Выбор метода обработки воды
К воде, идущей на технологические нужды промышленных предприятий, предъявляются специальные требования, диктуемые технологией производства.
В зависимости от соотношения качества воды и нормативных требований к чистой воде могут применяться следующие методы её обработки: осветление, обесцвечивание, обеззараживание, опреснение, умягчение, обезжелезование, обесфторивание, фторирование, дегазация, дезактивация. Вопрос о необходимости применения того или иного метода в каждом конкретном случае решается сравнением соответствующих показателей исходной воды с нормативными.
Для химической обработки воды могут использоваться различные способы. Выбор того или иного способа определяется в соответствии со СНИП /1/. Поскольку по различным показателям качества воды могут использоваться одинаковые способы обработки, то необходимо стремиться к совмещению этих процессов. При этом упрощается общая схема и состав очистных сооружений.
На основе данных состава и свойств воды источника предназначенного к использованию и сопоставление качества воды с данными ГОСТ в табл. 1. выбираем метод ее обработки.
Технологическая схема очистки воды представлена на рисунке 5.1.
Рис. 5.1. Схема очистных сооружений
1-барабанные сетки; 2-вихревой смеситель; 3-крупнозернистый фильтр;
4-РЧВ; 5-реагентное хозяйство.
Доза и последовательность ввода реагентов
Для ускорения процесса осветления при реагентном методе обработки в воду добавляем коагулянты, в качестве которого используем сернокислый алюминий (глинозем) Al2(SO4)3∙18H2O.
При обработке мутных вод дозу безводного коагулянта Дк рекомендуется определять в зависимости от содержания взвешенных веществ 
, и она составит Д к =25 мг/л.
При обработке цветных вод:
Д = 4 
, мг/л (5.1)
где Ц – цветность обрабатываемой воды в градусах платино-кобальтовой шкалы.
Принимаем большую из этих доз: Д к =30,46 мг/л.
Для улучшения процесса хлопьеобразования при малой щелочности исходной воды может возникать необходимость в подщелачивании. Доза подщелачивающих реагентов определяется по формуле:
(5.2)
где К - коэффициент, равный эквивалентной массе щелочи в мг/мг-экв.
Принимаем для извести (по СаО) К=28; Д к - максимальная в период подщелачивания доза безводного коагулянта, равная 30 мг/л;
е - эквивалентная масса безводного коагулянта. Принимаем для Al2(SO4)3 е =57 мг/мг-экв; Щ - минимальная щелочность обрабатываемой воды, равна 1,9 мг/мг-экв.
Получим:
Так как доза подщелачивания отрицательная, значит подщелачивание не требуется.
 |
Барабанные сетки
Улучшение качества поверхностных вод, как правило, нуждается в их предварительной водообработке с целью извлечения плавающих или грубодисперсных примесей, планктона. С этой целью используют фильтрование воды через сетки, ткани и пористые элементы.
При прохождении воды через сетки достигается извлечение через нее взвешенных веществ. Процесс осуществляется на поверхности материала. Поверхностное фильтрование происходит при движении воды через сетчатые перегородки. При механическом процеживании из воды извлекаются все примеси, превышающие размеры пор фильтрующей основы или пор, образуемых задержанными частицами, которые сами являются фильтрующим слоем. При этом чем меньше размеры пор фильтрующей основы, тем более высоким будет достигаемый эффект.
Поверхностное фильтрование может осуществляться на тонких сетчатых перегородках, на объемных пористых элементах из твердых материалов или на жестких каркасах с предварительно нанесенным фильтрующим слоем. Фильтрование через сетчатые перегородки осуществляют на открытых или напорных фильтрах.
Барабанные сетки, устанавливаемые на площадке очистных сооружений до ввода в воду реагентов, используют для грубого осветления воды. Размер отверстий из нержавеющей стали или полимеров 0,5 
0,5 мм. Рабочая сетка размещается между поддерживающими сетками с размером отверстий 10 10 мм. Интенсивность фильтрования на барабанных сетках принимают 25-65 л/с на м2 смоченной площади макросетки, так как барабан только на 2/3 диаметра погружен в воду. Расход воды на промывку барабанных сеток, подаваемый под давлением 0,2 МПа, составляют до 0,5% обработанной воды, потери напора –около 0,1 м.
В данном курсовом проекте принимаем барабанную сетку марки БС 3 3 с производительностью 70 тыс. м3/сут.
Размеры барабана: диаметр – 3050 мм;
длина – 3370 мм.
Размеры камеры: длина – 4122 мм;
ширина – 4060 мм;
расстояние от оси до дна – 1700 мм.
Число фильтрующих элементов – 36.
Мощность электродвигателя – 2,8 кВт.
В данном курсовом проекте принимается одна рабочая барабанная сетка и одна резервная.
5.4. Вихревой смеситель
В технологических схемах очистки природных вод смесители применяются для обеспечения последовательного ввода реагентов и равномерного их распределения в обрабатываемой воде.
По принципу действия смесители могут быть разбиты на две группы: гидравлические и механические. В смесителях гидравлического типа перемешивание потока достигается за счет его турбулизации, которая создается сужениями, дырчатыми перегородками, шайбами и т.п.
Вертикальные (вихревые) смесители представляют собой квадратные резервуары с пирамидальной нижней частью с углом наклона стенок 30°-40°. В низ пирамиды подводят обрабатываемую воду, восходящая скорость которой в квадратной части смесителя должна быть 25 мм/с. Из смесителя вода отводится периферийным лотком, дырчатыми трубами с затопленными отверстиями или центрально расположенной затопленной воронкой.
Расчет смесителя:
Принимаем 2 рабочих и 1 резервный смеситель.
Скорость воды в верхней части смесителя принимается равной 
.
Площадь сечения верхней части
(5.3)
где Qс- расход воды через смеситель в м3/с.
Исходя из найденной площади смесителя определяются его размеры в плане: сторона квадрата
(5.4) 
Угол между наклонными стенками нижней части (или угол конусности для конической формы) принимается равным 
Скорость воды на входе в смеситель (в нижней его части) принимается равной 
. Принимаем 
. Исходя из этого определяется площадь горловины нижней части
, (5.5) 
и ее размеры:
(5.6) 
Высота нижней части
(5.7) 
Объем нижней части
(5.8)
Время пребывания воды в смесителе принимается не более 
Исходя из этого объем воды в смесителе
(5.9) 
Объем верхней части смесителя
(5.10) 
Высота верхней части:
(5.11) 
Расчет водоотводящих систем производится исходя из скорости воды в них. Рекомендуется принимать её не более 
В трубчатой водоотводящей системе обычно принимают три сборных трубы. Расход воды через одну трубу
(5.12)
где nТ – количество сборных труб.
Диаметр сборной трубы
(5.13) 
Согласно ГОСТ 10704-91 принимаем трубы стальные электросварные:
Dнар=219 мм, Dвнутр=219-4·2=211 мм.
Общая площадь входных отверстий
(5.14) 
а их количество
(5.15)
где d0-диаметр отверстия в м.
шт
Диаметр сборного коллектора, принимающего воду из сборных труб, определяется по половинному расходу воды через смеситель
(5.16) 
Согласно ГОСТ 10704-91 принимаем трубы стальные электросварные:
Dнар=273 мм, Dвнутр=273-4·2=265 мм.
Диаметр отводящей трубы
(5.17) 
Согласно ГОСТ 10704-91 принимаем трубы стальные электросварные:
Dнар=377 мм, Dвнутр=377-5·2=367 мм.
Реагентное хозяйство
Расчетные дозы реагентов следует устанавливать для различных периодов года в зависимости от качества исходной воды и корректировать в период наладки и эксплуатации сооружений. При этом надлежит учитывать допустимые их остаточные концентрации в обработанной воде, предусмотренные ГОСТ 2874-82 и технологическими требованиями.
Приготовление и дозирование реагентов надлежит предусматривать в виде растворов или суспензий. Количество дозаторов следует принимать в зависимости от числа точек и производительности дозатора, но не менее двух (один резервный).
Гранулированные и порошковые реагенты надлежит, как правило, принимать в сухом виде.
Концентрацию раствора коагулянта в растворных баках, считая по чистому и безводному продукту, следует принимать: до 17% - для неочищенного, до 20%- для очищенного кускового, до 24% - для очищенного гранулированного; в расходных баках - до 12%.
Время полного цикла приготовления раствора коагулянта (загрузка, растворение, отстаивание, перекачка, при необходимости чистка поддона) при температуре воды до 10 0 следует принимать 10…12ч.
Для ускорения цикла приготовления коагулянта до 6…8ч рекомендуется использование воды температурой до 400.
Количество растворных баков следует принимать с учетом объема разовой поставки, способов доставки и разгрузки коагулянта, его вида, а также времени его растворения и должно быть не менее трех.
Количество расходных баков должно быть не менее двух.
Для растворения коагулянта и перемешивания его в баках надлежит предусматривать подачу сжатого воздуха с интенсивностью:
8…10 л/(с*м2) - для растворения;
3…5 л/(с*м2) - для перемешивания при разбавлении до требуемой концентрации в расходных баках.
Распределение воздуха следует предусматривать дырчатыми трубами.
Допускается применение для растворения коагулянта и перемешивания его раствора механических мешалок или циркуляционных насосов.
Растворные баки в нижней части следует проектировать с наклонными стенками под углом 450 к горизонтали для неочищенного и 150 для
 |
очищенного коагулянта. Для опорожнения баков и сброса осадка следует предусматривать трубопроводы диаметром не менее150 мм.
При применении кускового коагулянта в баках должны быть предусмотрены съемные колосниковые решетки с прозорами 10…15мм.
При применении гранулированного и порошкового коагулянта необходимо предусматривать на колосниковой решетке сетку из кислостойкого материала с отверстиями 2 мм.
Днища расходных баков должны иметь уклон не менее 0,01 к сбросному трубопроводу диаметром не менее 100мм.
Забор раствора коагулянтов из растворных и расходных баков следует предусматривать с верхнего уровня.
Внутренняя поверхность баков должна быть защищена кислотостойкими материалами.
Для транспортирования раствора коагулянта следует применять кислотостойкие материалы и оборудование.
Конструкции реагентопроводов должны обеспечивать возможность их быстрой прочистки и промывки.
Активацию сернокислым алюминием следует производить на установках непрерывного или периодического действия.
Количество баков для известкового молока или раствора предусматриваем не менее двух. Концентрацию известкового молока в расходных баках принимаем не более 5% по CaO.
Для непрерывного перемешивания известкового молока применяем гидравлическое перемешивание с помощью насосов.
При гидравлическом перемешивании восходящую скорость движения молока в баке принимаем не менее 5 мм/с. Баки имеют конические днища с наклоном 450 и сбросные трубопроводы 100мм.
Диаметры трубопроводов подачи известкового молока должны быть: напорных при подаче очищенного продукта не менее 25мм, неочищенного- не менее 50мм. Скорость движения в трубопроводах известкового молока должна приниматься не менее 0,8 м/с. Повороты на трубопроводах известкового молока следует предусматривать с радиусом не менее 0,5d, где d- диаметр трубопровода. Напорные трубопроводы проектируются с уклоном к насосу не менее 0,02, самотечные трубопроводы должны иметь уклон к выпуску не менее 0,03.
При этом следует предусматривать возможность промывки и прочистки трубопроводов.
В проекте используем схему организации реагентного хозяйства, основанную на получении с заводов-поставщиков готовой продукции, которую затем при помощи специальных аппаратов вводят в обрабатываемую воду. На очистной станции предусмотрен склад готовой продукции и аппараты дозаторы.
Со склада коагулянт по мере надобности передается в растворные баки, где разбавляется до концентрации 17%. Затем после отстаивания раствора перепускается в расходные баки, где разбавляется до концентрации 10%, а затем дозируется в обрабатываемую воду.
5.6. Фильтр
Общую площадь скорого фильтра в м2 определяют по формуле:
Fф = Q / (T*Vн – 3.6*n*w*r1 – n*r2*Vн –n*r3*Vн), (5.18)
где Q=2639,25 м3/сут – полезная производительность станции;
Т = 8ч – продолжительность работы станции; Vн = 10 м/ч – расчетная скорость фильтрования; n = 2 – число промывок каждого фильтра в сутки; w = 15 л/(с*м2) – интенсивность промывки; r1 = 0.12 ч – время промывки фильтра; r2 = 0,33 ч – продолжительность простоя фильтра, в связи с промывкой, [5]; r3 = 0.17 ч – продолжительность сброса в канализацию первого фильтра после промывки фильтра.
Fф = 4259,76/(8*10-3,6*2*15*0,12-2*0,33*10-2*0,17*10) = 50,6 (м2)
Ширина фильтра в плане составляет 6м.
При этом длину фильтра в плане в м определяют как
м. (5.19)
Для загрузки фильтров используем кварцевый песок.
Общая строительная высота фильтра, отсчитанная от оси коллектора, определяется по формуле:
, (5.20)
где Нб - высота бортика над предельным уровнем воды, принимают
Нб=0,25…0,5м;
Нсл - высота фильтрующего слоя, принимается по приложению 
;
е - требуемое относительное расширение загрузки, принимается по
приложению ;
Нподд - высота поддерживающего слоя, принимается в пределах 0,45-0,5м.
Нб=0,4 м; Ндоп=0,52 м Нсл=1,5 м; е=0,25; Нподд=0,45 м.
м.
Скорости воды в соединительных трубопроводах принимают не более 1,5м/с.
Трубчатая распределительная (дренажная) система располагается в поддерживающем слое загрузки и организует выход воды из фильтрующего слоя, не допуская выноса зерен фильтрующего материала из фильтра. При промывке фильтра эта система должна равномерно распределять промывную воду по площади фильтра. В настоящее время применяют распределительные системы большого сопротивления, обеспечивающие высокую равномерность распределения промывной воды по площади фильтра.
Трубчатые распределительные системы выполняет из чугунных, асбестоцементных или стальных труб с отверстиями, которые укладывают параллельно друг другу в нижних слоях гравия и присоединяют к коллектору, проложенному в середине фильтра параллельно его длинной стороне в плане. Отверстия располагаются либо в один ряд на верхней
образующей трубы, либо в два ряда, расположенных под углом 450 от вертикали в верхней части трубы; в последнем случае отверстия размещаются в плане в шахматном порядке.
Общая площадь отверстий в м2 определяется по формуле:
, (5.21)
где Котв = 0,0025…0,005.
Принимаем Котв=0,003:
м2.
Общее число отверстий распределительной системы:
, (5.22)
где dотв=0,01…0,012 м.
Принимаем dотв=0,012 м:
шт.
Число дырчатых труб распределительной системы определяется по формуле:
, (5.23) где 
-шаг между дырчатыми трубами, принимаемый в пределах 0,25-0,35м.
Принимаем =0,3 м:
шт.
Число отверстий на одной трубе:
, (5.24)
шт.
Шаг отверстий в м в каждом ряду на дырчатой трубе определяют по формуле:
, (5.25)
где nр- число рядов отверстий на одной трубе:
nр=1 – для отверстий на верхней образующей;
nр=2 – для бокового расположения отверстий.
Принимаем боковое расположение отверстий.
м.
Следует учесть, что должно выполнятся условие: 
3dотв, в противном случае следует повторить расчет, уменьшив .
= 0,1 м > 3*0,012 - условие выполняется.
В конструкциях фильтров применяются пористые, колпачковые, сборные железобетонные и щелевые распределительные системы, при которых
 |
фильтры не нуждаются в использовании поддерживающих слоев гравия, что снижает стоимость фильтра и повышает надежность его работы.
Колпачковые системы выполняются с применением: а) щелевых пластмассовых колпачков; б) фарфоровых колпачков; в) пористых колпачков. Принимают количество колпачков не менее 35 шт. на 1 м2 площади фильтра при общей площади их проходных отверстий 0,8…1%
площади фильтра.
Щелевые системы выполняются либо из труб из нержавеющей стали, полиэтилена со щелями вдоль образующих, либо в виде ложного щелевого дна. Ширина щелей принимается на 0,1мм меньше самой мелкой фракции загрузки. Щели располагают в шахматном порядке по всей поверхности труб; их общая площадь составляет 1,5…2% площади фильтра.
В курсовом проекте принимаем колпачковую систему с применением щелевых колпачков.
Потери напора в распределительной системе определяют по формуле:
, (5.26)
где Vк - скорость в начале коллектора, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2; 
- коэффициент гидравлического сопротивления, принимаемый из соотношения
- для трубы со щелями; (5.27)
где кп- коэффициент перфорации;
;
Принимаем Vк = 1,5 м/с и Vб.с. = 0,45 м/с.
Потерю напора в щелевых колпачках определяют по формуле:
, (5.28)
где xк = 4 – коэффициент сопротивления колпачка; V – скорость воды в щели колпачка, задается Vк 1,5 м/с.
.
При этом общее количество щелевых колпачков определяют по формуле:
; (5.29)
где fкол - суммарная площадь одного колпачка в м2. Площадь одного
колпачка составляет 3*10-4 м2.
шт.
Потери напора в коммуникациях до и после перфорированных участков труб и в местных сопротивлениях учитываются дополнительно. Потери напора в слое взвешенного осадка принимают в пределах 0,01..0,02м на 1м
 |
его высоты.
Подача воды на промывку осуществляется обратным током воды в коллекторе и ответвлениях, диаметры которых определяются по формуле:
, (5.30)
где d – диаметр коллектора или ответвления в м; F1 – площадь одного фильтра, м2; w – интенсивность промывки, л/(см2) ; V – скорость воды при промывке принимается:
в начале коллектора 0,8…1,2 м/с;
в начале ответвления 1,6…2 м/с;
nх – количество ответвлений (для коллектора nх = 1).
м
Стояки-воздушники для удаления воздуха из системы при промывке фильтра выполняют диаметром 75…150 мм, снабжая их на выходе запорной арматурой, либо вантузом.
Для промывки фильтрующей загрузки используют воду, очищенную на фильтрах.
Для сбора и отведения промывной воды предусматривают желоба полукруглого или пятиугольного сечения, оси которых расположены на расстоянии не менее 2,2 м друг от друга. Ширину желоба определяют по формуле:
, (5.31)
где qж – расход воды по одному желобу, м3/с;
аж – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его
ширины, принимаемое 1…1,5;
кж – коэффициент, для полукруглых желобов кж = 2.
Ширина фильтра 6м, расстояние между осями желобов 2,2м. Тогда ориентировочное количество желобов 
. Количество желобов принимаем равным 3.
Тогда ширина желоба:
м.
Лотки желобов должны иметь уклон 0,01 к сборному каналу. Расстояние от дна желоба до дна канала определяют по формуле:
, м, (5.32)
где qкан – расход воды по каналу, м3/с; Вкан = 0,7 м – ширина канала.
м.
Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов определяют по формуле:
 |
, (5.33)
где Нз – высота фильтрующей загрузки, м;
аз – относительное расширение фильтрующей загрузки в %.
м.
