Изучение схем и сооружений по подготовке воды для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения

Контрольная работа.

Целью данной контрольной работы является изучение схем и сооружений по подготовке воды для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.

Задание:

а) выбрать технологическую схему подготовки питьевой воды, исходя из качества исходной воды и производительности станции;

б) составить высотную схему очистных сооружений в соответствии с выбранной технологической схемой;

в) определить дозу коагулята и суточное потребление коагулянта и хлора;

г) рассчитать все сооружения, входящие в технологическую схему очистки;

д) определить потери воды в охладителях;

ё) рассчитать один из охладителей (по заданию).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ п/п	Исходные данные	Значения
1	Расход воды, м3/сут: хоз.-питьевые нужды Контур 1 Контур 2	1400 1100 200
2	Качество исходной воды: мутность, мг/л; цветность, град; солесодержание, мг/л	300 20 350
3	Отметка земли у очистной станции Zo	12
4	Потери воды в контуре 2, % контур 2: потери с осадком	1,0 8
7	Температура воздуха по смоченному термометру, ° С	16
8	Перепад температур, °С	6
9	Скорость фильтрования, м/ч	6
10	Интенсивность промывки, лс*м2	10
11	Рассчитываемый тип охладителя: брызгальный бассейн градирня	+
12	Напор перед соплами, м вод. ст.	6

Исходные данные:

Исходные данные:

Таблица 1

 

1. Подготовка воды для промышленного  водоснабжения.

 

Вода, растворы и суспензии играют важную роль во многих производственных процессах. Каждый производственный процесс предъявляет свои требования к качеству воды. Особое внимание следует уделять назначению подпиточной воды и вопросам повторного использования и циркуляции воды, важность которых в данное время возрастает.

Следует контролировать следующие показатели качества циркуляционной воды:

• содержание сульфатов и карбонатов щелочноземельных металлов для предотвращения их осаждения;
• количество всех растворенных неорганических солей - для предотвращения повышения электропроводности воды и усиления коррозии;
• количество разлагающихся органических веществ, солей аммония и фосфатов, способствующих росту аэробных и анаэробных бактерий;
• содержание детергентов - для предотвращения пенообразования;
• температуру, чтобы избежать промежуточного охлаждения или сброса излишне горячей воды в реку.

2. Выбор схемы осветления  воды и составление высотной  схемы.

Исходя из качества исходной воды (мутности и цветности), а также расчетной производительности станции, в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 выбирают расчетную схему осветления (Табл. 2) и составляют схему водопровода (Рис. 1).

Высотную схему начинают составлять с наиболее низко расположенного сооружения - резервуара чистой воды. При определении отметок уровня воды в элементах сооружений водоочистной станции за начальную отметку принимают отметку поверхности земли площадки водоочистной станции Zo.

 

Таблица 2

 

Рекомендации по выбору схемы осветления воды при ее обработке

с применением коагулятов

Сооружения станции очистки воды	Условия предпочтительного применения
	по качеству исходной воды		по производительности станции, м3/сут
	мутность, мг/л	цветность, мг/л
Вертикальные отстойники и фильтры	до 2500	любая	до 3000
Осветлители со взвешенным осадком и фильтры	до 2500	любая	более 3000
Горизонтальные отстойники и фильтры	до 2500	любая	более 30000
Контактные осветлители	до 150	до 150	любая

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема водопровода:

I - река, II - сооружения очистки воды, III - промышленное предприятие,

1 - водоприемный оголовок; 2 - береговой водоприемный колодец, совмещенный с насосной станцией I подъема; 3 - смесители; 4 - блок осветлителей или отстойников; 5 - блок фильтров; 6 - резервуары чистой воды; 7 - насосная станция

 

Отметку наивысшего уровня воды в резервуаре чистой воды Z обычно назначают по экономическим и санитарным соображениям на 0,5 м выше отметки Zo. Затем, задаваясь потерями напора, определяют отметки уровней воды в отдельных сооружениях станции и соединительных коммуникациях между ними (Табл. 3). На рисунке 2 представлена высотная схема водопроводной очистной станции.

 

Таблица 3

Потери напора в водоочистных сооружениях и

соединительных коммуникациях

 

Сооружения и соединительные коммуникации	Рекомендуемые	Принятые
	Потери напора, м
Смесители	0,4-0,9	0,5
Камеры хлопьеобразования	0,4-0,5	0,5
Отстойники	0,6-0,7	0,6
Осветлители со взвешенным осадком	0,7-0,8	0,7
Фильтры	3,0-3,5	3,0
От смесителя к отстойникам	0,3-0,5	0,4
От смесителя к осветлителям со взвешенным осадком	0,5	0,5
От отстойников или осветлителей со взвешенным осадком к фильтрам	0,5-1,0	0,7
От фильтров к резервуарам чистой воды	1,0	1,0

 

По таблице 2 в соответствии с заданием выбираем осветлители со взвешенным осадком и фильтры мутностью до2500 мг/л, цветность любая, производительность станции более 3000 м3/сут.

Отметка Z0=12 м (таблица 1), отметка наивысшего уровня воды в резервуаре  чистой воды:

Z1= Z0+0,5=12+0,5=12,5 м.

Принятые потери напора представлены в таблице 3

На рисунке 2 представлена высотная схема водопроводной очистной станции.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Высотная схема водопроводной очистной станции:

1 - насосная станция I подъема; 2- смеситель; 3 - осветлитель со слоем взвешенного осадка; 4 - скорые фильтры; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция II подъема; 7- реагентное хозяйство

 

 

3. Расчет расхода реагентов.

 

Поскольку исходная вода, забираемая из открытого источника, содержит взвешенные и растворенные окрашенные вещества, то для ускорения процессов их удаления в нее добавляют коагулянты. В качестве коагулянта чаще всего используют сернокислый алюминий A1(S04)3*18H20, гидролизующийся с образованием трудно растворимых оснований А1(ОН)3. Гидролиз коагулянта сопровождается образованием в воде положительно заряженного золя гидроокиси, обладающего развитой поверхностью, на которой сорбируются частично или полностью потерявшие отрицательный заряд коллоидные и высокомолекулярные примеси обрабатываемой воды.

Доза коагулянта определяется в зависимости от мутности исходной воды по таблице 4, а для цветных вод - по формуле:

Dk=4

где    Ц - цветность воды, град. Ц=20 град.

При одновременном содержании в воде взвешенных веществ и цветности доза коагулянта выбирается по большему значению.

По таблице 4 согласно исходным данным (мутность 300 мг/л) доза коагулянта 40-60 мг/л.

Dk=4, Dk=4=17,9 мг/л, принимаем Dk=40 мг/л

Количество коагулянта, необходимое для работы станции в течении суток W

W=Dk=Qхоз.п·24/1000

Где Qхоз.п –суточное потребление воды предприятием, м3/сут

(Qхоз.п=1400 м3/сут согласно таблице 1)

W=40·1400·24/1000=1344 кг

Обеззараживание воды может быть осуществлено с помощью хлорирования, озонирования, бактерицидного облучения и др. Наибольшее распространение получило обеззараживание хлорсодержащими реагентами. Обычно хлорирование производится в два этапа: предварительное - дозой 3 - 5 мг/л хлора при поступлении воды на станцию и вторичное - дозой 1 - 2 мг/л для обеззараживания воды перед поступлением ее в резервуар чистой воды. Расчетный суточный расход хлора для хлорирования определяется:

- на  предварительное  G1 = Q хоз.п ·Dхл/1000

G1 =1400·3/1000=4,2кг

- на вторичное             G2 = Q хоз.п ·Dхл/1000

G2 =1400·1/1000=1,4 кг.

 

 

4. Расчет смесителя.

 

Перемешивание исходной воды с реагентами происходит е течение 1-2 минут в смесителе. Смесители могут быть дырчатые, шайбовые, перегородчатые, вертикальные и механические.

Вертикальный смеситель представляет собой круглый или квадратный в плане резервуар с конической или пирамидальной нижней частью. Центральный угол между наклонными стенками α = 30-40°. Вода входит в смеситель снизу со скоростью 1-1,5 м/с, выходит из смесителя на уровне водосборных устройств со скоростью 25 мм/с. Нагрузка по воде на один смеситель не должна превышать 1200 - 1500 м3/ч. Время пребывания воды в смесителе вертикального типа 1,5 - 2 мин. Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

где    Qч - часовая производительность станции, м/ч;

Vв - скорость восходящего движения воды, равная 90-100 м/ч.

Принимаем Qч=58,3м3/ч в соответствии с исходными данными,

Vв=100 м/ч

Fв.см= Qч/ Vв

Fв.см.=58,3/100=0,6 м2

Если смеситель круглый в плане, то его диаметр:

Dв.см.=

Dв.см.= м

 

Трубопровод, подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя со скоростью Vн = 1 - 1,2 м/с, имеет сечение:

Fн= Qч/3600Vн

Fн = =0,016 м2

Расчетный диаметр Dт=

Dт==0,14 м=140 мм

Принимаем Dт=200 мм

Площадь нижней части усеченной пирамиды в месте примыкания этого трубопровода:

Fн = Dт2

Fн=0,22=0,04 м 2

Высота нижней (пирамидальной ) части смесителя:

hн=0,5(Вв.см.- Dт)ctgα/2

принимаем α=300,тогда

hн=0,5(0,9-0,2)ctg300/2=1,3м

Объем пирамидальной части смесителя:

Wн= hн (Fв+ Fн+)

Wн= ·1.3(0,6+0,016+)=0,3 м3

Полный объем смесителя

Wсм=Qч·t/60,

где t=1...2 мин- время пребывания воды в смесителе

Wсм=58,3·2/60=1,94 м3

Объем верхней части смесителя

Wв= Wсм- Wн

Wв=1,94-0,3=1,64 м3

Высота верхней части смесителя

hв= Wв/ Fв

hв=1,64/0,6=2,7 м

 

 

 

 

 

 

Схема вертикального смесителя представлена на рисунке 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Схема вертикального смесителя:

1 - подача исходной воды; 2 - отвод воды из смесителя;

3 - сброс (опорожнение смесителя); 4 - подача реагентов

 

Так как в технологическую схему очистки воды включены осветлители со взвешенным осадком то камеры хлопьеобразования не требуются.

 

5. Расчет осветлителя со взвешенным осадком.

Осветлители проектируют круглыми или прямоугольными в плане, и они имеют четыре основные рабочие зоны: взвешенного осадка, осветления, отделения осадка и уплотнения осадка. В зависимости от расположения зон отделения и уплотнения осадка их подразделяют на осветлители с горизонтальным и вертикальным осадкоуплотнителем.

Осветлитель коридорного типа с вертикальным осадкоуплотнителем состоит из двух коридоров и осадкоуплотнителя. Схема осветлителя представлена на рисунке 4. Общая площадь осветлителя:

Fосв = Fотд + Fз.осв

Площадь зоны осветления рассчитывают по формуле:

Fз.осв  = Крв Qч/ 3,6 V осв

где    Крв - коэффициент распределения между зонами осветления и

                 отделения осадка, принимают равным 0,7;

V осв - скорость восходящего потока воды в зоне осветления,

           принимают равной 1 мм/с.

Площадь зоны отделения осадка определяют по формуле:

Fотд = Qч (1 - Крв) / 3,6 V осв

Выполняем расчеты:

Fз.осв  =0,7·58,3/3,6·1=12 м2

Fотд =58,3(1-0,7)3,6·1=4,9 м2

Fосв =4,9+12=16,9 м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Схема осветлителя со взвешенным осадком коридорного типа:

1 - подача воды на осветлитель; 2 - отвод воды из осветлителя; 3 - осадкоприемные окна; 4- отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 5 - отвод осадка из осадкоуплотнителя

Для определения размеров осветлителей в плане задаются его длиной, принимаемой 6 - 8 м. Ширина зоны осветления будет:

Восв = Fз.осв  /  L осв

где    L - принятая длина осветлителя, м.

Восв =12/5=2,4 м

Количество осветлителей будет:

N = Восв  / 2 Восв

где Восв -ширина одного коридора, принимается 2-3 м.

 Принимаем  Восв=2 м

N =2,4/2·2=0,6

При дробном значение N количество осветлителей увеличивают до целого числа в большую сторону.

Принимаем N =1.

Ширина зоны отделения осадка определяется по формуле:

Вотд = Fотд / Lосв ·N

Вотд =4,9/5·1=1 м

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

 

6. Расчет скорых фильтров

Окончательное осветление воды производится на скорых фильтрах. Вода, поступающая на фильтры, должна содержать взвешенные вещества не более 8 - 12 мг/л. После фильтров мутность воды не должна превышать 1,5 мг/л. На скорых фильтрах осветляется предварительно скоагулированная вода.

Скорый безнапорный фильтр (Рис. 5) представляет собой резервуар, загруженный слоями песка и гравия, крупность которых возрастает сверху вниз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Схема скорого безнапорного фильтра:

1 - подача воды на фильтр; 2 - трубопровод сброса первого фильтрата; 3 - боковой карман; 4 - ответвления трубчатого дренажа; 5 - коллектор дренажа; 6 - рубопровод для сброса промывных вод; 7 - промывные желоба; 8- отвод фильтрованной воды; 9- подача промывной воды

Фильтрующий слой песка лежит на поддерживающих слоях крупного песка и гравия, предназначенных для предотвращения вымывания мелкого песка и равномерного распределения воды по площади фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. Поддерживающие гравийные слои соприкасаются с распределительной трубчатой системой, собирающей профильтрованную воду. Эта вода отводится в резервуары чистой воды.

При фильтровании происходит загрязнение зернистой загрузки, что приводит к возрастанию потерь напора в фильтре. Когда эти потери достигают 2,5 - 3 м вод.ст., фильтр отключается на промывку. Промывка производится обратным током воды снизу вверх интенсивностью 10 - 18 л/см2. Суммарная площадь скорых фильтров:

Fф = Qхоз.п. / (T·Vрн – 3,6 nqt1 – nt2 Vрн - n Vрн t3)

где     Т - продолжительность работы станции в течение суток, принимают 24 ч;

Vрн - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, м/ч;

п - количество промывок фильтра за сутки, принимают 2;

q - интенсивность промывки, л/с-м ;

t1 - продолжительность промывки, принимают 0,1 ч;

t2 - время простоя фильтра в связи с промывкой, принимают 0,33 ч;

t3 - продолжительность сброса первого фильтрата в канализацию, принимают 0,17 ч.

Fф =1400/(24·8-3,6·2·10·0,1-2·0,33·8-2·8·0,17)=7,9 м2

Количество фильтров на станции рассчитывается по формуле

Nф=0,5

Устройство менее двух фильтров не допускается.

Nф=0,5=1,4

Принимаем Nф=2

 

 

7. Расчет охлаждающих устройств  оборотных систем водоснабжения.

В целях рационального использования воды устраиваются оборотные системы водоснабжения, позволяющие значительно сократить расход свежей воды. Условно чистые стоки промышленных предприятий направляют на водоохладители с последующим их возвращением к теплообменным устройствам. В этом случае подачу свежей воды осуществляют только на компенсацию безвозвратных потерь, В качестве водоохладителей применяют пруды-охладители, брызгальные устройства, градирни.

 

7.1. Определение  потерь воды в охладителях.

При охлаждении воды часть ее теряется на испарение. Величина потерь на испарение определяется по формуле

q = k·t,

где     q - количество испарившейся воды в процентах от циркуляции;

k - коэффициент, учитывающий долю теплопередачи испарением в

      общем процессе теплопередачи, принимают от 0,8 до 1,1; k=1,0;

t - перепад температур, 0С.

t=6 0С (согласно таблице 1)

q = 1,0·6 =6 %

Кроме потерь на испарение некоторое количество ее выносится из испарителя с воздухом. Потери на унос приведены в таблице 4.

Таблица 4

Потери воды на унос

Тип охладителя	Потери воды, %	Тип охладителя	Потери воды, %
Брызгатьные бассейны производительностью, м3/ч: до 500	2-3	градирни: открытые	0,5-1,5
более 500	1,5-2	башенные	0,5-1,0

 

Из таблицы 4 и таблицы 1;  qу =1,5 %

 

 

В результате испарения повышается концентрация минеральных солей циркуляционной воды. Для предотвращения выпадения солей жесткости производят постоянную продувку системы оборотного водоснабжения, т. е. удаление части циркуляционной воды. Солевое содержание циркуляционной воды стабилизируется, если количество солей, удаляемых из системы при продувке и в результате уноса, будет равно количеству солей, приносимых с добавочной водой.

С доб (р1 + р2 + р3) = Сцирк (р2 + р3)

где     Сдо6 и Сцирк - концентрация солей жесткости соответственно в

                   добавочной и циркуляционной  воде; Сцирк=2000 мг/л;

р1 - потери воды на испарение, %;

р2 - потери воды на унос с воздухом, %;

р3 - потери воды, сбрасываемые для продувки системы, %.

р1= q ; р2= qу ; Сдо6=350 мг/л (из таблицы 1);

Определяем р3 ;

Р3 = · р1 - р2 ;

р3 = ·6-1,5= -0,23%

- 0,23 % ˂ 0, следовательно продувка системы не требуется

 

7.2. Расчет брызгальных устройств.

Брызгальные бассейны представляют собой открытые емкости, в которых смонтирована сеть распылительных устройств. Охлаждение осуществляется за счет контакта распыленных частиц с воздухом.

Температура нагретой воды иногда достигает 36°С. Разность между нагретой и охлажденной водой должна составлять 5-10° С.∆t=6 0C (табл. 1)

Сложность процесса охлаждения в брызгальных устройствах затрудняет разработку теоретических методов теплового расчета. Поэтому для определения температуры охлажденной воды используют эмпирические зависимости, полученные на основании опытных данных.

Задаваясь температурой воздуха, измеренной смоченным термометром, и разностью температур, которую желательно получить по диаграмме, определяют температуру охлажденной воды при напоре перед соплами

Н=6 м вод. ст. и скорости ветра 2 м/с (Рис. 6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Диаграмма определения температуры охлажденной воды

При большем напоре из температуры охлажденной воды, полученной по диаграмме, вычитают поправку, определяемую по дополнительному графику (Рис.7). tсм=16 0С (из таблицы 1)

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Диаграмма определения поправки к температуре охлажденной воды

По диаграмме рис. 6 находим t’ох.в.

t’ох.в.=26 0С, по диаграмме рис.7 t’’ох.в.=2,1 0С,

 отсюда tох.в.=26-2,1=24,9 0С – температура охлажденной воды

 

Размеры брызгального устройства определяются расходом охлаждаемой воды и плотностью орошения, которая принимается 0,8-1,2 м3/ч на м2. Площадь брызгального бассейна исходя из 16-часовой работы:

Fб.б. = Qконтур 1/q·16 ,

где  q - плотность орошения, м3/ ч на м2, q=1,0 м3/ч на м2

Расход в контурах  1 и 2 (таблица 1)

Qконтур = = =55 м3/ч ;

Fб.б.=55·1/1·16=880 м2

В бассейне должно быть не менее двух секций, В целях эффективной работы бассейна распределительные линии должны располагаться параллельно направлению господствующих ветров, и расстояние между крайними соплами одной линии не должно превышать 45 м (Рис. 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Схема брызгального бассейна: 1 - подача воды на охлаждение;2 - отвод охлажденной воды; 3 - разбрызгивающее устройство