Реферат: Водоснабжение

Водозаборные сооружения

Исходные данные

Источник водоснабжения..............................................................река Лихоборка.

Расчётный расход водозаборного сооружения......................................0,32 м³/сек

Производительность водозабора.........................................................27540 м³/сут

Заданная пьезометрическая отметка подачи воды..................................129,49 м.

Длина напорных водоводов.........................................................................1100 м.

Обеспеченность гидрологических величин.................................................р= 95%

Расчётные уровни воды в реке:

половодья.................................................................................................111 м.

летней межени.........................................................................................109 м.

зимней межени........................................................................................107 м.

Потребитель расположен на ............................................................правом берегу

Толщина льда в реке....................................................................1,2 м. Шуги – нет

Река не судоходная, не имеет в верховье рыбоводного значения.

Расчётная длина рыб которые не должны попадать в водоприёмник...........2 см.

1. Обоснование выбора места расположения и типа водозаборного

сооружения и компоновка его конструктивных форм.

Краткая гидрологическая характеристика реки

Источником водоснабжения является река (верховье её не судоходной части). Река не отличается высокой мутностью, т.к. протекает в европейской части России. Гидрограф реки, является характерным для рек европейской части России, с небольшим паводковым уровнем, и уменьшением стока зимой.

Обоснование выбора схемы системы водоснабжения

Так как в районе проектирования города протекает река, а подземные водоносные пласты содержащие воду нужного питьевого качества залегают на больших глубинах и их содержится небольшое количество (явно не достаточное для обеспечения потребностей города), то водоснабжение города водой питьевого качества из подземных источников является не целесообразным, поэтому принимаем схему системы водоснабжения города из поверхностного источника с водозабором руслового типа.

Предпосылки к выбору створа водозаборного сооружения и обоснование проектируемого места расположения водозаборного узла

Выбор берега на котором следует запроектировать водозаборное сооружение, определяется местоположением потребителя. По заданию потребители располагаются на правом берегу реки. Водозаборное сооружение проектируем в наиболее глубоком месте русла реки, которое называется плессом. Плесс располагается у вогнутого берега берега речной меандры или у берега противоположного острову.

Т.к на плане реки есть остров, то створ водозаборного сооружения проектируем на наиболее крутом берегу, противоположном острову. Створ водозабора вынесен на лист (выкопировка из плана участка реки М = 1:100).

По выбранному створу в М 1:100, построен профиль правого берега. На профиле показаны отметки уровней воды в реке.

1.3 Выбор типа водозаборного сооружения

На крутых берегах – проектируют береговые водозаборные сооружения, на пологих – русловые.

В данном случае – берег пологий, значит необходимо запроектировать русловое водозаборное сооружение. В русло реки выносится оголовок, а на берегу проектируется береговой колодец. Оголовок с колодцем соединяется самотечной линией

Выбор компоновки водозаборного узла.

Оголовок следует размещать на отметки дна реки, обеспечивающий бесперебойный отбор воды из источника. В нашем случае – водозабор средней производительности и слой воды над оголовком должен быть 0,3 м, который отсчитывается от отметки нижней кромки льда. Порог между дном и низом водоприемных окон оголовка должен быть равным 1 метр. Высота водоприёмных окон проектируется для водозаборных сооружений в зависимости от их производительности.

Для расчётной производительности, высота окна h = 1,0 м.

hl – толщина льда под уровнем воды, м

hl = Гл * А, где Гл – плотность льда, = 0,9;

А – толщина льда в реке, = 1,2 м.

Подставив в расчётную формулу значения, получим толщину льда под уровнем воды hl = 0.9*1.2 = 1,08 м.

Б – отметка нижней кромки льда, м.

Б = Нз - hl, где: Нз – минимальный зимний горизонт, Нз = 107 м.

Вычисляем отметку нижней кромки льда: Б = 107-1,08 = 105,92 м.

Расчёт отметки льда в месте расположения оголовка

Н_д – отметка дна в месте расположения оголовка;

Н_д= Hз - (h1+h2+h3+h4), где:

Нз – минимальный зимний горизонт равный 107 м.

h1 – толщина льда под уровнем воды = 1,08 м.

h2 – слой воды над оголовком до нижней кромки льда = 0,3 м.

h3 – высота водоприемных окон = 1,0 м.

h4 – высота порога между дном и низом водоприёмных окон = 1 м.

Профиль по створу

рис.6

Расчётное значение дна в месте расположения оголовка составит:

Н_д= 107 - (1,08+0,3+1,0+1,0) = 103,62 м., следовательно оголовок расположен на изобате 103,62. Толщина крепления дна равна 1,0 м.

Расчёт отметки земли Н_б у берегового колодца.

На водозаборных сооружениях средней производительности береговой колодец должен располагаться на 1,0 метр выше горизонта половодья р=95%.

Н_б – отметка земли у берегового колодца, м. Н_б = В+Г, где: В – горизонт половодья = 140 м; Г – превышение, = 1,0 м.

В моём случае береговой колодец должен располагаться на отм.

Н_б = 111,0 + 1,0 = 112,0 м.

Выбор конструктивных форм водозаборного узла

Выбор конструкции оголовка зависит от хоз. назначения реки, производительности сооружения. В данном случае по совокупности признаков, целесообразно запроектировать раструбный оголовок. Береговой колодец проектируем совмещённый с насосной станцией первого подъёма.

Гидравлические расчёты определяющие размеры сооружений.

Гидравлический расчёт раструбного оголовка.

S – площадь водоприёмных окон, м²

S = , где: 1,25 – коэфф. стеснения площади окон;

Q_р – расчётный расход водоприемного оголовка, равный 0,32 м³/сек;

К – коэфф. сжатия струи стержнями решётки,

К = (а+с), где:

а – диаметр стержня решётки, а = 1 см;

с – расстояние между стержнями, с = 5 см.

К = (1+5) / 5 = 1,2

V_вх – скорость входа воды в водоприемные окна, = 1,5 м/с.(СНиП 2.04.01-84).

Общая площадь водоприемных окон равна:

S = (1.25*0.86*1.2) / 1.5 = 0.86 м²

Исходя из конструктивных особенностей оголовка, следует принять размер водоприёмного окна h*B = 151 м, тогда площадь одного водоприёмного окна составит 1 м². Поскольку водозаборное сооружение должно быть секционировано, и на водозаборе малой производительности число секций должно быть равным двум, то проектируем две секции водоприёмника.

S_ф – общая фактическая площадь водоприёмных окон,

S_ф = D*E, где D – площадь одного водоприёмного окна = 1 м²

Е – число секций водоприёмника = 2.

Общая фактическая площадь водоприёмных окон составит S = 1*2 = 2 м²

Поскольку фактическая площадь водоприёмных окон оказалась больше расчётной, то необходимо определить фактическую скорость входа воды в водоприёмные окна (V_вх.ф).

V_вх.ф.= , где: 1,25 – коэфф. стеснения площади окон;

Q_p – расчётный расход водоприёмного оголовка = 0,32 м³/с;

К -- коэфф. сжатия струи стержнями решётки = 1,2;

S_ф – общая фактическая площадь водоприёмных окон, = 2 м².

Определяем фактическую скорость входа воды в водоприёмные окна:

V_вх.ф.= 0,24 м/с ;

При аварии через одну секцию оголовка проходит 0,7Q_р= 0,7*0,32 = 0,23м/с

V_вх – скорость отбора воды в решётках, м/с

V_вх.ф.= , где 1,25 – коэфф стеснения площади окон;

Q_p – расчётный расход водоприёмного оголовка = 0,32 м³/с;

К -- коэфф. сжатия струи стержнями решётки = 1,2;

D – площадь водоприёмного окна, = 1 м.

Скорость отбора воды в решётках составит:

V_вх.ф.= 0,336 м/с.

Гидравлический расчёт самотечной линии.

Самотечная линия состоит из двух водоводов, по одному от каждой секции оголовка, и рассчитывается на пропуск расчётного расхода одной секции.

Трубопровод выполнен из стальных эл. сварных труб, ГОСТ 10704-76. Расчёт ведётся по таблицам Шевелёва, или по таблицам Лукиных, на полное заполнение труб, исходя из минимальной скорость = 0,7 м/с.

Расчётный расход одной секции равен:

Q_p / E = 0.32 / 2 = 0.16 м³/с = 160 л/с.

диаметр самотечных трубопроводов = 500 мм.

скорость V = 0,81 м/с; 1000i = 1,84.

Потери напора в самотечном трубопроводе составят:

h_p = i*L*1.1 = (1,84/1000)*45*1,1= 0,1 м.

При аварии потери напора при пропуске аварийного расхода составят:

Q_авар.= 0,7Q_расч. = 0,7*0,32 = 0,224 м³/с = 224 л/с.

По таблицам Шевелёва, определяем:

скорость V = 1,14 м/с; 1000i = 3,49 м

Потери напора в самотечном трубопроводе при аварии составят:

h_авар= i*L*1.1 = (3,49/1000)*45*1,1 = 0,17 м.

Расчёт уровней воды в отделениях берегового колодца.

рис.7

Определение уровней воды в первом водоприёмном отделении берегового колодца:

в нормальном режиме:

еh = h_реш+h_р= 0,1+0,11 = 0,21;

САў= СА - еh; САў= 107-0,21 = 106,79;

СВў = СВ - еh = 109-0,21 = 108,78;

ССў = СС - еh = 111-0,21 = 110,79;

в режиме аварии

еh_авар. = h_реш.+h^a_.= 0,1+0,2 = 0,3

САўў= СА - еh^a; САўў= 107-0,3 = 106,7;

СВўў= СВ - еh^а; СВўў= 109-0,3 = 108,7;

ССўў = СС - еh^а; ССўў = 111-0,3 = 110,7;

Определение уровней воды в камере после сеток:

в нормальном режиме:

САў₁ = САў - 0,3 = 106,79 - 0,3 = 106,49;

СВў₁= СВў - 0,3 = 108,79 - 0,3 = 108,49;

ССў₁= ССў - 0,3 = 110,79 - 0,3 = 110,49;

в режиме аварии:

САўў₁=САўў- 0,3 = 106,7 - 0,3 = 106,4;

СВўў₁=СВўў- 0,3 = 108,7 - 0,3 = 108,4;

ССўў₁=ССўў- 0,3 = 110,7 - 0,3 = 110,4;

Расчёт сеток

Сооружения производительностью менее 1 м³/с, проектируются с плоскими сетками. Расчёт сеток ведут в соответствии с требованиями СНиП, по аналогичной формуле для расчёта решёток: F_сетки.= , где:

К – коэфф. стеснения живого сечения

К = (а+с)² / а; где а – толщина проволок, = 1,2 мм;

с – размер ячейки = 2х2 мм.

К = (1,2+2)² / 1,2 = 8,53;

V_c – скорость входа воды в сетки = 0,3 м/с;

F_сетки.= (1,25*0,3*8,53) / 0,3 = 10,66 м².

Применяем 4 плоских сетки размером 1500 х 1500 мм.

Расчёт отметки днища берегового колодца.

рис.8

Определение верхней отметки самотечной линии у берегового колодца.

ССМў = ССМ - h_тр = 103,07 - (0,002*45) = 102,98.

Первоначально отметку днища колодца определяют на глубине один метр от нижней образующей самотечной трубы, она составляет

СДН = ССМў - d-1,0 = 102,98 - 0,45 - 1 = 101,53;

Высота слоя воды перед сетками Н составит:

Н = САў - СДН = 106,79-102,98 = 3,81 м. Зная требуемую площадь фильтрования одной секции Fc/2 и ширину сетки В, определяем глубину перед сетками (Нф), для обеспечения пропуска расчётного расхода при заданной скорости фильтрования .Нф = (Fc/2) / В = (10,66 / 2) / 1,5 = 3,55 м. Сравнивая значения фактической глубины Нф и глубины Н, получаем Нф < Н – значит отметку днища колодца оставляем такой какую запроектировали.

Определение требуемого давления насосов первого подъёма.

Требуемый напор насосов определяют по формуле:

Н_тр= Н_г+h_вс+h_т+h_зап , где :

Н_г – геометрическая высота подъёма, опр. как разность отметок подачи воды на ОС, (в смеситель) и отметками воды в береговом колодце за сетками САў₁;

Н_г= СОС - САў₁ = 129,49-106,49 = 23 м.

h_вс потери напора во всасывающей линии = 1,0 м.

h_т потери напора по длине в напорных водоводах от водозабора до ОС.

h_т= h_н+h_мс = 1000i*L*1.1; где

L – длина трубопроводов по заданию равная 1100 м.

1,1 – потери напора на местные сопротивления.

Напорная линия состоит из двух водоводов, по одному от каждой секции колодца, и рассчитывается на пропуск расчётного расхода для одной секции. Трубопровод выполнен из стальных эл. сварных труб, ГОСТ 10704-76. Расчёт ведётся по таблицам Шевелёвых.

Расчётный расход одной секции равен: Q_р / 2 = 0,32/2 = 0,16 м³/с = 160л/с.

диаметр напорных водоводов – 400 мм.

скорость V = 1,27 м/с; 1000i = 5,61.

потери по длине равны (5,61*1100) / 1000 = 6,17 м.

Потери напора в самотечном трубопроводе составят:

h_н = 1000i*L*1.1 = (5,61/1000)*1100*1.1 = 6,78 м.

Q_авар.= 0,7Q_р = 0,7*0,3 = 0,21м³/с = 224 л/с.0

По таблицам Шевелёва определяем:

скорость V = 1,56 м/с.; 1000i = 8.19

Потери напора в напорном трубопроводе при аварии составят:

h_авар.= 1000i*L*1.1 = (8.19/1000)*1100*1.1 = 9.9 м.

h_зап – запас равен 1,0 м.

требуемый напор составит:

Н_тр = (200-177) + 1,0 +5,11 + 3,0 = 32,1 м.

Принимаем 2 насоса марки 12-НДС.

График совместной работы насосов и водоводов от НС 1 подъёма

Описание рыбозагородителя

В проекте применён гидравлический рыбозагордитель.

Он представляет собой перфорированные трубы в два ряда, окольцовывающие оголовок, в которые подаётся сжатый воздух. Таким образом вокруг оголовка на период нереста рыбы, создаётся воздушная завеса, препятствующая попаданию рыбы в оголовок. В остальное время (после нереста) рыбозащита достигается за счёт малых скоростей отбора воды.

Промывка сороудерживающих решёток

В проекте водозаборного сооружения, заложена импульсная промывка сороудерживающих решёток оголовка. Над стояком сифонной линии, смонтирована промывная колонка, заряжающаяся от вакуум-насоса. Устройство, для разрядки вакуум колонны, создаёт ударную волну, очищающую решётки, от налипшего на них мусора, листьев, веток, водорослей, и.т.д.

Зоны санитарной охраны

Зона первого пояса санитарной охраны, огораживают площадь, 100 м. ниже по течению, от створа водозаборного узла;

300 метров выше по течению, до середины реки от правого берега к левому;

до границ заливаемой поймы правого берега.

Зона охраняется, в ней запрещено всякое строительство, и пребывание людей, помимо обслуживающего персонала.

Зона второго пояса санитарной охраны, простирается на 4 км. выше по течению реки от границ зоны первого пояса. В ней устанавливается контрольный режим, соответствующий требованиям СНиП 2.04.02-84.

Водопроводные очистные сооружения

Исходные данные:

Источник водоснабжения .........................................................................река

Назначение станции.........................................................................х/п нужды

Полезная производительность ................................................... 25500 м³/сут

Полная производительность станции......................................... 27540 м³/сут

Период работы станции.......................................................... 24 часа в сутки

Мутность воды (воды мутные) ......................................................... 313 мг/л

Цветность воды ................................................................................... 55 град.

Запах ..................................................................................................... 3 балла

Привкус ................................................................................................ 3 балла

рН ................................................................................................................ 6,8

Жёсткость...................................................................................... 7,3 мг-экв/л

Щёлочность................................................................................... 1,5 мг-экв/л

Железо................................................................................................ 0,48 мг/л

Окисляемость........................................................................... . 15 мг О₂/л.

Для удаления из воды водорослей и других различных макрозагрязнений используют вращающиеся барабанные сетки и элементы из тканей различной плотности.

Определение производительности очистной станции

Очистная станция (ОС) рассчитываться на равномерную работу в течении суток, если их полная производительность не менее 3000 м³/сут.

Полная производительность ОС – это сумма полезного расхода воды подаваемой потребителю, и расхода воды на собственные нужды станции. Полезная производительность определяется с учётом пополнения противопожарного запаса воды.

Q_полезн= 25500 м³/сут

Q_{нужды станции}= 10%* Q_полезн = 2540 м³/сут.

Q_полное= 27540 м³/сут

Выбор технологической схемы водоочистной станции

Технологическая схема выбирается исходя из производительности станции, св-в поступающей воды, требований к качеству очищенной воды, и технико- экономических соображений.

Для данного случая, выбираем двухступенчатую схему очистки.

Технологическая цепочка: -- осветлители со взвешенным осадком – скорые фильтры.

Схема -- реагентная.

Обесцвечивание воды, т.е. удаление из неё коллойдов, или растворенных примесей, обуславливающих цветность воды осуществляется посредством коагуляции.

В данном случае обеззараживание воды производится хлорированием.

Для удаления из воды водорослей и прочих макрозагрязнений, используют вращающиеся барабанные сетки и элементы из тканей различной плотности.

При данном расходе = 27540 м³/сут = 1147,5 м³/час, принимаем две рабочие барабанные сетки, плюс 1 резервная.

Размеры барабана D x L = 1,5 x 3,7 м.

Фактическая скорость фильтрации – 7,5 м²

Средняя частота вращения барабана – 2,6 об/сек.

Размеры установки:

• длина – 5450 м.

• ширина – 1850 м.

• Высота – 2750 м.

Мощность эл. двигателя – 2,2 кВт

Масса – 2,8 т.

Определение дозы коагулянта

Одним из наиболее распространённых и широко применяемых на практике приёмов снижения содержания снижения взвеси является осаждение под действием сил тяжести. Однако примеси обуславливающие мутность и цветность природных вод, отличаются малыми размерами, в следствии чего их осаждение происходит крайне медленно, т.к. силы диффузии превалируют над силами тяжести. Для ускорения процессов осаждения, и повышении их эффективности прибегают к коагулированию воды.

Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения коллоидных и взвешенных частичек дисперсной системы, происходящей в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Этот процесс завершается отделением агрегатов слипшихся частичек от жидкой фазы. Коагуляция коллоидов вызывается не только электролитами но и взаимодействием противоположно заряженных коллоидов.

В качестве коагулянтов могут применятся следующие соединения:

- Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ – наиболее распространён.

- Оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl * 6H₂O

- Алюминат натрия NaAlO₃

- Хлорное железо FeCl₃*6H₂O и т.д.

При мутности воды = 313 мг/л, и цветности = 55 град., доза коагулянта определяется по формуле:

D_k= 4= 4= 30 мг/л.

где Ц – цветность воды.

Для интенсификации процесса коагуляции применяем флокулянт полиакриламид (ПАА). Реагент поступает на станцию в виде геля или порошка, где из него изготавливают раствор.

В данном случае дозу ПАА принимаем равной 1 мг/л.

Установки для приготовления раствора коагулянта

Определение размеров расходных и растворных баков

1. Ёмкость растворного бака

W_раств= (Q_час* D_k*n) / (1000*b_p*g) = (1147*30*12) / (10000*10*1) = 3.82 » 4 м³/ч

где: Q_час -- часовой расход воды = 1147 м³/ч

D_k – максимальная доза коагулянта;

n – время на которое заготавливают раствор коагулянта, n = 12 часов;

b_p – концентрация раствора коагулянта в растворном баке, = 10%

g -- объёмный вес р – коагулянта = 1 т/м³;

Принимаем 4 растворных бака ёмкостью по 2 м³ каждый.

Размеры бака:

• ширина b1 = 1.0 ;

• длина L1 = 2,0 м;

• высота Н1 = 1,4 м., при высоте слоя раствора = 1,05 м.

Тогда ёмкость одного растворного бака составит:

W_раств= 1,0*2,0*1,05 = 2,1 м³

2. Определяем ёмкость расходного бака

W_{расходн}= = 4*10 / 10 = 4 м³

в = 10% концентрация раствора коагулянта в расходном баке, в пересчёте на безводный продукт.

Принимаем 2 расходных бака ёмкостью по 4 м³.

Размеры:

• ширина b2 = 1,0 м;

• длина L2 = 2.0 м;

• высота Н = 2,2 м.

(при высоте слоя раствора = 2,0 м.)

Расчёт установок для обеззараживания воды

Обеззараживание воды применяемое с целью уничтожения имеющихся в ней бактерий, достигается обычно хлорированием воды жидким (газообразным ) хлором или раствором хлорной извести. Для обеззараживания воды из реки, расчётную дозу хлора надо применять более высокой, чем при обеззараживании воды из подземного источника.

Дозу хлора устанавливают технологическим анализом, из расчёта что бы в одном литре воды поступающем к потребителю, оставалось 0,3-0,5 мг хлора не вступившего в реакцию (остаточного хлора.)

Хлорное хозяйство располагают в отдельно размещаемых хлораторных, где сблокированы расходный склад хлора, испарительная и хлородозаторная. Расходный склад хлора можно размещать в отдельных зданиях, или в плотную к хлораторной, отделяя его глухой стеной без проёмов. Трубопроводы подачи хлорной воды, выполняют из поливинилхлорида, резины, или полиэтилена высокой плотности.

Хлорирование производится в два этапа:

предварительное – с дозой 3 – 5 мг/л. при поступлении воды на очистную станцию;

вторичное -- с дозой 1 –2 мг/л, для обеззараживания воды после фильтрования.

Хлораторная установка для дозирования жидкого хлора.

Расчётный часовой расход хлора для хлорирования воды:

первичное хлорирование

Q_сут*Dў_хл / (1000*24) = 27540*5 / (1000*24) = 5,7 кг/ час.

вторичное хлорирование:

Q_сут*Dўў_хл / (1000*24) = 27540*1 / (1000*24) = 1,14 кг/час.

Общий расход хлора равен 6,96 кг/час = 167,2 кг/сут.

Оптимальные доза хлора назначают по данным опытной эксплуатации путём пробного хлорирования очищаемой воды. Производительность хлораторной равна 167.2 кг/сут, поэтому помещение разделено глухой стенкой на две части (собственно хлораторную и аппаратную), с самостоятельным запасным выходом на улицу. В аппаратной устанавливаются 3 вакуумных хлоратора

ЛОНИИ – 100, производительностью до 10 кг/час, с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным. В аппаратной кроме хлораторов, устанавливаем 3 промежуточных хлорных баллона. Они требуются для задержания загрязнений перед поступлением хлорного газа в хлоратор из расходных баллонов. Производительность рассматриваемой установки по хлору составит Q_хл= 6,9 кг/час. Это вызывает необходимость иметь расходные и хлорные баллоны.

Определяем количество баллонов:

n_бал = Q_хл / S_бал = 7 / 0.5 = 14 баллонов, где

S_бал. – съём хлора с одного баллона без искусственного подогрева при тем – ре 18°С в помещении, равный 0,5-0,7 кг/час.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливается стальные бачки – испарители D = 0.746 м; L = 1.6 м;

Такая бочка имеет вместимость 500 л, и вмещает до 625 кг хлора. Съём хлора с 1 м² боковой поверхности бочек составляет S_хл= 3 кг/час. Боковая поверхность бочки при принятых выше р-рах составит 3,65 м². Съём хлора с одной бочки будет: q_б= F_б S_хл = 3,65*3 = 10,95 кг/час.

Для обеспечения подачи хлора в кол-ве 7 кг/ч, нужно иметь 7 / 10,95 » 1 бочку испаритель.

Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов ёмкостью 55 л, создавая разряжение в бочках путём отсоса хлор-газа эжектором. Это позволяет увеличить съём хлора до 5 кг/час с одного баллона, и следовательно сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 7 / 5 = 2 шт.

Всего баллонов с жидким хлором за сутки расходуется 167,2 / 55 = 3 шт.

Также в помещении хлораторной должно находится резервные баллоны в размере не менее 50% от суточной потребности, поэтому предусматриваем установку 4 расходных баллонов, каждая бочка размещается в горизонтальном положении на платформе циферблатных весов, что обеспечивает весовой контроль расхода хлора.

При суточном расходе хлора более или равном 3 баллонов при хлораторной надо предусматривать хранение трёх суточного запаса хлора. Количество баллонов на складе должно быть 3*3 = 9 шт. Склад хлора не должен иметь непосредственного сообщения с хлораторной.

Основной запас хлора хранится вне очистной станции, на расходном складе, рассчитанном на месячную потребность в хлоре.

Определение месячного запаса количества баллонов на расходном складе.

n_бал= (162,7*30) / 55 = 92 баллона. Доставка баллонов с расходного склада на очистную станцию производится по мере надобности автомашинами.

Расчёт вертикального (вихревого) смесителя.

Смесители служат для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды, что способствует более благоприятному протеканию последующих реакций происходящих затем в камерах хлопьеобразования. Смешение осуществляется в течении 1-2 мин. В данном проекте т.к. полная производительность станции составляет 27540 м³/сут целесообразно применить вертикальный (вихревой) смеситель.

Q_полн= 27540 м³/сут

Q_час= 27540 / 24 = 1148 м³/час. Принимаем два вихревых смесителя с расходом 900 м³/час.

Определяем cекундный расход:

q_сек= 1148 / 3600 = 0,31 м³/сек = 310 л/сек.

Определяем площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

f_в= Q_час / V_в = 1148 / 3600 = 0,31 м³/сек = 310 л/с., где:

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

Определение размеров верхней части смесителя.

Принимаем верхнюю часть смесителя квадратной в плане.

В этом случае её сторона будет иметь размер:

В_в = = = 3,5 м. Трубопровод подающий отрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя со входной скоростью V_н = 1-1,2 м/с, должен иметь внутренний диаметр 600 мм. Тогда при расходе воды q_сек = 310 л/с, входная скорость V_н= 1,05м/с. Так как внешний диаметр подводящего трубопровода (D) равен 625 мм, то р-р в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть 0,625 х 0,625 м, а площадь нижней части усечённой пирамиды составит D_н = (0,625)² = 0,39 м².

Определяем высоту нижней части смесителя.

Принимаем величину центрального угла a= 40°(это угол между наклонными стенками смесителя), тогда высота нижней части смесителя будет равна:

h_н = 0,5*(В_в-В_н)* ctg 40° / 2 = 0.5*(3,46-0,625)*2,747 = 3,89 » 4 м.

Определяем объём пирамидальной части смесителя:

W_H = где:

f_в – площадь горизонтального сечения верхней части смесителя;

f_н – площадь нижней части усечённой пирамиды смесителя;

W_H= 1/3*4*(12+0,390+) = 19,4 м³.

Определение полного объёма смесителя.

W = (Q_час*t) / 60 = 1147*1.5 / 60 = 28.68 м³., где t – продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин.

Определение объёма верхней части смесителя

W_в= W-W_н = 28,68-19,4 = 9,28 м³.

Определение высоты верхней части

h_в = W_в / f_в = 9,28 / 12 = 0,77м.

Полная высота смесителя равна:

h_c=h_н + h_в = 4,0+0,77 = 4,77 м.

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком,

через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке V_л= 0,6 м/с.

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока.

Определим расчётный расход каждого потока:

Q_л = Q_час / 2 = 1147 / 2 = 573,75м³/час.

Определим площадь живого сечения сборного лотка:

w_л = Q_л / V_л*3600 = 573,75 / 0,6*3600 = 0,265 м².

При ширине лотка b_л= 0,5 м, расчётная высота слоя воды в лотке:

h_л = b_л / w_л = 0,265 / 0,27 = 0,98 м. Уклон лотка принимаем i = 0.02.

Определяем площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного канала.

F₀ = Q_час / V₀*3600 = 1147 / 1*3600 = 0,31 м² ,где:

V₀ – скорость движения воды через отверстия лотка, равная 1 м/с. Отверстия приняты диаметром равным d₀ = 100 мм, т.е. площадью f₀ = pR² = 0.00785 м².

Определяем общее потребное количество отверстий

n₀ = F₀ / f₀ = 0.31 / 0.00785 = 41 шт.

Эти отверстия размещают по боковой поверхности лотка, на глубине h₀=110 мм от верхней кромки лотка до оси отверстия.

Определение внутреннего периметра лотка

Р_л = 4*(3,5-2*(0,5+0,06)) = 9,52 м = 9520 мм.

Шаг оси отверстий l₀ = P_л / n₀ = 9520 / 41 = 232 мм.

Расстояние между отверстиями l₀-d₀ = 232-100 = 132 мм.

Из сборного лотка вода поступает в боковой карман, размеры которого принимаем из конструктивных соображений с таким расчётом что бы в нижней части разместить трубу для отвода воды, прошедшей смеситель.

Расход воды протекающей по отводящей трубе, для подачи в камеру хлопьеобразования q_сек = 310 л/с. Скорость в этом трубопроводе 0,8-1,0 м/с, время пребывания – не более 2 минут. Принимаем стальной трубопровод наружным диаметром = 620 мм, при скорости движения в нём воды V = 1,05 м/с; 1000i = 2.25;

V*t = 0.87 м/с * 120 с = 126 м. 1000i = 0.126*2.25 = 0.28 м. – потери по длине.

Расчёт осветлителей со слоем взвешенного осадка

Осветлители со взвешенным осадком, применяемые как сооружения первой ступени водоподготовки, могут успешно работать только при условии предварительной обработки примесей воды коагулянтом или флокулянтом.

Осветлители обеспечивают более высокий процент осветления воды, и имеют более высокую производительность, чем отстойники.

Принцип работы:

обрабатываемая вода, смешенная с реагентами, вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочих коридоров. Далее, вода движется снизу вверх, и проходит через слой ранее сформированного взвешенного осадка, сост. из массы взвешенных в восходящем потоке хлопьев, которые непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом неподвижен. Он находится в состоянии динамического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды, и средней скорости осаждения хлопьев. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется в результате контактной коагуляции, и все примеси содержащиеся в воде остаются в слое. Осветлённая вода прошедшая через слой взвешенного осадка собирается с помощью сборных желобов, и отводится для дальнейшей обработки на фильтры.

Расчётный расход воды с учётом на собственные нужды станции

Q_час = 1147,5 м³/ час = 27540 м³/сут.

Наибольшая мутность исходной воды – 313 мг/л.

Наименьшая мутность – 27 мг/л

Цветность – 55 мг/л

Доза коагулянта = 30 мг/л.

Определение максимальной концентрации взвешенных веществ

С = М+(К*Д_К)+0,25*Ц, где:

М – количество взвешенных веществ в исходной воде = 313 мг/ л;

К – коэффициент = 1;

Д_К – доза коагулянта = 30 мг/л;

Ц – цветность исходной воды = 55 град.

С = 313+(1*30)+0,25*55 = 356,7 мг/л.

Принимаем время уплотнения осадка Т = 3 часа, тогда средняя концентрация осадка d = 24000 г/м³ = 24 кг/м³ (табл.29)¹.

Определение количества воды теряемой при сбросе осадка из осадкоуплотнителя т.е. при продувке осветлителя.

q_ос = *100% , где:

С – максимальная концентрация взв. веществ, = 356,7 мг/л;

М – количество взвеси на выходе из осветлителя = 8-12 мг/л;

d_ср – средняя концентрация веществ в осадкоуплотнителе = 24000 г/м³;

К_ср – коэфф. разбавления осадка = 1,2-1,5.

q_ос = = 1.73%

Потеря воды при продувке (т.е при сбросе осадка):

(1147*1,73) / 100 = 19,85 м³/час.

Определение площади осветлителя.

Максимальное содержание взвеси поступающей в осветлитель составляет

356,7 мг/л, следовательно, скорость восходящего потока воды в зоне осветления, V_з.о. = 1 мм/с, а коэфф. распределения потока К = 0,75 (табл.30, стр.110)²

F_осв = F_з.о+F_з.от.= ,где:

F_з.о – площадь зоны осветления, м²;

F_з.от – площадь зоны отделения осадка, м²;

Q_расч – расчётный расход воды

V_з.о. – скорость восходящего потока в зоне осветления, мм/сек;

K – коэфф. распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем, = 0,75

a = 0,9;

F_осв.= = 357,11 м.

Так как площадь одного осветлителя в плане не должна превышать 100 – 150 м², принимаем 6 осветлителей. Площадь каждого из двух коридоров осветлителя будет равна:f_кор = 118,05 / 6 = 19,67 м².

Ширину коридора принимаем в соответствии с размерами балок, равной:

b_кор= 2,6 м, тогда длина, l = 19,92 / 2,6 = 7,66 м.

Ширина осадкоуплотнителя выше окон для приёма осадка,

b_о.у. = 19,67 / 7,66 = 2,56 м.

Водораспределительный дырчатый коллектор, размещённый в нижней части коридоров осветлителя рассчитываем на наибольший расход воды.

Определение расхода воды проходящего через водораспределительный дырчатый коллектор.

q_кол= 1147,5 / 6 / 2 = 95,62 м³/час = 27 л/с.

Скорость входа воды в коллектор – 0,5-0,6 м/с, принимаем диаметр = 250 мм, тогда скорость будет равна 0,55 м/с.

Т.к. во второй половине дырчатого коллектора скорость становится менее

0,5 м/с, принимаем коллектор телескопической формы, сваренный из трёх труб диаметром 250,200,150 мм равной длины. Скорость выхода воды из отверстий должна быть V₀ = 1.5 -- 2.0 м/c. Принимаем V₀ = 2,0 м/с, тогда площадь отверстий распределительного коллектора составит:

f₀ = q_кол / V₀ = 0,027 / 2 = 0,0135 м² = 135 см².

Принимаем диаметр отверстий = 20 мм, тогда площадь одного отв. = 3,14 см².

Определяем количество отверстий в каждом коллекторе

n₀ = 135 / 3,14 = 43 отверстия.

Водосборные желоба с затопленными отверстиями для сбора воды.

Желоба размещены в зоне осветления, в верхней части осветлителя, вдоль боковых стенок коридоров.

Определение расхода воды на каждый желоб.

q_ж = , = = 38,85 м3/час = 0,0099 м³/с, где

Q_час – часовой расход воды;

n – количество осветлителей;

Ширина желоба прямоугольного сечения:

b_жел= 0,9 * q_жел^0,4 = 0,9 * (0,0099)^0,4 = 0,14 м = 14 см.

Затопленные отверстия размещаются в один ряд по внутренней стенке желоба, на 7 см ниже его верхней кромки, тогда глубина желоба в его начале и конце будет равна:

Глубина желоба:

h_{начальное} = 7+1,5*(b_жел/2) = 7+1,5*(14/2) = 17,5 см.

h_{конечное} = 7+2,5*(14/2) = 24,5 см.

Определение площади отверстий в стенке желоба

= = 0,015 м² = 155 см. где:

q_желоба – расход воды на каждый желоб;

m -- коэфф. расхода = 0,65;

g – ускорение свободного падения;

h – разность уровней воды в осветлителе и в желобе равная 0,05 м.

Определение количества отверстий

n_отв= f_отв / f_{одн.отв} = 155 / 3,14 = 50 отверстий.

шаг отверстий: е = l / n = 9.4 / 50 = 0.188 м = 19 см.

Осадкоприёмные окна

Площадь осадкоприёмных окон определяем по расходу воды который поступает вместе с избыточным осадком в осадкоуплотнитель.

Q_ok = (1-K) * Q_расч = (1-0,75)*192 = 48 м³/час.

С каждой стороны в осадкоуплотнитель будет поступать Q_ok = 48 / 2 = 24 м³/час воды с избыточным осадком.

Площадь осадкоприёмных окон с каждой стороны

f_ok = Q_ok/ V_ok= 24/36 = 0.66 м², где V_ok – скорость движения воды с осадком в окнах, = 36-54 м/час. Высота окон h= 0,2 м, тогда их общая длина с каждой стороны осадкоуплотнителя равна: l_ок = 0,66 / 0,2 = 3,33 м.

Устраиваем с каждой стороны осадкоуплотнителя по горизонтали

10 окон 0,2х0,33 м. При длине осадкоуплотнителя равной 7,66 м, и 10 окнах, шаг оси по горизонтали составит: 7,66 / 10 = 0,76 м. Расстояние между двумя соседними окнами при ширине окна = 0,33 м, будет равна: 0,76-0,3 = 0,43 м.

Дырчатые трубы для сбора и отвода воды

Дырчатые трубы из зоны отделения осадка в вертикальном осадкоуплотнителе размещаются так, чтобы их верхняя образующая была ниже уровня воды в осветлителе не менее 0,3 м, и выше верха осадкоприёмных окон не менее 1,5 м.

Определение расхода воды через каждую сборную трубу

Q_сб = = = 23,58 м³/час = 6,55 л/с = 0,0065м³/сек.

где Q_oc – потеря воды при продувке = 1,73%.

Таким образом, Q_ос = (192*1,73) / 100 = 3,32 м³/час.

Т.к скорость в устье сборной трубы должна быть не более 0,5 м/сек, принимаем диаметр трубы равным 150 мм, V = 0,49 м/с. Диаметр отверстий равен 15-20 мм, площадь отверстий при скорости входа воды в них равной 1,5 м/с, должна быть:

= 0,0043 см² при отверстиях диаметром 18 мм, площадь каждого будет f₀ = 2,54 см.

Потребное количество отверстий:

n₀ = 43 / 2,54 = 17 шт.

Принимаем 17 отверстий с шагом 7,66 / 17 = 0,45 м.

Фактическая скорость входа воды в отверстия равна:

Vў_отв = Q_сб / f₀ * n = 0,0065 / 0,000254*17 = 1,5 м/сек.

Определение высоты осветлителя

Высота осветлителя считая от центра водораспределительного коллектора до верхней кромки водосборных желобов равна:

Н_осв= где:

b_кор – ширина коридора осветлителя = 2,6 м;

b_желоба -- ширина одного желоба = 14 см = 0,14 м.;

a -- центральный угол, образуемый прямыми проведёнными от оси водораспределительного коллектора к верхним точкам кромок водосборных желобов, равный 30 градусам.

Н_осв = = 4,83м.

Высота пирамидальной части:

h_пир = = = 1,55м. где:

а – ширина коридора по низу = 0,4 м.

a₁ – центральный угол наклона стенок = 70°.

Высоту защитной зоны над слоем взвешенного осадка принимаем h_защ = 1,5 м.

Высота слоя взвешенного осадка выше перехода наклонных стенок осветлителя в вертикальные будет равна:

h_верт = H_осв-h_защ-h_пир = 4.83-1.5-1.55 = 1.78 м.

Общая высота зоны взвешенного осадка равна:

h_верт + h_пир / 2 = 1,78 + 1,55 / 2 = 2,55 м.

Верхнюю кромку водоприёмных окон располагаем на 1,5 м. ниже поверхности воды в осветлителе, тогда верхняя кромка этих окон высотой 0,2 м будет размещаться на уровне: 4,83-1,5-0,2 = 3,13 м. от дна осветлителя или на уровне равном: 3,13-0,2 = 2,93 м. выше оси водораспределительного коллектора (здесь 0,2 м – это расст. от дна осветлителя до оси коллектора.)

Низ осадкоприёмных окон должен быть на 1,5 – 1,75 м. выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикальные.

В рассматриваемом случае высота равна: 4,83-(1,55+1,5+0,2) = 1,58 м, что удовлетворяет требуемым условиям.

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе.

Объём осадкоуплотнителя составляет:

W = l_kop* где:

l_op -- длина осадкоуплотнителя, = 7,66 м.

b_oy -- ширина осадкоуплотнителя выше окон для приёма осадка = 2,56 м.

h_верт – высота слоя взвешенного осадка выше перехода наклонных стенок

осветлителя в вертикальные.

h_пир – высота пирамидальной части осветлителя

W = 7.66*(2.56*1.78+2*()) = 50.10 м³

Определение количества осадка поступающее в осадкоуплотнитель:

Q_ос= С*Q_расч = 0,356*192 = 68,35 кг. где :

С – максимальная концентрация взв. в-в. равная 356 мг/л.

Q_расч – расчётная производительность одного осветлителя = 192 м³/час.

Средняя концентрация осадка (по сухому веществу) d_ср= 24 кг/м³ (по табл. 29)¹

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе

Т = W*d_cp / Q_oc = 50,10*24 / 68,35 = 17,59 час. т.е. более 3 часов которые приняты при определении концентрации осадка в воде продуваемой из осадкоуплотнителя.

Дырчатые трубы для удаления осадка

При объёме осадкоуплотнителя W_oc = 50,10 м³, и его опорожнении за 15 минут (0,25 часа), через каждую осадкосбросную трубу, должен проходить расход:

Q_ос = W_ос / 2*t = 50.10 / 2*0.25 = 100.2 м³/час = 27,83л/с = 0,02783 м³/сек.

При скорости движения воды в конце трубы V = 1,1 м/с, диаметр составит175 мм. Скорость входа воды в отверстия = 3 м/с, при этом площадь отверстий составляет:

S f_o = Q_oc / V₀ = 0.0278 / 3 = 0.0092 м² = 92 см.

Принимаем отверстия диаметром 20 мм, и площадью f_отв = 3,14 см.

Потребное количество отверстий: n = Sf_отв / f_o = 92 / 3,14 = 30 шт.

Принимаем 30 отверстий с шагом оси: 7,66 / 30 = 0,25 м.

Расчёт скорых безнапорных фильтров с кварцевой загрузкой.

Вода поступающая для окончательного осветления на фильтры, после выхода из осветлителей должна содержать не более 8 – 12 мг/л взвешенных веществ. После фильтрования, мутность воды предназначенной для хозяйственно -питьевых целей не должна превышать 1,5 мг/л. (СНиП 2.04-02.84)

Помимо взв. веществ фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до 20 °

Скорый безнапорный фильтр представляет собой резервуар загруженный слоями пека и гравия, крупность которых возрастает сверху вниз. Верхний слой толщиной 0,7 м. называется фильтрующим и состоит из чистого кварцевого песка с диаметром зёрен 0,5-1,2 мм. Высота слоя воды над поверхностью загрузки фильтра должна быть не менее 2 м.

Фильтрующий слой песка лежит на поддерживающих слоях песка и гравия, назначение которых предотвратить вымывание мелкого песка и способствовать

более равномерному распределению воды по площади фильтра. Поддерживающие гравийные слои соприкасаются с распределительной трубчатой системой собирающей профильтрованную воду которая затем отводится в резервуар чистой воды.

В процессе фильтрования засоряется зернистая загрузка и увеличиваются потери напора в фильтре. Когда потери достигают предельно допустимой величины (2,5-3 м), фильтр отключается и производится восстановление фильтрующей способности загрузки путём промывки фильтра обратным током воды.

Во время промывки, промывная вода подаётся в распределительную систему, и далее снизу вверх в фильтрующий слой, который она расширяет (взвешивает).

Дойдя до верхней кромки промывных желобов, промывная вода вместе с вымытыми ею загрязнениями переливается в желоба, а из них в боковой карман и отводится на сооружения оборота промывной воды.

Интенсивность промывки – 12-18 л/(с*м²)

Расчётная скорость фильтрования - 6 – 10 м³/час

Полезная производительность станции = 27540 м³/сут = 1168 м³/час = 324,4 л/с

Определение суммарной площади скорых фильтров

F = , где:

Т – продолжительность работы станции в течении суток = 24 часа.

V_рн -- расчётная скорость фильтрования = 6 м/час. (при нормальном режиме эксплуатации).

n – количество промывок фильтра в сутки = 2

w -- интенсивность промывки

t₁ – продолжительность промывки = 0,1 часа.

t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой = 0,33 часа.

F = = 210 м².

Определение количества фильтров

N = = 0.5* = 7 шт.

Площадь одного фильтра составит:

210 / 7 = 30 м²; размеры в плане 5х6 м.

Скорость фильтрования при форсированном режиме составит:

V_р.ф = V_р.н.*(N / N-N₁) = 6*(7 / 7-1) = 7 м/ч; где:

N – количество фильтров

N₁ -- количество фильтров находящихся в ремонте = 1, следовательно скорость фильтрования при форсированном режиме отвечает требованиям.

Подбор состава загрузки фильтра

1. Высота фильтрующего слоя h_ф = 700мм.

2. Диаметр зёрен – d_мин = 0,5 мм; d_макс = 12,5 мм.

3. Эквивалентный диаметр зёрен d_э = 0,7 мм.

4. Коэффициент неоднородности К_н = 2,0

5. Поддерживающие слой имеют общую высоту 500 мм. и крупность зёрен 2-32 мм.

Расчет распределительной системы фильтра

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора промывной воды.

Интенсивность промывки принята w = 12 л/с*м².

Определение количества промывной воды необходимой для одного фильтра.

q_пр = F*w = 30*12 = 360 л/c

Диаметр коллектора распределительной системы определяем по скорости входа промывной воды, d_кол = 600 мм., что при расходе 360 л/с соответствует скорости V_кол = 1.13 м/с.

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределитель­ной системы при расстояниях между ними m = 0,27 м и наружным диаметре коллектора равным 630 мм, составит:

f_отв= ((6-0,3) / 2) * 0,27 = 0,72 м²

Расход промывной воды поступающей через одно ответвление равен:

q_отв = f_отв *w = 0,72* 12 = 8,7 л/с.

Принимаем трубы ответвлений d_отв = 80 мм, тогда, скорость входа воды в ответвление будет V= 1,14 м/с, что не превышает рекомендованной скорости.

В нижней части ответвлений под углом 60° к вертикали, предусматриваются отверстия диаметром 10 – 12 мм.

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы (Sf₀) к площади фильтра (F) принимаем равным 0,25 – 0,3%.

Определение суммарной площади отверстий

Sf₀ = 0.25*30 / 100 = 0,075 м² = 750 см²,

При диаметре отверстий -- б₀ = 14 мм, площадь отверстия -- f₀ = 1,54 см., следовательно общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра n₀ = Sf₀ / f₀ = 750 / 1,54 = 487 штук.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расст. между осями ответвлений = 0,27 м, составит: (5/0,27)*2 = 37 шт.

Количество отверстий приходящихся на каждое ответвление = 487 / 3 = 14 шт.

Длин каждого ответвления l_отв = (60-0,63) / 2 = 2,7 м.

Шаг отверстий на ответвлении: l_о = l_отв / 14 = 2,7 / 14 = 0,19 м.

Отверстия расплогаются в два ряда в шахматном порядке под углом = 60° к вертикальной оси трубы. Для удаления воздуха из трубопровода подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах распределительной системы предусматриваем установку стояков воздушников диаметром 75-150 мм, с автоматическим устройством для выпуска воздуха.

Расчёт устройств сбора и отвода воды при промывки фильтра.

Сбор и отвод загрязнённой воды при промывке скорых фильтров, осуществляется с помощью желобов, размещаемых над поверхностью фильтрующей загрузки. При расходе промывной воды на один фильтр q_пр = 360 л/с, и количестве желобов n = 3, расход воды приходящийся на один желоб, составит:

q_ж = 360 / 3 = 120 л/с = 0,12 м³/с.

Расст. между осями желобов равно: 6 / 3 = 2 м.

Определение ширины желоба:

В = К* = 0,45 м., где:

а -- отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины равное 1,5;

К – коэфф. принимаемый равным 2,1 для желобов с треугольным основанием.

Определение высоты прямоугольной части желоба

h_пр = 0,75В = 0,75*0,45 = 0,34 м.

Полезная высота желоба (с учётом толщины стенки) равна:

h = 1,25В = 1,25*0,45 = 0,56 м

Конструктивная высота желоба с учётом толщины стенки

h_k = h+0,08 = 0,56+0,08 = 0,64 м.

По данным таблицы 40 (учебник "Очистка питьевой и технической воды"), размеры желоба будут равны: В = 0,45 м; h_k = 0,64 м; V = 0.65 м/с.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки, при Н = 0,7 и

l = 45%, Dh_ж = (0,7*45) + 0,3 = 0,62 м.,где l – относительное расширение фильтрующей загрузки (%).

Расчёт сборного канала.

Загрязнённая промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток. Поскольку фильтр имеет площадь

равную 27,85 м², то он устроен с боковым сборным каналом, непосредственно примыкающем к стенке фильтра. При отводе промывной воды с фильтра, сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов, поэтому расст. от дна желоба до дна бокового сборного канала должно

быть не менее Н_кан = +0,2 = 0,7 м., где:

q_кан – расход воды в канале.

b_кан – минимально допустимая ширина канала принимаемая равной 0,7 м.

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения f_кан = 0,7*0,7 = 0,49 м², составит:

V_кан = q_кан / f_кан = 0,375 / 0,49 = 0,77 м/с.

Определение потерь напора при промывке фильтра

Потери напора слагаются из следующих величин:

1. потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра

h_p.c.= = 4.75 м., где:

V_кол – скорость движения воды в коллекторе, м/с;

V_р.т – то же, в распределительных трубах, м/с;

a -- отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора = 0,25.

2. Потери напора в фильтрующем слое

h_ф = (а + в*w)*Н_ф = (0,76+0,017*14)*0,7 = 0,67 м., где, а , в – параметры песка с крупностью 0,5 –1 мм.

3. Потери напора в гравийных поддерживающих слоях

h_п.с. = 0,022*Н_п.с*w = 0,022*0,5*14 = 0,132 м.

4. Потери напора в трубопроводе подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

при q = 360 л/с; d = 600 мм; V = 1,21 м/с, гидравлический уклон i = 0,00293, при общей длине трубопровода равной 100 м.

h_п.т = i*l = 0,00293*100 = 0,29 м.

5. Потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводе.

h_ос = V²/ 2g = 2,84²/ 2*9,81 = 0,3 м.

Скорость в патрубках насоса d = 300 мм, составит 2,42 м/с. При двух одновременно действующих центробежных насосах 12НДС, каждый из которых подаёт 50% расхода промывной воды.

6. Потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

h_м.с. = = (2*0,984+0,26+0,5+0,92)* = 0,23 м.

Коэффициенты местных сопротивлений:

• для колена = 0,984

• для задвижки = 0,26

• для входа во всасывающую трубу = 0,5

• для тройника = 0,92

Полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит:

SH = 4,75+0,67+0,132+0,26+0,23 = 6,19 м.

Геометрическая высота подъёма воды от дна РЧВ до верхней кромки желобов над фильтром будет:

h_геом = 0,7+1,2+4,5 = 6,4 м., где:

0,7 м – высота кромки желоба над поверхностью фильтра ;

1,2 м – высота загрузки фильтра;

4,5 м – глубина воды в резервуаре;

Определение напора, который должен развивать насос при промывке фильтра

H = h_г+Sh+h_з.н = 6,4+6,43+1,5 = 14,33 м., где h_з.н – запас напора на первоначальное загрязнение фильтра.

Для подачи воды в количестве 360 л/с , принимаем один насос (для одного фильтра), марки Д2000-21(16НДн), с подачей 1980 м³/час, и напором 21м. Мощность двигателя – 160 кВт, частота вращения – 985 об/мин, КПД = 80%.

Кроме этого устанавливается один резервный насос.

Использование воды от промывки фильтров

В целях уменьшения расхода воды для собственных нужд станции, целесообразно устройство сооружений позволяющих повторно использовать сбросную воду после промывки фильтров. Принимаем повторное использование промывной воды фильтров с кратковременным задержанием её в аккумулирующих ёмкостях. Предварительно промывная вода пропускается через песколовку.

Определение расхода воды на одну промывку фильтра

q = f_ф*w*60*t₁ = 30*15*60*7 = 189 м³

В качестве аккумулирующей ёмкости принимаем два промывных бака ёмкостью по 190 м³ каждый.

Отношение Н/Д = 1/3; при Н = 3 м, и Д = 9 м ЮW_бака = 190 м

Определение числа промывок в сутки

S n_пр. = N_ф*n_пр = 7*2 = 14

Интервал времени между сбросами промывной воды:

Т = 2*14/24 = 1,16 часа или 1 час 10мин.

Полагая, что повторно используется 95% воды, а 5% теряется, определяем параметры насосной установки:

а). Насоса для перекачки осветлённой воды на фильтры:

Объём воды: Q = 189*0,95 =151,2 м³

Производительность насоса при перекачке в течении 0,33 часа:

q = Q₁ / t₁ = 151.2 / 0.33 = 458.18 м³/час.

Манометрический напор насоса: Нн = 6,8+6,7 = 13,5 м., где:

6,8 – разность отметок горизонта воды в фильтре, и дна аккумулирующей ёмкости.

6,7 – потери напора в трубопроводе от резервуаров до фильтров.

б). Насоса для перекачки шламовой воды из аккумулирующей ёмкости в канализацию.

Объём воды Q = 186*0,2 =37 м³

Производительность насоса при продолжительности перекачки осадка = 10 минут

q = Q₂ / t₂ = 37 / 0,17 = 2 м³/час

Длительность отдельных операций повторного использования

промывной воды

табл.17

Песковое хозяйство

Кварцевый песок исп. в качестве загрузки фильтра, должен быть очищен от примесей и иметь определённый гранулометрический состав.

Объём песка загруженный в фильтр W_n = N_ф*f_ф*Н_з = 7*30*0,7 = 147 м³ где:

N_ф – количество фильтров

f_ф – площадь одного фильтра

Н_з – высота фильтрующего слоя.

Годовая потребность в дополнительном количестве песка (10% догрузка)

W_д = W_н*0,1 = 147*0,1 = 14,7 м³. Принимаем что в карьерном сырье содержится 55% песка пригодного для загрузки фильтра:

W_n = 147*100 / 55 = 267 м³

W_g = 14,7*100 / 55 = 26,7 м³

Принимаем асфальтированную песковую площадку с размерами в плане

30х15 м т.е. площадью 465 м^2..

Определение ёмкости РЧВ

V = W_рег+3W_макс+3W_пожарн+W_н.с.-3W_н.с.1

W_рег = 0

3W_макс = 1164,38+1325,58+1241,16 = 3731,09 м³

3W_пож. = (60*60*60*3) / 1000 = 648 м³

W_н.с. = 0,05*Q_сут = 0,05*24123 = 1206,15 м³

3W_нс.1 = 3018 м³

V = 3731,09+648+1206,15-3018 = 2568 м³.

Т.к. количество резервуаров должно быть не менее 2, то принимаем 2 резервуара по 1284 м³.

Обработка промывных вод и осадка.

В технологии обработки промывных вод, и осадка предусматриваются резервуары-усреднители промывных вод, сгустители, накопители и площадки подсушивания осадка.

Резервуар-усреднитель промывных вод рассчитывается на 2 промывки фильтра.

Определение объёма резервуара-усреднителя

W_р = 1,25*W_пр = 1,25*378 = 473 м³

Согласно СНиП 2.04.02-84 (прил.9), принимаем два резервуара-усреднителя

ёмкостью 240 м³ каждый. Размеры резервуаров – 8х8х4 м.

В резервуар-усреднитель встроена небольшая песколовка для задержания песка, вымытого из фильтра при его промывке.

Сгустители с медленным механическим перемешиванием исп. для ускорения процесса уплотнения осадка.

Продолжительность цикла сгущения:

-- наполнение сгустителя – 0,5 часа;

-- сгущение – 10 часов(СНиП стр.119)

-- последовательная перекачка осветлённой воды и сгущённого осадка – 0,5 ч.

Итого: Т = 0,5+10+0,5 = 11 час.

Объём сгустителя:

W_с = 1,3*К_р.о*W_oc = 1.3*1.5*540 = 1053 м³, где:

К_р.о – коэфф. разбавления осадка (п.6.74 СНиП)

W_oc – объём осадочной части сооружения.

Принимаем два сгустителя диаметром 12 м, и рабочей глубиной = 4 м.

Накопители предусматриваются для обезвоживания и складирования осадка, с удалением осветлённой воды и воды выделившейся при его уплотнении. Расчётный период подачи осадка в накопитель, следует применять не менее 5 лет.

Определение объёма накопителя

W_нак = , где

Р – среднее значение влажности осадка.

Р_ос1 = 90%; Р_ос2 = 85%; Р_ос3 = 82%; Р_ос4 = 81%; Р_ос5 = 80%;

r -- плотность осадка пятилетнего уплотнения. (т/м³)

r₁ = 1,05; r₂ = 1,08; r₃ = 1,09; r₄ = 1,1; r₅ = 1,11.

W_нак =м³.

Число секций накопителя:

принимаем четыре секции работающие попеременно по годам, при этом напуск осадка предусматривается в одну секцию в течении года, с удалением осветлённой воды.

Расчёт годовых эксплуатационных затрат на станции водоподготовки.

Расчёт заключается в определении себестоимости очистки 1 м³ воды.

Себестоимость очистки равна:

S = C / Q_год , где:

С – годовые эксплуатационные расходы;

Q_год – годовой расход воды м³/год;

Q_год = Q_сут*Т_год*0,8 = 27540*365*0,8 = 8041,680 тыс. м³/год.

Определение годовых эксплуатационных расходов

С = С_р+С_э+С_з.п.+С_т.в.+С_т+С_т.р. где:

С_р – затраты на реагенты:

С_р = Q_сут*Д_р*Т_оч.*Ц_р*10^-6, (тыс.руб.), где:

Д_р – доза реагента (средняя мг/л);

Т_оч – количество дней необходимых для очистки в течении года;

Ц_р – стоимость реагентов ( руб./т), равную:

C _Al2(SO4)3 = 27540*30*365*50*10^-6 = 15,07815 тыс.руб.

С_ж.хлор = 27540*6*365*70*10^-6 = 4,2218 тыс.руб.

С_паа = 27540*1*365*150*10^-6 = 1,50781 тыс.руб.

Итого: С_р = 52773+14776+5277 = 20,80776 тыс.руб.

С_э – затраты на элекроэнергию:

С_э = N*Ц*Т (тыс.руб.), где:

N – мощность всех эл. двигателей, без учёта резервных,

N = 0,8 N_у = 987 кВт.

Ц – цена одного кВт/час = 0,18 руб.

Т_исп – время использования оборудования за год. ( 8760 час.)

С_э= 987*0,18* 8760 = 1,55630 тыс.руб.

С_з.п. – затраты на заработную плату производственных рабочих, с учётом премиальных. Исходя из производительности станции, по укрупнённым показателям принимаем 70 рабочих со средней ставкой 600 руб./месяц.

С_з.п. = 1,3*N*Ф_з*n, где:

N – число рабочих;

n – количество месяцев в году;

1,3 – коэфф. учитывающий размер премиального фонда;

Ф_з – месячная заработная плата одного рабочего.

С_з.п. = 1,3*70*600*12 = 655,2 тыс.руб.

С_т.в – затраты на техническую воду, расходуемую на промывки: (тыс.руб.)

С_т.в = Q*Ц_в где:

Q – годовой расход воды на промывку:

Q = q_пр*n_пр*t*N_ф*Т, = 32*2*6*7*365 = 981120 м3/год, где:

t – продолжительность промывки; (мин.)

n_пр – количество промывок в сутки;

N_ф – количество фильтров;

Т – количество дней в году;

q_пр – расход промывной воды (м³/мин.)

Ц_в – цена 1 м³ воды. (руб.)

С_т.в. = 981120*686 = 871,357 тыс.руб.

затраты на топливо, или тепловую энергию

С_т = Q_т*Ц_т*1,2 где:

Q_т – годовой расход тепла, = 573,4 Гкал/год;

Ц_т – тариф на одну Гкал, =83,25 руб;

1,2 – коэфф. учитывающий теплоснабжение ОС от котельной.

С_т = 573,4*83,25*1,2 = 57,28266 тыс.руб.

С_т.р. – затраты на текущий ремонт, размер которых принимаем в процентах от их стоимости.

для оборудования – 3,8 % (стоимость оборудования принимаем равной 216 тыс.руб)

для зданий и сооружений – 0,7%. (стоимость сооружений принимаем равной 1600 тыс.руб)

С_тр = С_об*0,038+С_с*0,007 = 216000*3,8+1600000*0,7 = 1940,80 тыс.руб.

Итого: С = 2080776+1556300+655200+871357+5728266+1940800 = 12832699 руб = 12,832699 тыс.руб.

Себестоимость очистки 1 м³ воды составит:

S = 8041680 / 12832699 = 0,626 руб