Расчет технологической станции очистки воды

 

 

КО-3 (промывка водой и воздухом)
Взрыхление загрузки воздухом (первый этап):
продолжительность, мин	1...2
интенсивность подачи воздуха, л/(с·м2)	18...20
Совместная водовоздушная промывка (второй этап):
продолжительность, мин	6...7
интенсивность подачи воздуха, л/(с·м2)	18...20
интенсивность подачи воды, л/(с·м2)	3...3,5

 

Для промывки рекомендуется использовать очищенную воду, но можно применять и неочищенную, если ее мутность менее 10 мг/л и коли-индекс – до 1000 ед/л. Воду, предварительно обработанную на барабанных сетках (микрофильтрах) и обеззараженную, хранят в специальной емкости. Если для промывки используют очищенную воду, то из санитарных соображений предусматривают разрыв струи перед подачей ее в резервуар для хранения промывной воды.[46]

 

Исходные данные.

Обрабатываемое количество воды Q = 5579,57 м3/сут . Качество воды: мутность 100 мг/л, цветность 50°, запах при t = 20 °С 3 балла. Жесткость общая 6,6 мг·экв/л, щелочность 3,4 мг·экв/л.\

4.3.Расчет входной камеры.

 Объем входной камеры, м3, определяем по продолжительности

(t =3 мин) пребывания воды в ней:

Wвх.к = Q∙t/24∙60,                                                                 (4.1)

Wвх.к = 5579,57∙3 / 24∙60 = 11.6 м3.

При двух последовательно включенных камерах площадь каждой составляет, м2:

Fвк.к = Wвх.к / h,                                                                      (4.2)

где h – глубина камеры; h = 2,5 м.

Fвк.к = 11.6 / 2,5 = 4.64 м2.

Размеры камеры в плане:

a = b =

В стенке между камерами устанавливаем плоские съемные сетки с ячейками размером 2...4 мм, площадь которых равняется, м2:

Fсеток= q / (3600·vсетки), м²                                                   (4.3)

где vсетки – скорость в сетке;  v сетки = 0,2 м/с.

Fсеток = 232.5 / (3600·0,2) = 0.3 м2.

Высота камеры на 2,5 м выше кромки желобов в осветлителях при одинаковой отметке дна. Входную камеру оборудуем устройствами для промывки сеток, спускной и переливной трубами. Нижняя часть камеры имеет наклонные стенки под углом 50° к горизонту.

Высота конической части камеры:

h кон = а / 2 ctg (90° – 50°) = 2 / 2 сtg·40° = 1,19 м.

Полная высота камеры:

H = h + h кон = 2,5+1,19 = 3.69 м = 3.7м.

Перед контактными осветлителями устанавливаем микрофильтр

МФ 1,5´1, один рабочий и один резервный, имеющий следующие заводские данные: размеры ячеек сеток в свету 40 мкм, общие потери напора на микросетке 0,5 м, расход воды на промывку микрофильтров 2 % профильтровавшейся воды.[42]

Площадь контактного осветлителя, м2:

             (4.4)

где Q – расход обрабатываемой воды, м3/сут., Q = 5579,57 м3/сут.; М – продолжительность работы станции в течение суток, ч; M = 24 ч; n – число промывок в сутки, n = 2; ω – интенсивность промывки, л/(с м2), ω = 13 л/(с·м2); t1 продолжительность одной промывки, ч, t1 = 0,133 ч; t2 – время простоя фильтра, ч, t2 = 0,33 ч; t3 – продолжительность сброса первого фильтра, ч, t3 = 0,17 ч.

Количество контактных осветлителей на станции: Nк.о=0,5∙ ∙ =3,5≈4шт.

Площадь одного контактного осветлителя:

fк.о = 51/4 = 12,8 м2.

Расчетная скорость фильтрования при форсированном режиме, м/ч:

vр.ф = vp·N /(N – 1),                                                             (4.5)

где vp – скорость фильтрования;  vp = 4,5 м/ч.

vр.ф = 4,5·4/(4 – 1) = 6м/ч.

Принимаем контактный осветлитель с трубчатой распределительной системой и загрузкой из кварцевого песка с поддерживающими слоями из гравия, с боковым каналом типа КО-3 и размером каждого отделения в плане 3,2´4 м.

Расчет трубчатой распределительной системы. Расход промывной воды, приходящейся на один контактный осветлитель fк.о = 12,8 м2, составляет [при интенсивности промывки ω = 13 л/(с·м2)]

qкол = 13 ∙12,8 = 166,4 л/с = 0,1664м3/c.

Принимаем скорость движения воды при промывке vкол = 1,2 м/с, тогда диаметр коллектора

               

,                                                        

Наружный   диаметр   стальной   трубы   по   ГОСТ 10704-76   равен

D = 400 мм.

Длина одного ответвления:

lот = ½ (2,8 – 0,4)  = 08 м =  800мм.

Так как шаг оси ответвлений должен быть l = 0,25...0,35 м (принимаем

l = 0,3 м), то число ответвлений m = 2/0,25 = 8 (2 м – длина контактного осветлителя).

Расход промывной воды, приходящийся на одно ответвление,

qотв = qкол / m = 166,4 / 8 = 20,8 л/с.

Допустимая скорость в трубопроводах распределительной системы должна  быть  не  более  1,8...2 м/с,  тогда  диаметр  ответвления  составит

d отв = 80 мм, что соответствует скорости движения воды v = 2 м/с.[15]

Диаметр отверстий в ответвлениях принимаем do=10 мм = 0,01 м. Площадь отверстия f0 = Отношение a площади всех отверстий распределительной системы к площади осветлителя равно 0,2 %, а число отверстий на каждом ответвлении – n:

Расстояние между осями отверстий при размещении их в один ряд

l0 = 800 / 40 = 20 мм.

 

 

4.4. Расчет желобов для сбора и отвода промывной воды

При расходе промывной воды на КО qnp = 0,1664 м3/с и числе желобов

nж = 2 расход воды на один желоб:

qж = 0,1664/2 = 0,0832м3/с.

Расстояние между осями желобов lж = 2/2 = 1 м (2м– ширина осветлителя).

Принимаем металлические желоба пятиугольного сечения шириной, м:

,                                    (4.6)

где K – коэффициент; K = 2;  а – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, а = 1,5.

Полезная высота желоба  hж = 1,25·B = 1,25·0,12 = 0,15 м, а полная высота с учетом толщины дна стенки

Высота кромки желоба над поверхностью КО, м:

hж = Н·e / 100 + 0,3,                                               (4.7)

где Н – высота фильтрующего слоя, м; Н = 2 м; е – относительное расширение фильтрующей загрузки; е = 25 %.

hж = 2·25/100 + 0,3 = 0,8 м.

При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать  создание  подпора  на  выходе  в  него  воды  из  желобов.  Поэтому расстояние от дна желоба до дна сборного канала должно быть не

менее, м:

 

                              (4.8) 

где bкан – ширина канала, м; по условиям эксплуатации bкав = 0,7 м.

 

Расход воды, %, на промывку фильтров:

                        

                                 (4.9)

где qпр – количество воды, необходимой на промывку одного фильтра, м3; qпр = = ω·Fф·t·60; ω – интенсивность промывки, л/(с·м2); ω = 13 л/(с·м2);

Fф – суммарная площадь  всех  фильтров, м2;  t – продолжительность  промывки  фильтра, ч;  t = 8 мин; N – число фильтров; Qч – часовой расход, м3/ч;

T – продолжительность работы фильтра между промывками (полезный фильтроцикл), ч;

T = T1 – (t2 + t3) = 12 – (0,33 + 0,17) = 11,5 ч;

T1 – время  между  промывками;   T1 = 12 ч;   t2 – время  простоя  фильтра;  

t2 = 0,33 ч; t3 – продолжительность сброса первого фильтра; t3 = 0,17 ч.

Суточная потребность воды на промывку фильтров

Qпp = Qполн.сут   Pф = 5579,57∙0,12= 669,5м3/cyт.

 

4.4. Подбор промывного насоса.

Для определения требуемого напора промывного насоса вычисляем потери напора в фильтре при промывке, которые складываются:

из потерь напора в распределительной системе фильтра, м:

где a – отношение площади всех отверстий к площади коллектора;

a = 0,2;

потерь в поддерживающих слоях гравия, м:

hп.с = 0,022 · Нс.г · w, (4.10)

где Нс.г – высота слоя гравия; Нс.г = 0,5 м;

hп.с = 0,022·0,5 · 13 = 0,14 м;

 

потерь в фильтрующем слое, м:

hф = (а + b·ω) H, (4.11)

где а, b – параметры для загрузки 1...2 мм; а = 0,85 и b = 0,004;

hф = (0,85 + 0,004·13) 2 = 1,8 м;

потерь в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору (принимаем v = 1...1,2 м/с), м:

hт,p = i·l + hк·v2/2g , (4.12)

где i – гидравлический уклон для d = 400мм и q = 166,4 л/с; i = 0,0039; l – длина трубопровода при промывке от наносов; l = 60 м; hк – сумма коэффициентов местного сопротивления, м (две задвижки К1 = 0,26, три отвода K2 = 0,284 три тройника К3 = 0,92); hк = 6,232 м;

hт,p = 0,0039·60 + 6,232·1,22/2·9,81 = 0,69 м.

Суммарные потери напора:

hпр = hр.с +  hп.с + hф + hтр = 4,31 + 0,14 + 1,8 + 0,69 = 6,94 м.

Геометрическая высота подъема воды:

 м.

Необходимый напор промывного насоса, м:

Нн = hг + hпр + hз.н, (4.13)

где hз.н – запас напора на начальное загрязнение загрузки; hз.н = 1,5 м.

Нн = 2,8 + 6,94+ 1,5 = 11,24м;

Qн = 166,4л/с.

Для подачи промывной воды Qnp = 166,4 л/с принято два рабочих и один  резервный  насос  К290-30а  с  подачей  Q = 10,75л/с  каждый,  напором

Н = 24 м, мощностью электродвигателя Nэл = 30 кВт,  = 1450 об/мин.

 

4.5 Обеззараживания воды

Для обеззараживания питьевой воды применен гипохлорит натрия марки «А» выпускаемый по ГОСТу 11086-76 Волгоградским ПО «Каустик».

Сущность метода обеззараживания воды гипохлоритом натрия заключается в том, что благодаря высокой антибактериальной активности и широкому спектру действия на различные микроорганизмы, это дезинфицирующее средство нашло применение во многих направлениях человеческой деятельности, в том, числе и при обработке воды.[32]

Процесс дозирования гипохлорита натрия на первичное и вторичное хлорирование - непрерывный. Дозирование осуществляется через щелевые дозаторы по самотечной схеме 4% водным раствором ГХН, который приготавливается в затворно—растворных емкостях (W=3 м3 каждый).

Закачка гипохлорита натрия из контейнеров в емкость для хранения производится при помощи химических насосов марки ХЦМ 9/25М. Этими же насосами производится закачка ГХН из емкости для хранения в емкости для приготовления рабочего раствора (4%) концентрации.

После каждой операции по перекачке гипохлорита, технологическое оборудование и трубопроводы подвергаются промывке водой. Сброс промывной воды осуществляется в свободную рабочую емкость. Промывная вода в последствии используется для приготовления разбавленного 4% раствора гипохлорита натрия.

Удаление абгазов из емкостей осуществляется при помощи эжекторов, вода после которых поступает в камеру реакции. Кроме того в существующем отделении хлорирования имеется действующая принудительная приточно-вытяжная вентиляция с 6-ти кратным обменом воздуха.

Выбор конструкционных материалов для технологического оборудования, арматуры и трубопроводов определяется антикоррозионными свойствами сырья и материалов, обращающихся в производстве.[34]

Основным конструктивным материалом является полипропилен, на который имеется сертификат соответствия.

 

4.7 Напорный электролезёр.

Назначение. Напорный электролизёр относится к устройствам для электрохимической обработки воды и может быть использован в водоснабжении для осветления, обезжелезивания и комплексной очистки воды, а также в системах защиты окружающей среды для очистки промышленных и других стоков совместно с водочистными установками (таких, как Дельта-фильтр, установка «Струя»).

Существенными достоинствами данного напорного электролизёра является то, что в нем отсутствуют значительные по площади изоляционные материалы, которые могли бы растворяться под действием электрического тока, ухудшая тем самым качество воды, и облегчена его эксплуатация.

Рис. 4.2 Схема электролизёра.

Напорный электролизёр (электрокоагулятор) (рис.4.2) содержит корпус 1 с крышкой 2, снабженной подводящим и шламовым патрубками соответственно 3, 4, 5. Торцевые стенки 6 корпуса 1 выполнены воронкообразными для обеспечения спокойного течении воды при входе её из подводящего патрубка 3 в корпус 1 и на выходе из него в отводящий патрубок 4. Внутри корпуса 1 с зазором 7 относительно торцевых стенок, крышки и днища размещены пластинчатые анодные и катодные электроды 8 и 9. Они образуют два гребенчатых пакета, вложенных друг в друга с зазорами 10 между пластинами, направленными от входного к выходному патрубкам и обеспечивающими движение очищаемой воды вдоль корпуса 1 с заданной скоростью.

Зазоры 10 образованы посредством токопроводящих вкладышей 11, размещённых между одноименными электродами у противоположных ребер основания гребенчатых пакетов. Чтобы разноименные электроды не касались друг друга, толщина каждого вкладыша должна быть больше толщины пластины электрода. Токопроводящие вкладыши 11 могут быть выполнены любой формы: в виде квадрата, треугольника и т.д. Вкладыши, например, в виде прямоугольных треугольников, размещенных гипотенузами навстречу

друг другу, снижают турбулентность потока воды, что способствует осаждению грубодисперсных продуктов электролиза на дно корпуса 1 и выводу их через шламовый патрубок 5 и вентиль 12. В боковых стенках напротив вкладышей имеются отверстия 17, в которые вставлены с зазором к корпусу 1 винты-клеммы 15 с гайками 16 на них внутри корпуса 1. Между гайками 16 и корпусом 1, гребенчатыми пакетами и корпусом 1 напротив вкладышей 11 вставлены изоляционные прокладки 14, обеспечивающие зазор между электродами и боковыми стенками корпуса.