Техника и технологии водоотчистки

Емкость баков водонапорных башен определяют из условия неблагоприятной работы всей системы, то есть исходя из предложения, что пожары происходят в часы наибольшего  водопотребления и что в это  время расходование воды для собственных  целей очистной станции (промывка фильтров) не прекращается.

Емкость баков водонапорных башен определяется как сумма регулирующей емкости  и объема воды, необходимой для  тушения в течение 

10 минут одного  внутреннего и одного наружного  пожара:

W_б =W_р+(q_п + 2 * 2,5)* 10*60/1000 м³                                                     (6)

W_б =550,16+(35 + 2 *2,5)* 10*60/1000 = 574,16 м³   

Принимаем две водонапорные башни.

Емкость одного регулирующего бака составляет:  

W_б = 287,1 м³

Геометрические  размеры бака определяют из рекомендуемого соотношения высоты и диаметра бака: Н₀ = 0,7 Д_б.

Тогда   W_б⁰ = (πД_б²/4) * Н₀

W_б⁰ = 0,55 Д_б³

Д_б = ³√ W_б⁰/0,55 = ³√ 287,1/0,55 = 8,1 м.

Диаметр бака одной башни  Д_б = 8,1 м.

Высота  бака Н₀ = 5,7 м.

Емкость резервуаров чистой воды на станции  очистки

W_рез= W_р+ W_п+ W_ф + 3q_чmax -3*4,17/100 Q_{сут max}  ,                               (7)

где  W_ф – объем воды, необходимый для собственных нужд очистной станции (на промывку фильтров) в течение 3 часов:

W_ф = 3(0,05-0,08) Q_{сут max}  /24

W_ф = 3(0,05-0,08)* 23920/24=89, 7

      W_рез= 550,16+ 864+ 89, 7 + 3*1315,6  - 3*4,17/100*23920 = 5450, 7≈ 5500м³

Емкость резервуаров чистой воды определяется соотношением режимов работы насосных станций I и II подъема. Накопление чистой воды в резервуарах происходит в период с 19⁰⁰ до 6⁰⁰. За эти 11 часов насосы I подъема подадут объем воды, равный 0,0417 * 23920*11 = 10972,1 м³ ;насосы II подъема подадут из резервуаров в сеть объем воды, равный 0,035* 23920* 11 = 9209,2 м³. Необходимый объем резервуаров чистой воды:

W_рез = 10972, 1 - 9209, 2 = 1762, 9≈ 1800 м³.

Выбираем  больший объем – 1800 м³.

1.3 Построение пьезометрической линии.

      Подбор насосов II подъема

Минимальный свободный напор в сети водопровода  при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание должен приниматься при одноэтажной  застройке не менее 10м, при большей  этажности на каждый этаж следует  добавлять 4м;

Н_СВ = 10 + 4 (Э – 1),                                                                                      (8)

где Э – этажность застройки. Н_св = 10 + 4 (5 – 1) = 26 м.

Диктующей точкой является точка а ( Рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. №2 Пьезометрическая линия.

Пьезометрическая  линия характеризует падение  напора в сети в часы максимального  водопотребления, когда из-за движения воды по водоводу появляются потери напора по длине.

Высоту  водонапорной башни (высота расположения дна бака башни) определяют из соотношения  высот:

Н_б + Z_б = Z_а + Н_св + h_ба,                                                                                 (9)

Откуда  Н_б = Н_св + h_ба – (Z_б - Z_а),                                                                (10)

где h_ба – потери напора на участке от башни до диктующей точки а;  h_ба = i * 1_ба ; i = (5 – 8) м вод.ст. на 1км.

Н_б = 26 +8 * 0,5 – (52 - 38) = 16 м.

Пьезометрическая  линия от насосной станции второго  подъема до башни определяет необходимый  напор насосов второго подъема  из соотношения

Z_н + Н_II – h_нб = Z_б + Н_б + Н_о,                                                                        (11)

Откуда  Н_II = (Z_б – Z_н) + (Н_б + Н_о) + h_нб + (2 – 2,5),                                  (12)

где (2-2,5) –  потери напора во внутренних коммуникациях  насосной станции.

Н_II = (52 – 30) + (16 +5,7 ) + 8 * 1,5 + 2,4 = 58,1 м вод. ст.

 

 

Подбор насосов станции  II подъема

Насосы  подбирают по каталогам центробежных насосов для чистых жидкостей  по требуемым производительности и  напору.

Из совмещенного графика водопотребления и режимов  работы насосных станций ( Приложение 1)  следует, что в час максимального водопотребления (с 8 до 12 ч) подача воды насосами II подъема составляет 6% от суточного хозяйственно-питьевого потребления.

С учетом пожарного водопотребления насосы второго подъема должны обеспечить подачу

Q_II = 0,06 Q_{сут max} + Q_п.ч                                                                                (13)

Q_II = 0,06 *23920 +288 = 1740≈1800м³/ч

Примем 4 насоса, тогда каждый насос должен подавать 500 м³/ч при требуемом напоре 58,1  м вод.ст.

По каталогам  подбираем марку насоса.

Требованиям удовлетворяет насос  Д 500-65 (10 Д-6) с параметрами:

Подача 500 м³/ч; напор – 65 м вод.ст.; двигатель – 100 кВт: масса агрегата – 1680 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Качество воды и основные методы ее очистки

Качество  природной воды зависит от наличия  в ней различных веществ неорганического  и органического происхождения.

Содержание  в воде нерастворенных веществ характеризуется  мутностью в мг на литр.

Присутствие в воде гумусовых веществ характеризуется  цветностью в градусах по так называемой платинокобальтовой шкале.

Содержание  в воде соли кальция и магния придают  ей жесткость.

Загрязненность  воды бактериями характеризуется количеством  бактерий, содержащихся в 1 куб.см воды.

Методы  очистки воды зависят от качества природной воды, потребляемого расхода  и требований к ее качеству. При  очистке речной воды для хозяйственно-питьевых нужд наиболее широко применяют осветление, обесцвечивание и обеззараживание  воды (дезинфекцию).

Более глубоко  и более эффективно осветление воды происходят при коагулировании и  пропуске через «взвешенный слой»  хлопьев, ранее отделенных от воды в  осветлениях.

Для глубокого  осветления воды применяют ее фильтрование через песчаные фильтры.

Коагулирование  с последующим отстаиванием и  фильтрованием, а затем хлорирование воды применяют также для устранения цветности и снижения окисляемости воды.

Обеззараживание воды производят хлорированием, озонированием, ультрафиолетовым облучением.

Для снижения жесткости (умягчения), обессоливания  и дегазации воды применяют химические и физико-химические методы обработки  воды. Их применяют одновременно с  отстаиванием и фильтрованием.

 

2.2 Выбор технологической  схемы очистки воды

В процессе очистки вода должна пройти ряд очистных сооружений, в которых осуществляются принятые методы очистки.

Наиболее  распространенные технологические  схемы очистки речной воды для  хозяйственно-питьевых целей.

1. Глубокое  осветление, обесцвечивание и обеззараживание  воды путем коагулирования и  последовательного осветления воды  в отстойниках и на фильтрах.

Природная вода насосами I подъема 1 подается в смеситель 3, куда одновременно подаются реагенты, приготовленные в реагентном  цехе 2. После смешения с реагентами вода поступает в камеру хлопьеобразования 4, где происходит процесс агломерации взвешенных (мутность) и коллоидальных (цветность) частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью (2-10 мм/с). При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в

осадок. Из отстойников  воду подают на фильтры 6 для глубокого  осветления путем пропуска ее через  толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются  загрязнения. Для их удаления фильтры  выключают из работы и промывают.

Осветленную воду обеззараживают и собирают в  резервуарах чистой воды 7, где обеззараживание  завершается в результате контакта с дезинфекторами (хлором, озоном).

Рис. №3 Схема  осветления, обесцвечивания и обеззараживания  воды с применением отстойников  и фильтров.

Вода, подаваемая в сеть, не должна содержать озона, так как он вызывает коррозию труб и оборудования. Поэтому воду, обработанную озоном, выдерживают в резервуарах  до завершения расходования озона.

2. Метод  глубокого осветления, обесцвечивания  и обеззараживания воды.

Рис. №4 Схема  осветления, обесцвечивания и обеззараживания  воды с применением осветлителей и фильтров.

1-насосы  Ι подъема; 2- реагентный цех; 3-смеситель; 4- осветлитель со взвешенным осадком; 5- фильтры; 6- резервуары чистой воды; 7- насосы  ΙΙ подъема.

Отличие от раннее описанной схемы состоит  в том, что в ней отстойники заменены осветлителями, при применении которых отпадает необходимость  в устройстве камеры хлопьеобразования. Процесс коагуляции взвесей и осветления воды происходит во взвешенном слое осадка.

3. Отличие  метода в том, что лишь одно  сооружение для осветления воды  – контактные осветлители.

Рис. №5 Схема  осветления, обесцвечивания и обеззараживания  воды на контактных осветлителях

1-насосы  Ι подъема; 2- реагентный цех; 3-смеситель; 4- контактный осветлитель; 5- резервуары  чистой воды; 6- насосы  ΙΙ подъема.

В них  коагуляция взвесей и осветление воды происходят одновременно. Укрепление частиц в хлопья происходит не в  свободном объеме, а на поверхности  зерен фильтрующего материала под  действием сил прилипания (контактная коагуляция). Общий объем очистных сооружений по этой схеме значительно меньше, чем по предыдущим. Эту схему можно применять при малом содержании в воде взвешенных веществ – до 150-200 мг/л.

По рассмотренным  технологическим схемам обесцвечивание воды происходит в результате сорбции  коллоидных гумусовых веществ, обусловливающих  цветность воды.

При выборе сооружений для осветления и обесцвечивания воды рекомендуется руководствоваться  исходными данными.

В соответствии с исходными данными: мутность – 250 мг/л; цветность – 80 град выбираем для обработки воды с применением  коагулянтов и флокулянтов контактные осветители. Выбранной технологии соответствует  третий метод, представленный на Рис. №4.

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа. Этим обеспечивается непрерывность  работы очистных станций при авариях  и эксплуатационных отключениях  сооружений.

Взаимное  высотное расположение сооружений предусматривают  с таким расчетом, чтобы движение воды от сооружения к сооружению было самотечным. Разность отметок уровней  воды в расположенных рядом сооружениях  должна быть равна потерям напора при движении воды между сооружениями по трубопроводам и лоткам, а также  в самих сооружениях.

2.3 Реагентное хозяйство

Коагулирование осуществляют для ускорения процесса осветления и обесцвечивания воды.

Дозу  коагулянта Д_к , мг/л, в расчете на  Al₂(SO₄)₃ , FeCl₃, Fe₂(SO₄)₂ принимают по таблице 5.

 

 

Таблица 5

Доза коагулянта

Мутность воды, мг/л	Доза безводного коагулянта, мг/л
До 100 Свыше 100 до 200 Свыше 200 до 400 Свыше 400 до 600	25 – 35 30 –  40 35 – 45 45 - 50

 

При одновременном  содержании в воде взвешенных веществ  и цветности принимают большую из доз коагулянта.

Дозу  флокулянтов (в дополнение к дозам  коагулянтов) следует принимать: полиакриламида (ПАА) по безводному продукту при вводе  перед отстойниками по таблице 6.

Таблица 6

Доза флокулянта

Мутность воды, мг/л	Цветность воды, град	Доза безводного ПАА, мг/л
До 10 Свыше 10 до 100 Свыше 100 до 500 Свыше 500 до 1500	Свыше 50 30-100 20-60 -	1-1,5 0,3 –  0,6 0,2 – 0,5 0,2 - 1

 

Флокулянт вводят в воду после коагулянта.

Дозу  хлоросодержащих реагентов (по активному  хлору) при предварительном хлорировании  и для улучшения хода коагуляции и обесцвечивания воды, а также  для улучшения санитарного состояния  сооружений следует принимать 3-10 мг/л. Реагенты вводят за 1-3 мин до ввода  коагулянтов.

Дозы  подщелачивающих реагентов Д_щ, мг/л необходимых для улучшения процесса хлопьеобразования, определяют по формуле: