исходную воду следует подвергнуть реагентному осветлению иобесцвечиванию, а также необходимо провести обеззараживание.
2.2Технологическая схема обработки воды
Технологическаясхема включает основные сооружения, обеспечивающие получение водызаданного качества и вспомогательные, предназначенные дляконтроля и создания оптимальных условий эксплуатации выбранных сооружений.Выбор основных сооружений ВОС выполняется по таблице 15 [2], взависимости от расчетной производительности, мутности и цветности воды.
Таблица 2
Основные
сооружения Условия применения
Производ-ть
станции, м3/сут Мутность, мг/л Цветность, град Обработка воды с применением коагулянтов и флокулянтов
1. Скорые фильтры (одноступенчатое фильтрование):
а) напорные фильтры
б) открытые фильтры
до 30
до 20
до 50
до50
до 5000
до 50000 2. Вертикальные отстойники – скорые фильтры: до 1500 до 120 до 5000 3. Горизонтальные отстойники – скорые фильтры 4. Контактные префильтры – скорые фильтры (двухступенчатое фильтрование) 5. Осветлители с взвешенным осадком – скорые фильтры 6. Две ступени отстойников – скорые фильтры 7. Контактные осветлители 8. Горизонтальные отстойники и осветлители с взвешенным осадком для частичного осветления воды 9. Крупнозернистые фильтры для частичного осветления воды 10. Радиальные отстойники для предварительного осветления высокомутных вод 11. Трубчатый отстойник и напорный фильтр (типа «Струя») Обработка воды без применения коагулянтов и флокулянтов
12. Крупнозернистые фильтры
для частичного осветления воды 13. Радиальные отстойники для частичного осветления воды 14. Медленные фильтры с механической или гидравлической регенерацией песка
Дляизвлечения из воды крупных плавающих примесей следует использовать барабанныесетки. При содержании в обрабатываемой воде планктона свыше 1000 кг/мл следуетустанавливать микрофильтры.
В проекте рекомендуетсяпринимать универсальный реагентную схему осветления воды, включающую: смеситель→ осветлители с взвешенным осадком или отстойники(горизонтальные, вертикальные) → скорые фильтры, блок-схемакоторой приведена на рисунке 1.
2.3Высотная схема очистной станции
Высотнаясхема позволяет установить соотношение между уровнями воды во всех основныхсооружениях очистной станции и определить необходимый напор насосной станциипервого подъема (НС‑1). Движение воды по сооружениям станциипредусматривается самотечное, а технологических стоков – самотечно-напорное.При выборе месторасположения сооружений и станции в целом необходимомаксимально использовать естественный уклон местности.
Составлениевысотной схемы начинают с резервуара чистой воды (РВЧ), расположенного натерритории ВОС, отметка воды в котором принимается ± 0,5 м относительноповерхности земли (см. задание). Отметки остальных сооружений определяютпоследовательным суммированием отметки волы в предыдущем сооружении и потерьнапора в самих сооружениях и соединительных коммуникациях, ориентировочныезначения которых принимаются по рекомендациям п. 6.219 [2] и затемуточняются расчетом.
Таблица 2 – Ориентировочныепотери напора в сооружениях и коммуникацияхВ сооружениях Потери напора, h, м В коммуникациях Потери напора, h, м в гидравл. смесителях (С) 0,5–0,6 С→О 0,3–0,4 в осветлителях со вз. ос., отстойниках (О) 0,7–0,8 О→СФ 0,5–0,6 в скорых фильтрах (СФ) 3–3,5 СФ→РВЧ 0,5–1,0
Высотнаясхема приводится в РПЗ проекта, на листе формата А4 или выносится на ватман (позаданию руководителя) и представлена на рисунке 2.
/>
1 – подачаисходной воды от НС-I; 2 – смеситель гидравлического типа; 3 – осветлитель с взвешеннымосадком; 4 – скорый фильтр; 5 – резервуар чистой воды; 6 – ввод реагентов; 7 – подачаводы потребителям.
ПЗ – отметкаповерхности земли (см. задание).
Рисунок 2 – Высотная схемаводопроводной очистной станции (выполнена в относительных отметках).
3. Расчетустановок реагентного хозяйства
Дляосветления воды на ВОС предусматривается предварительная обработка водыкоагулянтом и в зимнее время добавление флокулянта.
3.1Определение дозы реагентов для обработки воды
Необходимаядоза коагулянта определяется по таблице 16 [2] в зависимости от мутности воды впаводковый и меженный периоды. В качестве коагулянта применяется сернокислыйалюминий – Al2(SO4)3 x 18 H3O.
Так какмутность воды М = 150 мг/м3, то доза коагулянта по мутности:
Дк= 35 мг/л.
Определяемдозу коагулянта по цветности:
Дк= /> = /> = 38.
Так как висследуемой воде присутствует и цветность, и мутность, то выбираем наибольшуюдозу коагулянта – 38 мг/л (по цветности).
Необходимаядоза подщелачивающих реагентов определяется в зависимости от принятой дозыкоагулянта по п. 6.19 [2]:
Дщ= Кщ х (Дк / ек – ЩО) + 1,
где Дщ– доза извести, мг/л;
Кщ– Коэффициент, равный для извести (по СаО) – 28;
Дк– доза коагулянта, мг/л;
ек– эквивалентная масса коагулянта (безводного) в мг/мг-экв., принимается для Al2(SO4)3 – 57;
Що– щелочность воды (карбонатная жесткость воды), мг-экв/л.
Дщ= 28 (38 / 57 – 3,49) + 1 = – 78,05
Так какполучился отрицательный результат, то подщелачивание не требуется.
Уточненнаямутность воды Си, мг/л, подлежащей осветлению с учетом ее реагентнойобработки (с коагулянтом и известью вносятся дополнительные взвешенные веществаза счет недостаточной чистоты применяемых реагентов), определяется по п. 6.64[2].
Си= М + Кк х Дк + 0,25Ц + Ви,
где М –количество взвешенных веществ в исходной воде, г/м3; принимаетсяравным мутности воды;
Кк– коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия – 0,5, длянеочищенного коагулянта – 1,2.
Ви– количество нерастворенных веществ, вводимых с известью, г/м3. Нетребуется.
Си= 140 + 0,5 х 38 + 0,25 х 90 = 181,5 (мг/л);
3.2 Хозяйствоприготовления раствора коагулянта
Коагулянтподается в обрабатываемую воду в виде раствора определенной концентрации, длячего в реагентном хозяйстве предусматриваются растворные (затворные), расходныебаки и дозирующие устройства. Расчет растворных и расходных баков заключается вопределении их емкости, подборе воздуходувок и диаметра воздуховодов [2].
Объемрастворного бака Wр, м3:
Wp = (qрасч х n x Дк) / (10000х /> х bp),
где qрасч – расчетная часоваяпроизводительность ВОС, м3/ч;
n – время полного циклаприготовления раствора коагулянта принимается по п. 6.22 [2] равной 10часам;
Дк– максимальная доза коагулянта;
/> – объемная массараствора коагулянта в растворном баке, %, принимаем 24% (для гранулированногокоагулянта).
Wp = /> = 48.8 (м3).
Количестворастворных баков надлежит принимать с учетом объема разовой поставки, способадоставки и разгрузки коагулянта, его вида, а также времени растворения (п. 6.22[2]). Растворных баков должно быть не менее трех.
Конструктивно,растворные баки в нижней части следует проектировать с наклонными стенками подуглом /> к горизонтали длянеочищенного и /> – для очищенногокоагулянта. Для опорожнения баков предусматриваются трубопроводы диаметром неменее 150 мм. При применении кускового коагулянта в баках устанавливаютсясъемные колосниковые решетки с прозорами 10–15 мм (п. 6.24).
Для ускоренияпроцесса растворения рекомендуется использовать воду, подогретую до />С. Схема растворногобака представлена на рисунке 3.
Объемрастворного бака Wрасх, м3 определяют по формуле:
Wрасх = (bp x Wp) / b,
где b – концентрация растворакоагулянта в расходном баке до 12%.
Wрасх = (0,24 * 48.8) / 0,12 =97.6 (м3).
/>
1 –колосниковая решетка; 2 – коагулянт; 3, 4 – верхняя и нижняя распределительнаясистема для подачи сжатого воздуха; 5 – поплавок; 6 – подача воды длярастворения коагулянта (подогретой до />С);7 – подача сжатого воздуха; 8 – отбор раствора коагулянта; 9 – сброс осадка.
Рисунок 3 –Схема растворного бака
Количестворасходных баков должно быть не менее двух (п. 6.2 [2]). Днища расходныхбаков имеют уклон не менее 0,01 к сбросному трубопроводу диаметром не менее 100 мм.При применении неочищенного коагулянта забор раствора следует выполнять изверхнего слоя шлангом с поплавком.
Внутренняяповерхность баков (растворных и расходных) покрывается кислостойкимиматериалами (п. 6.27 [2]). Принимаем растворные и расходные бакикубической формы в плане, глубиной 0,6 – 0,25 м и определяем площади Fр и Fрасх, м.
Ускорениерастворения коагулянта и перемешивание его в баках обеспечивается подачейсжатого воздуха с интенсивностью: для растворения />р= 8 – 10 л/с*м2, для перемешивания в расходных баках />расх = 3 – 5 л/с*м2п. 6.23 [2], для чего в реагентном хозяйстве устанавливаются воздуходувки.
Общееколичество сжатого воздуха, Qвоз, л/с:
Qвоз = Qвозр + Qвозрасх
Количествосжатого воздуха, необходимое для растворения коагулянта, Qвозр, л/с, определяем поформуле:
Qвозр = />р х Fр
Количествосжатого воздуха, необходимое для перемешивания коагулянта, Qвозрасх, л/с, определяем поформуле:
Qвозрасх = />расх х Fрасх
Распределениевоздуха следует производить с использованием дырчатых труб из кислотостойкихматериалов (полиэтилен). Расчет распределительной системы заключаетсяв подборе диаметров воздуховодов по расходу и скорости движениявоздуха в трубах; подборе их перфорации. Скорость движениявоздуха в трубах принимается VВОЗ = 10–15 м/с. Скорость выхода воздуха из отверстий20–30 м/с; диаметр отверстий 3–4 мм. Отверстия направлены вниз.
3.3 Выбордозирующих устройств
Дозированиераствора коагулянта на ВОС предусматривается дозатором. Количество дозаторовпринимается в зависимости от числа точек ввода и производительности дозатора,но не менее двух (один резервный).
Подборнасоса-дозатора выполняется по таблице 6 в зависимости от расчетной егопроизводительности, qН-Д, м3/ч, определяемой по формуле:
qН-Д = (QРАСЧ х ДК) / (РСх 24 х 1000),
где РС– содержание безводного продукта в товарном коагулянте в%. Принимается попаспорту коагулянта, для предварительных расчетов 33,5%.
qН-Д = (308.75 x 38) / (0.335 x 24 x 1000) = 1.46 (м3/ч)
Таблица 6 – Характеристиканасосов-дозаторов типа НДХарактеристика Марка насоса-дозатора НД‑120/6 НД‑400/6 НД‑800/би НД‑1200/би Производительность (номинальная) в л/ч 120 400 800 1200 Мощность электродвигателя в кВт 0,6 1,0 1,0 1,7
Размеры в мм
длина
ширина
высота
680
272
540
840
300
634
847
300
634
875
319
672 Вес дозатора с электродвигателем в кг 78 108 115 135
Реагенты следует вводить одновременнос вводом коагулянта в смеситель или трубопровод перед ним (п. 6.19[2]).
3.4Приготовление известкового молока
В качествеподщелачивающего реагента на станции осветления воды чаще всего применяетсяизвесть Са (ОН)2. Ввиду низкой растворимости извести, на станцииготовится известковое молоко концентрацией до 5%, для чего вреагентном хозяйстве устанавливается сатуратор.
Расчетсатуратора заключается в определении его производительности и габаритныхразмеров.
Производительностьсатуратора qСАТ, м3/ч определяется по формуле:
qСАТ = qСаО / ССаО,
где qСаО – количество вводимогоСаО, г;
ССаО– содержание СаО в насыщенном растворе, г/м3, принимается дляпредварительных расчетов 15%.
3.5 Расчетскладских помещений реагентного хозяйства
На ВОСприменяется сухое и мокрое складирование. Сухоескладирование надлежит производить в закрытых складах, примыкающих к помещению,где устанавливаются баки для приготовления раствора коагулянта.
При мокромхранении коагулянта емкость баков и их количество определяется согласно п. 6.205,6.206 [2].
Сухоескладирование реагентов. Площадь склада для коагулянта FКОАГ, в м2 определяемпо формуле:
FКОАГ = (QРАСЧ х ДК х Т хα) / (10000 х GО х РС х hК),
где Т – продолжительностьхранения коагулянта на складе, сут., Т=15–30 дней (п. 6.202 [2]);
α – коэффициентдля учета дополнительной площадки для проходов на складе, равный 1,15;
GО – объемная массакоагулянта при загрузке склада навалом 1,1 т/м3;
hК – допустимая высота слоякоагулянта на складе, hК=2 м (п. 6.204 [2]);
РС– содержание безводного продукта в коагулянте, для неочищенного Al2(SO4)3, РС=33,5%.
FКОАГ = (308.75 х 38 х 30 х1,15) / (10000 х 1,1 х 0,335 х 2) = 404771.25/ 7370 = 54.92 (м2)
Площадьсклада для извести FИЗВ в м2определяется по формуле:
FИЗВ = (QРАСЧ х ДИЗВ х Т хα) / (10000 х GОИЗВ х РСИЗВ х hКИЗВ),
ДИЗВ– максимальная доза для подщелачивания воды, г/м3;
GОИЗВ – объемная масса известипри загрузке 1 т/м3;
РСИЗВ– содержание безводного продукта в товарной извести, 15%;
hКИЗВ – допустимая высота слояизвести в м, hКИЗВ=1,5 м (п. 6.204 [2]).
Т.к. подщелачиваниене требуется, то склад для извести не нужен.
4. Обеззараживаниеводы
Обеззараживаниеводы на станции осветления предусматривается хлором, который поставляется встальных баллонах вместимостью до 100 кг жидкого хлора.
Расчетхлораторной установки заключается в определении доз активногохлора ДСl, мг/л; точек вводахлора и их количества; подборе дозирующих устройств (хлораторов).
Принимаетсяобеззараживание воды двойным хлорированием: первичное ДСlI=5–8 мг/л (хлор вводитсяв нижнюю часть смесителя) и вторичное ДСlII= 2–3 мг/л (хлор вводитсяв трубопровод перед резервуаром чистой воды). Хлорагенты вводятся в воду за 1–3 миндо ввода коагулянта (п. 6.18 [2]).
Необходимый расходхлора QСl, кг/сут (кг/ч) определяется как сумма расходовдля первичного QСlI, кг/сут и вторичногоQСlII, кг/сут хлорирования:
QСl = QСlI + QСlII,
QСlI = (QРАСЧ + ДСlI) / 1000,
QСlII = (QРАСЧ + ДСlII) / 1000.
QСlI = (308.75+ 8) / 1000 = 0.316(кг/сут),
QСlII = (308,75 + 3) / 1000 =0,312 (кг/сут),
QСl = 0,316 + 0,312 = 0,628(кг/сут).
Длядозирования хлора в зависимости от необходимого его количества применяются хлораторы:
СистемыЛ.А. Кульского
ЛК‑10 с расходом хлора 40–800 г./ч;
ЛК‑11 с расходом хлора 0,5–4,5кг/ч;
системыЛОНИИ‑100 двух модификаций: 0,08–2,05 и 1,28–20 кг/ч.
При расходехлора 0,628 кг/сут можно взять хлоратор Кульского ЛК‑11 или хлораторсистемы ЛОНИИ‑100 модификации 0,08–2,05 кг/ч.
Количествохлораторов должно быть не менее двух. При количестве до двух рабочих хлораторовприменяется один резервный, при более двух – два резервных. Для повышениянадежности обеззараживания рекомендуется дозирование хлорапроводить раздельно на каждое место ввода.
Установкахлораторов производится в специальном помещении хлораторной, где по числу хлораторовустанавливаются и промежуточные баллоны для задерживания загрязнений предпоступлением хлорного газа в хлоратор из баллонов. Съем газообразного хлора S, кг/ч, без подогревабаллонов, при температуре 18˚С, принимают 0,5–0,7 кг/ч с одного баллона,при искусственном подогреве можно эту величину увеличить до 3 кг/ч.
К каждойгруппе хлораторов необходимо подключить nБАЛ, шт. баллоновсоответственно
nIБАЛ = qClI/ S,
nIIБАЛ= qCII/ S,
где qClI и qCII- необходимый часовойрасход хлора для первичного и вторичного хлорирования соответственно, кг/ч.
nIБАЛ = 0,356 / 0,628 = 1 (шт.)
nIIБАЛ = 0,350 / 0,628 = 1(шт.)
Суточнаяпотребность в баллонах NСУТ, шт.
NСУТ = QCl/ М,
где М – вместимостьбаллонов с жидким хлором, кг.
NСУТ = 0,628 / 100 = 63 (шт.)
Месячныйзапас хлора NБ, шт. хранится в расходном складе и определяется
NБ = NСУТ х 30.
NБ = 63 * 30 = 1890 (шт.)
В помещениихлораторной хранятся резервные баллоны, число которых составляет не менее 50%суточной потребности. При суточной потребности в три баллона и более вхлораторной располагается промежуточный склад хлора для хранения трехсуточногозапаса.
Приустройстве хлораторной необходимо выполнение определенных требований по техникебезопасности, предусмотренных п. 6.148 – 6.156 [2]. Для обеспечения безопасностихлораторные располагаются на первом этаже с двумя выходами наружу. Вхлораторных необходима установка вентилятора, рассчитанного на 12‑кратныйобмен воздуха в час. Перед хлораторной необходим тамбур, где хранятсяспецодежда и противогазы, а также монтируются выключатели для вентиляции иосвещения. Электроосвещение предусматривается герметичной аппаратурой.
5. Расчетвихревого смесителя
Дляравномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды и быстрого ихперемешивания принимаем вертикальный (вихревой) смесительгидравлического типа.
/>
1 – корпуссмесителя; 2 – отверстия сборного лотка; 3 – сборный лоток; 4 – боковой карман;5 – подача воды в смеситель; 6 – ввод реагентов в смеситель; 7 – отводящийтрубопровод; 8 – сброс в канализацию.
Рисунок 4 – Схема вихревогосмесителя
Расчетвихревого смесителя заключается в определении его габаритных размеров; расчетеводосборной системы (перфорация сборных лотков); в определении диаметров проводящегои отводящего трубопроводов.
5.1Определение габаритных размеров смесителя
Смесительпринимается квадратным в плане, с прямоугольной верхней частью (успокоителем) ипирамидальной нижней. Центральный угол между наклонными стенками α=30–45˚(п. 6.45[2]).
Количествосмесителей следует принимать один при суточной производительности станции до8000 м3/сут, и два свыше.
Площадьгоризонтального сечения верхней части смесителя ƒВ, м2 определяется позависимости:
ƒВ =qЧ / VВ,
где qЧ — расчетный часовойрасход станции осветления воды, м3/ч;
VВ – скорость восходящегопотока на уровне водосборного лотка, принимается по [2] 28–40 мм/с (90–144 м/ч).
ƒВ =308.75/ 100 = 3,09 (м2)
Сторонаверхней части смесителя ВВ, м определяется черезплощадь
ВВ= ƒВ0,5,
ВВ= /> = 1.76 (м)
Площадинижнего сечения смесителя ƒН, м2 определяется по внешнемудиаметру подводящего осветляемую воду трубопровода ДН, мм (ДН=ВН).
По расчетномусекундному расходу qС, л/с и рекомендуемой п. 6.45 [2] скорости движения VН, м/с по [4], подбираетсядиаметр подающего в смеситель трубопровода Д, мм. Следует принимать стальнойтрубопровод.
Таблица 7 – Наружныйдиаметр стальных труб в ммД 50 80 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600
ДН 66 98 118 170 222 274 326 378 429 480 532 635
Подводящаятруба встраивается в нижнюю пирамидальную часть смесителя и площадьнижнего сечения, ƒН, м2, можно вычислить поформуле:
ƒН= (ДН)2 = (ВН)2.
ƒН= 0,3782 = 0,14 (м2)
Полнаявысота смесителя Н, м включает
Н = hН + hВ
Высотанижней (пирамидальной) части смесителя hН, м определяется
hН = 0,5 х (ВВ –ВН) х ctg (α/2),
hН = 0,5 х (1,76 – 0,378) х2,605 = 1,8 (м)
тогда можноопределить объем пирамидальной части смесителя WН, м3
WН = 0,33 х hН х (ƒВ +ƒН).
WН = 0,33 х 1.8 х (3,09 +0,14) = 1.92 (м3)
Полныйобъемсмесителя W,м3 определяется из гидравлической зависимости:
W = (qЧ х t) / 60,
где t – продолжительностьсмешения реагентов с осветляемой водой, принимается 1,5–2,0 мин.
W = (308,75 х 1,5) / 60 = 7.72(м3)
Объемверхней части смесителя WН, м3
WВ = W – WН.
WВ = 7.72 – 1.92 = 5.8 (м3)
Высотаверхней части смесителя hВ, м составляет
hВ = WВ / ƒВ.
hВ = 5.8 / 3.09 = 1.87 (м)
5.2 Расчетсборной системы смесителя
Сбор водыпроизводится в верхней части смесителя сборным лотком через затопленныеотверстия. Вода, протекающая по лотку двумя потоками, собирается в боковойсборный карман и по отводному трубопроводу отводится на дальнейшую очистку.
Площадьживого сечения сборного лотка ωЛ, м2 вычисляется
ωЛ= qЛ / (VЛ х 3600),
где qЛ – расчетный расходкаждого потока воды, м3/ч,
VЛ – скорость движения водыв периферийном сбросном лотке, принимается по рекомендации п. 6.45 [2]равной 0,4–0,6 м/с.
qЛ = 0,5 х qЧ;
qЛ = 0,5 х 308,75 = 154.375(м3/ч)
ωЛ= 154,375 / (0,6 х 3600) = 0.071 (м2)
Расчетнаявысота слоя воды hЛ,м при принятой bЛ = 0,27 м, будет
hЛ = ωЛ / bЛ.
hЛ = 0,071 / 0,27 = 0,26 (м)
Сборный лотоквыполняется с уклоном дна в сторону бокового кармана неменее 0,02. Размеры сборного бокового карманапринимаются конструктивно с учетом того, что в нижней части егоразмещают отводящую трубу.
Диаметротводящей трубы ДОТВ, м определяется по qС л/с и скорости движенияводы в трубопроводе VОТВ=0,6–1,0 м/с (п. 6.49 [2]) поформуле (или по [4])
ДОТВ= /> м/с
ДОТВ= /> = 1,11 (м)
6. Расчеткоридорного осветлителя
Коридорныйосветлитель, как и отстойник, предназначен для предварительного выделениякоагулированных взвешенных веществ из воды.
Расчет осветлителей выполняетсяс учетом годовых колебаний качества воды для двух периодов (п. 6.78[2]):
– минимальноймутности осветляемой воды при минимальном расходе (взимний период);
– максимальноймутности воды и максимальном расходе (в летний период).
Расчет осветлителя включаетопределение его габаритных размеров; расчет подводящихи отводящих систем; системы принудительного отводаосадка в зону шламонакопления;шламоотводящей системы.
Минимальноеколичество осветлителей принимают два, причем площадь одного не должна превышать100–150 м2. При числе осветлителей менее 6‑ти следуетпредусматривать один резервный.
6.1Определение размеров осветлителя
Площадьодного осветлителя включает в себя площадь двух коридоров осветления ирасположенного между ними осадкоуплотнителя.
Площадьосветлителя F,м2, определяется по формуле:
F = FОСВ + FОТД,
где FОСВ, FОТД — площади зоны осветленияи отделения осадка соответственно, м2, определяются п. 6.78 [2]
FОСВ = (КР.В х qЧ) / (3,6 х VОСВ),
FОТД = qЧ х (1 – КР.В)/ (3,6 х VОСВ),
где КР. В-коэффициентраспределения воды между зонами осветления и отделения осадка, определяется по таблице8 для зимы и лета;
VОСВ – скорость восходящегопотока в зоне осветления в мм/с, принимается по таблице 8 для зимы илета.
Таблица 8. Расчетныепараметры коридорного осветлителяМутность воды, поступающей в осветлитель, мг/л
Скорость восходящего потока в зоне осветления VОСВ, мм/с
Коэффициент распределения воды, КР. В в зимний период в летний период от 50–100 0,5–0,6 0,7–0,8 0,70–0,80 100–400 0,6–0,8 0,8–1,0 0,80–0,70 400–1000 0,8–1,0 1,0–1,1 0,70–0,65 1000–1500 1,0–1,2 1,1–1,2 0,64–0,60
Так какмутность воды, поступающей в осветлитель имеет 150 мг/л, то скоростьвосходящего потока в зоне осветления равна 1, о мм/с, а коэффициентраспределения воды – 0,75.
FОСВ = (0,75 х 308,75) / (3,6х 1) = 64.32 (м2)
FОТД = 308,75 х (1 – 0,75) /(3,6 х 1) = 21.44 (м2)
F = 64.32 + 21.44 = 85.76(м2)
Площадькаждого из двух коридоров осветления ƒК, м2
ƒК= FОСВ / (n х 2),
где n – количество рабочихосветлителей, шт., (следует согласовывать с типовыми проектами ВОС).
Так какплощадь одного осветлителя не должна превышать 100 – 150 м2, топринимаем 1 осветлитель.
ƒК= 64.32 / (1 х 2) = 32.16 (м2)
Площадьосадкоуплотнителя ƒО.У, м2
ƒО.У= FОТД / n.
ƒО.У= 21.44 / 1 = 21.44 (м2)
Ширинукоридора осветлителя принимаем в соответствии с размерами балок, тогда длинакоридора
ℓК= ƒК / 2,6.
ℓК= 32,16 / 2,6 = 12.36 (м)
Ширинаосадкоуплотнителя выше окон для приема осадка bО. У, м определяется:
bО.У = ƒО.У /ℓК.
bО.У = 21.44 / 12.36 = 1,73(м)
6.2 Расчетводосборных желобов
Вода изкаждой зоны осветления собирается желобами прямоугольного сечения (п. 6.84[2]), расположенными в верхней части зоны, по боковым стенкам коридоров (по дважелоба на каждый коридор).
Расходводы на каждый желоб qЖ, м3/ч составляет
qЖ = КР.В (qЧ / n) / (nК х nЖ),
где nК – количество коридоров восветлителе, 2 шт.;
nЖ – количество желобов водном коридоре, 2 шт.
qЖ = 0,75 х (308,75 / 1) /(2х2) = 57.89 (м3/ч)
Площадьсечения желоба ƒЖ, м2
ƒЖ= qЖ / VЖ,
где VЖ – скорость движения водыв желобах, принимается 0,5–0,6 м/с [2].
VЖ = 0,5 * 3600 = 1800(м/ч)
ƒЖ= 57.89 / 1800 = 0,0322 (м2)
Задаваясь высотой желоба hЖ = 0,04–0,06 м (п. 6.84[2]), определяем его ширину
bЖ = ƒЖ / hЖ, м.
bЖ = 0,03 / 0,05 = 0,64 (м)
Желобапредусматриваются с треугольными водосливами, расстояние между осями которыхпринимается 100–150 мм.
6.3 Расчетосадкоприемных окон
Избыточноеколичество взвешенного осадка поступает в осадкоуплотнитель через осадкоприемныеокна.
Площадьосадкоприемных окон ƒОК, м2 рассчитывается по общемурасходу воды поступающей с избыточным осадком в осадкоуплотнитель.
qОС = (1 – КР.В)х qРАСЧ,
где qРАСЧ – расчетный расход наодин осветлитель, м3/ч;
qРАСЧ = qЧ / n,
qРАСЧ = 308,75 / 1 = 308,75 (м3/ч)
qОС = (1 – 0,75) х 308,75 =77.18 (м2)
С каждойстороны в осадклуплотнитель будет поступать qОК, м3/ч,
qОК = qОС / 2.
qОК = 77.18 / 2 = 38.59 (м3/ч)
Площадь оконс каждой стороны осадкоуплотнителя ƒОК, м2
ƒОК= qОК / VОК,
где VОК – скорость движения водыс осадком в окнах, принимается равной с 10–15 мм/с (36–54 м/ч) всоответствии с п. 6.83 [2].
ƒОК= 38.59 / 50 = 0,77 (м2)
Высота окон hОК = 0,2 м, тогдаобщая их длина с каждой стороны осадкоуплотнителя
ℓОК= ƒОК / 0,2 м.
ℓОК= 0,77 / 0,2 = 3.85 (м)
Устраиваем скаждой стороны по 10 окон, с расстоянием между ними 0,4–0,5 м.
6.4Определение высоты осветлителя
Высотаосветлителя считается от центра водораспределительного коллектора до верхнейкромки водосборных желобов НОСВ, м
НОСВ= (bК – 2 х bЖ) / 2 х tg 0,5 α,
где α – центральныйугол, образованный прямыми, проведенными от оси водораспределительногоколлектора к верхним точкам кромок водосборных желобов, должен быть не более30˚.
НОСВ= (2.6 – 2 х 0,64) / 2 х 0,2679 = 1,98 (м)
Высотапирамидальной части осветлителя hПИР, м
hПИР = (bК – а) / 2 tg 0,5 α1,
где а – ширинакоридора по низу, м, принимается 0,4 м;
α1 — центральный угол наклона стенок коридора к горизонтали, α1 = 60–70˚.
hПИР = (2,6 – 0,4) / 2 х0,6249 = 1,76 (м)
Высотавертикальных стенок hВЕРТ, м осветлителя в пределах взвешенного слоя должна быть не менее 1–1,5 м.
hВЕРТ = НОСВ — hЗАЩ — hОК — hПИР,
где hЗАЩ — высота защитного слоянад перепускными окнами; принимается 1,5 м для мутных и 2 м дляцветных вод.
hВЕРТ = 1.98 – 2 – 0,2 – 1,76 =1,9 (м)
Если hВЕРТ не вошла в пределы 1–1,5 м, надо изменитьвысоту осветлителя НОСВ, изменив угол α.
Общая высотазоны взвешенного осадка hВ. О, м, должна находиться в пределах 2–2,5 м иопределяется из соотношения:
hВ.О = hВЕРТ + 0,5 х hПИР.
hВ.О = 1,9 + 0,5 х 1,76 =2,78 (м)
6.5 Расчетосадкоуплотнителя
Расчетзаключается в определении необходимого объема осадкоуплотнителя W, м3, продолжительностиуплотнения осадка Т, ч и расчете шламоотводящих труб.
Рабочийобъем осадкоуплотнителя W, м3 при одной трубе
W= ℓКОР х [bО.У х hВЕРТ + (0,5 х hПИР х bО.У / 2)].
W= 12.36 х [1,73 х 1,9 +(0,5 х 1,76 х 1,73 / 2)] = 41.38 (м3)
Времянакопления осадка Т, ч
Т = W х δСР / qОС,
где qОС — количество взвешенныхвеществ, поступающих в осадкоуплотнитель, кг/ч
qОС = 1000 кг/ч
Средняяконцентрация взвешенных веществ принимается 24 кг/м3
Т = 41.38 х24 / 1000 = 0.99 (ч)
Дырчатыетрубы для удаления осадка (шлама) располагаются по продольной оси дна, гдесходятся наклонные стенки осадкоуплотнителя.
Диаметршламоотводящих труб dШ, мм рассчитывается изусловия отведения накопившегося осадка не более, чем за t =15–20 мин, прискорости осадка в конце трубы VШ не менее 1 м/с и в отверстиях VШОТВ не более 3 м/с. (п. 6.87[2]).
Через каждуюшламовую трубу должен обеспечиваться пропуск расхода qОС1, м3/ч за расчетное время
qОС1 = W / (nОС х t) → k/c → м3/c
где nОС — количествоосадкоотводящих труб, шт., принимается 1 или 2 в зависимости от шириныосадконакопителя.
qОС1 = 41.38 / (1 х 0,25) =165.52 (м3/ч)/>0,0459 м3/с
По расходу qОС1 и скорости в трубе, потаблицам [4], подбирается dШ, мм, причем диаметр шламоотводящих труб долженбыть не менее 150 мм.
Площадьотверстий шламовой трубы ƒОШ, м2
ƒОШ= qОС1 / VШОТВ
ƒОШ= 0,0459 / 3 = 0,015 (м2)
Принимаем диаметр отверстий dШОТВ не менее 20 мм,определяем площадь одного отверстия ƒОШ1,м2 и количество отверстий nОШ, шт.
nОШ = ƒОШ /ƒОШ1.
Шаготверстий ℓ2 = ℓК / nОШ, м не должен быть более0,5 м.
7. Расчетскорого фильтра
Для полученияводы питьевого качества, отвечающей требованиям [1], на ВОС предусматриваютсяскорые фильтры (СФ) открытого типа с зернистой загрузкой и скоростью фильтрованияVФ = 5–12 м/ч (рисунок6).
Расчет фильтра выполняетсяв соответствии с указаниями [2]. Заключается в определениигабаритных размеров фильтра, их количества; расчете верхней(сборных желобов) и нижней дренажной (сборно-распределительной)систем; вычислении потерь напора в фильтре при промывке.
Фильтры рассчитываютсяна работу при нормальном и форсированном (частьфильтров находится в ремонте при промывке) режимах. При количествефильтров до 20, возможен вывод на ремонт только одного фильтра.
При производительностиВОС более 1600 м3/сут, количество фильтров N, шт. должно быть неменее 4‑х; при QРАСЧболее 8000–10000 м3/сутколичество фильтров определяется расчетом п. 6.99 [2].
Тип иосновные технические характеристики фильтра выбирают по [2, таблице 21] изаносят в таблицу 11.
Таблица 11 – Характеристикавыбранного фильтраТип фильтра Характеристика фильтрующего слоя Скорость фильтрования при разных режимах работы, м/ч Материал загрузки Диаметр зерен, мм Коэфф.неод-ти, Кн Высота слоя, Нф, м Нормальный Форсированный min max экв.
Выписываются выбранные параметры из таблицы 21 /> /> /> /> /> /> /> /> />
Фильтрующаязагрузка в скорых фильтрах располагается на поддерживающем слое,в котором укладывается распределительная система большогосопротивления. Крупность фракций и высота поддерживающих слоев принимается потаблице 12 (п. 6.104 [2]).Общая высота поддерживающего слоя обычно непревышает 500 мм, с крупностью зерен в верхнем слое 5–2 мм.
Таблица 12 – Конструкцияподдерживающего слояКрупность зерен, мм Высота слоя, мм Примечание 40–20 Верхняя граница слоя должна быть на уровне верха распределительной трубы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий дренажной системы В таблице представлена последовательность засыпки слоев снизу вверх 20–10 100–150 10–5 100–150 5–2 50–100
Для зернистойзагрузки скорых фильтров используются кварцевый песок, дробленый керамзит идругие материалы, обеспечивающие технологический процесс и обладающие химическойстойкостью и механической прочностью.
7.1Определение размеров фильтра
Общаяплощадь фильтрации FФ, м2вычисляется по формуле (п. 6.98[2])
FФ = QРАСЧ / (ТСТ х VФ – 3,6 х n х ω х t1 – n x t2 x VФ),
где ТСТ — продолжительность работы станции в течение суток, ч, принимаем круглосуточнуюработу ВОС т.е. ТСТ =24 ч;
VФ — расчетная скоростьфильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимается (таблица 11);
n – число промывок каждогофильтра в сутки (п. 6.97);
ω – интенсивностьпромывки, л/(с х м2);
t1 – принятаяпродолжительность промывки, ч;
t2 – время простоя фильтрапри промывке, принимается в соответствии с п. 6.98 [2] 0,33 ч.
Интенсивность промывки ω, л/(с хм2) и ее продолжительность t1, ч принимаетсяпо таблице 13 в соответствии с выбранным типом фильтра.
Таблица 13 – Параметрыпромывки скорого фильтраТип фильтра и его загрузки
Интенсивность промывки, ω, л/(с х м2)
Продолжительность промывки, t1, ч Величина относительного расширения загрузки, е, %
СФ с однослойной загрузкой Д, мм:
0,7–0,8
0,8–1,0
1,0–1,2
12–14
14–16
16–18 6–5
45
30
25 СФ с двухслойной загрузкой 16–18 7–6 50
FФ = 7410 / (24 х 6 – 3,6 х 2 х12,5 х 0,1 – 2 х 0,33 х 6) = 55,71 (м2)
Площадьодного фильтра, ƒ, м2 определяется
ƒ = FФ / N.
N = 0,5/> = 0,5/>= 4
ƒ = 55,72/ 4 = 13,93 (м2)
По величинеƒ, м2 определяются размеры фильтра (ширина b, м и длина а, м), которыесогласовываются с соответствующим типовым проектом ВОС. Фильтрыпроектируются прямоугольными (квадратными) в плане.
b = 13.93 / 4 = 3.48 (м)
При площадифильтра менее 40 м2принимают конструкцию фильтров с боковым карманом, при большейплощади – рекомендуется проектировать фильтры с центральнымраспределительным карманом.
7.2 Расчетдренажной распределительной системы
Впроектируемом фильтре проектируется трубчатая распределительная(дренажная) система большого сопротивления с выходом воды в поддерживающиеслои. Предназначена для равномерного распределенияпромывной воды по площади фильтрующей загрузки при промывке и равномерногосбора профильтрованной воды. Выполняется система из стальных или полиэтиленовыхтруб.
/>
1 – центральнаяраспределительная труба (коллектор); 2 – дырчатые ответвления; 3 – отверстияраспределительной системы.
Рисунок 7 – Схема дренажнойраспределительной системы
Дренажная системасостоит из центрального распределительного коллектораи дырчатых ответвлений. Расчетсистемы заключается в подборе диаметров распределительныхтруб и расчете их перфорации.
Рассчитывается система на пропускводы, необходимой для промывки одного фильтра qПР, л/с
qПР = ƒ х ω, →м3/с,
qПР =13,93 х 12,5 = 174,13(л/с)/>0,174 м3/с
Диаметрцентрального коллектора ДКОЛ, мм определяется
ДКОЛ= />
где VК — скорость движения водыв коллекторе, м/с принимается 1,0–1,5 м/с;
ДКОЛ= /> = 1,77 (м)
По таблице7 выписываем соответствующий наружный диаметр коллектора ДКОЛН,мм, тогда длина одного ответвления ℓОТ,м будет
ℓОТ= 0,5 х (b – ДКОЛН).
ℓОТ= 0,5 х (3,48 – 1,77) = 0,86 (м)
Площадьфильтра, приходящаяся на одно ответвление ƒОТВ,м2 определяется
ƒОТВ= 0,5 х (b –ДКОЛН) х m,
где m – расстояние междуответвлениями, м принимается по п. 6.105 [2] в пределах 0,25–0,35 м.
ƒОТВ= 0,5 х (3,48 – 1,77) х 0,3 = 0,26 (м)
Количествоответвлений NОТВ, шт. составляет
NОТВ = FФ / ƒОТВ,
NОТВ = 55,72 / 0,26 = 214 (шт.)
Полученнаявеличина округляется до четного целого числа т. к. ответвлениярасполагаются с двух сторон центрального коллектора.
Расходпромывной воды, поступающей в фильтр через одно ответвление qОТВ, л/с составляет
qОТВ = ƒОТВ хω.
qОТВ = 0,26 х 12,5 = 3,25
Скорость движения вответвлениях, по рекомендации п. 6.106 [2], не должна превышатьVОТВ = 1,5–2,0 м/с. Поскорости VОТВ, м/с и расходу qОТВ, л/с по [4] подбираем соответствующий диаметрответвлений dОТВ, мм.
Перфорация дренажной системырассчитывается с соблюдением рекомендаций п. 6.105[2]:
– диаметротверстий dО, мм (принимаются 10–12 мм);
– общаяплощадь отверстий должна составлять 0,25–0,50% от FФ, м2;
– отверстиярасполагаются в нижней части ответвлений в два рядав шахматном порядке под углом 45˚ к вертикали.
Общаяплощадь всех отверстий ∑ƒО, м2 составляет
∑ƒО= (0,5 – 0,25) х FФ / 100
∑ƒО= (0,5 – 0,25) х 55,72 / 100 = 0,14 (м2)
ЗадавшисьdО, мм, определяется площадьодного отверстия ƒО, м2, общееколичество отверстий NО = ∑ƒО / ƒО,шт. и количество отверстий, приходящееся на одно ответвлениеNО1 = NО / NОТВ, шт.
Правильность выполнения расчетов контролируетсяопределением расстояния между двумя отверстиями на ответвлениях,которое должно быть в пределах 150–200 мм и проверкой соотношенийперфорации.
Списоклитературы
1 СанПиН 2.1.4.1074Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных системпитьевого водоснабжения. Контроль качества. // Российская газета. – 2001 –11 – 14 – с. 11–15
2 СНиП 2.04.02–84Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Р. – М.: ГУП ЦПП Госстрой России,2000
3 Кожинов В.Ф. Очисткапитьевой и технической воды: Примеры и расчеты. – М.: Стройиздат, 1971.
4 Пурас Г.Н., Пономаренко М.И.,Иванова М.Т. и др. Системы водоснабжения и водоотведения сельскихпоселений. Водоснабжение/ Справочное пособие. Часть II. Гидравлический расчетводопроводных труб – Новочеркасск, НГМА. 2003.
5 Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение.– М.: Стройиздат, 1995.
6 Смагин В.Н., Небольсина К.А.,Белякова В.М. Курсовое и дипломное проектирование посельскохозяйственному водоснабжению. – М.: Агропромиздат. – 1990.