Расчет технологической станции очистки воды

 

 

4.Станция улучшения качества  питьевой воды.

При добывании подземных вод необходимо предварительно подсчитать их запасы, определить их качество и возможные изменения количества и качества во времени.

Определение запаса подземных вод требует предварительных гидрогеологических изысканий, которые должны установить все условия залегания подземных вод, питания водоносного пласта и движения воды в нем.

При решении задачи добывания подземных вод для целей водоснабжения необходимо определять эксплуатационные запасы, то есть то количество воды, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

При фильтрации поверхностных вод в грунт в них значительно уменьшается содержание кислорода, который расходуется на окисление различных органических веществ в почве. Одновременно вода обогащается углекислотой и это увеличивает растворимость  в ней различных пород.

Минерализация воды возрастает по мере увеличения длины путей, проходимых подземными водами, и времени их контакта с грунтами. Поэтому химический состав подземных вод весьма разнообразен. В них можно встретить в самых различных концентрациях почти все химические элементы, находящиеся в земной коре.

При решении вопросов, связанных с добыванием подземных вод и использованием их для водоснабжения, наибольшее значение имеет степень стабильности гидрохимической характеристики того или иного водоносного горизонта. Химический состав воды в водоносном пласте тем постоянней, чем меньше в нем водообмен. Водообмен тем активней, чем больше связан поверхностный сток с подземным, то есть чем меньше изолирован водоносный пласт от поверхности земли.

Суточные колебания качества подземных вод, как правило, не наблюдаются. Годовые и сезонные изменения химического состава подземных вод с увеличением глубины их залегания уменьшаются.

Исходные данные.

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результаты исследования
1	Мутность (макс/мин)	мг/л	310/70
2	Цветность	градусы	40
3	Привкус	баллы	3,0
4	Запах	баллы	3,0
5	Фтор	мг/л	0,8
6	Водородный показатель	рН	5,6
7	Железо	мг/л	0,55
8	Цинк	мг/л	4,0
9	Щелочность (макс/мин)	мг/л	5,6/3,2
10	Сухой остаток	мг/л	1250
11	Хлориды	мг/л	205
12	Сульфаты	мг/л	500
13	Жесткость общая	моль/л	8,7
14	Нитраты	мг/л	0,03
15	Бактериологические показатели	коли-титр	250

 

4.1. Определение производительности станции очистки воды

Расход воды, поступающей на технологические сооружения, слагается из расчетного расхода воды в сутки максимального водопотребления, расхода на собственные нужды и дополнительного расхода на пополнение запаса воды для пожарных целей.

Полная расчетная производительность станции может быть определена по формуле:

Qп.с.=α∙Qсут.max+Qдоп,                                                          (6.1)

где α - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды станции, α=1,11 – при суточной производительности менее 5000 м3/сут; Qсут.max – максимальный расход воды в сутки наибольшего водопотребления, м3/сут; Qдоп – дополнительный расход воды для пополнения противопожарного запаса, м3/сут.

Дополнительный расход воды на пожаротушение определяется:

                                                         (6.2)

где n – число одновременных пожаров (II кат. n=1…2); qпож – норма расхода воды на пожар, л/с; tпож – расчетная длительность пожара,ч; Тпож – время восстановления пожарного запаса,ч (72 ч для сельских населенных пунктов и с/х предприятий).

= 6 м³/сут;

Qп.с.= 1,11∙568,44 + 6 = 636,97м3/сут

 

6.2 Обезжелезивание воды.

Наличие в воде большого количества железа делает ее непригодной для многих водопотребителей.

Для хозяйственно – питьевого водоснабжения содержание железа не должно превышать 0,3 мг/дм3.

В природной воде  железо может содержаться в виде двууглекислого железа Fe(НСО3)2 или, значительно реже, в форме сернокислого и гуминовокислого железа.

Двууглекислое железо легко удаляется в результате аэрации воды. В начале оно распадается на гидрат закиси железа и углекислоту

Fe(НСО3)2 = Fе(ОН)2 + 2СО2.

Удаляя из воды углекислоту, можно довести гидролиз до полного распада всего количества двууглекислого железа, причем гидрат закиси железа, соединяясь с кислородом воздуха, переходит в коллоидный гидрат окиси железа

4Fе(ОН)2 + 2Н2О + О2 + 4Fе(ОН)3.

Упрощенная аэрация с фильтрованием применяется при содержании железа в воде до 10мг/дм3. Обогащение воды кислородом обеспечивается уже при падении капель воды с высоты 0,5 м. Концентрация в воде растворенного кислорода при этом доходит до 5мг/дм3. Для окисления железа необходимо 0,143 мг кислорода.

Для удаления сернокислого железа воду до аэрации обрабатывают известью и получают гидрат его закиси

FeSO4 + Са(ОН)2 = Fe(ОН)2 + СаSО4.

Гидрат закиси железа под действием кислорода воды или воздуха переходит в коллоидный гидрат окиси железа и далее удаляется обычными способами (коагуляция, осаждение, фильтрация).

 

Расчет установки обезжелезивания воды.

Содержание Fе =0,55 мг/л, Qсут = 636,97 м3/сут, Qчас = 26,54 м3/ч.

Для воды данного качества принимают упрощенную аэрацию.

Для выделения свободной углекислоты применяем аэрацию воды на вентиляторной градирне.

Необходимая площадь вентиляторной градирни:

Fгр = Qчас /Ф = 26,54/60=0,44м2,                                       (6.3)

где Ф – удельный расход воды на 1м2 площади вентиляторной градирни, принимаемый при насадке из колец Рашига 60 м3/ч и при деревянной хордовой насадке 40 м3/ч.

Высота слоя насадки их колец Рашига при щелочности исходной воды 5,6 мг∙экв/л принимается по таблице 6.1 (hкр = 3м).

 

Таблица 6.1

Рекомендуемая высота слоя насадки вентиляторной градирни  для аэрации воды при ее обезжелезивании.

Насадка	Высота слоя насадки в м при общей щелочности воды в мг∙экв/л
	2	3	4	5	6	8
Кольца Рашига размером 25х25х3 мм	1,5	1,75	2	2,5	3	4
Хордовая из деревянных брусков	2	2,5	3	3,5	4	5

Производительность вентиляторов градирни:

Qвент = Qчас ∙ Qо = 26,54 ∙ 10 =265,4м3/ч,                         (6.4)

где Qо – необходимая производительность вентилятора на 1м3 пропускаемой воды, обычно принимается равной 10м3.

Напор, развиваемый вентилятором, должен быть:

hвент = hкр ∙ 30 = 3 ∙ 30 = 90 мм вод. ст.                            (6.5)

Емкость контактного резервуара:

= 13,27                                           (6.6)

где t - 30÷40 мин – время пребывания воды в контактном резервуаре.

Размер (в плане) контактного резервуара объемом 13,27м3 при глубине слоя воды, равной 4метра, будет 2,8 х 2,8 м.

 

4.2 Контактный осветлитель

Контактные осветлители (КО) работают на основании процесса контактной коагуляции. По существу, они являются разновидностью фильтров, в которых фильтрование осуществляется в направлении убывающей крупности зерен. Предназначены они для обработки маломутных цветных вод. В воде, обрабатываемой на контактных осветлителях, максимальное количество взвешенных веществ, включая образующиеся за счет введения реагентов гидролиза коагулянта, не должно превышать 120 мг/л при цветности воды не более 120°[18].

Для обеспечения устойчивой работы вода перед поступлением на контактные осветлители должна пройти входную камеру с сетчатыми барабанными фильтрами, микрофильтры и барабанные сетки для предварительного  удаления  мусора,  растительных  и  древесных  остатков,  травы, водорослей  и  т.п.  В  противном  случае,  в  первую  очередь в контактном осветлителе засоряется распределительная система и требуется ее прочистка. Контактный осветлитель может применяться после камеры хлопьеобразования.

Характеристика микрофильтров (МФ) и барабанных сеток (БС) приведена в таблице 4.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.1

Характеристики микрофильтров и барабанных сеток

Марка	Пропускная способность, тыс. м3/сут	Размер барабана, м		Мощность электродвигателя, кВт		Масса, кг
		диаметр	длина
МФ 1,5´1	4	1,55	1,23		2,5		1240
МФ 1,5´2	8	1,55	2,31		2,5		1700
МФ 1,5´3	12	1,55	3,37		2,5		2050
МФ 1,5´1,5	15	3,05	1,71		4		2160
МФ 1,5´3	30	3,05	3,37		4		2570
МФ 1,5´4,5	45	3,05	5,64		4		3937
БС 1,5´1	10	1,55	1,23		1,7		1240
БС 1,5´2	20	1,55	2,3		1,7		1700
БС 1,5´3	30	1,55	3,37		1,7		2050
БС 3´1,5	35	3,05	1,72		2,8		2160
БС 3´3	70	3,05	3,37		2,8		2570
БС 3´4,5	105	3,05	4,74		2,8		3970

 

Конструкция микрофильтров (МФ) идентична конструкции барабанных сеток. МФ являются разновидностью барабанных сеток с ячейками 0,355´0,355 или 0,5´0,5 мм, размещаемых между двумя поддерживающими сетками с ячейками 10´10 мм, образующими фильтрующий элемент прямоугольной формы.

Микрофильтры выполняют из металлических сеток с размером ячеек

20...60 мкм.

Микрофильтры устанавливают перед контактными осветлителями для удаления крупных плавающих и взвешенных примесей, а также планктона. При отсутствии в обрабатываемой воде планктона применяют барабанные сетки. При расчетном числе сетчатых барабанных фильтров от 1...5 принимают один резервный, 6...10 – два резервных и 11 и более – три резервных.[15]

Объем входных камер принимают по объему воды, присутствующей в них в течение 2...3 мин. В них же происходят смешение и контакт воды с реагентами. Обычно камеры состоят из двух отделений, образованных переливными трубами, устройством для подъема сеток, трубами для опорожнения и промывания сеток. Промывное устройство обеспечивает равномерное распределение воды по всей длине барабана, МФ и БС промывают фильтрованной водой (после этих сооружений). Расход воды на промывку микрофильтров составляет 2 %, а на промывку барабанных сеток – 0,5 % пропускной способности. Давление воды не менее 0,5 МПа. Днище камер устраивают с наклонными стенками (50...60° к горизонту). Уровень воды в них принимают на 2,5...3 м выше уровня воды в осветлителях при рабочем цикле для обеспечения напора, необходимого для их эксплуатации.

Число контактных осветлителей      3;   4,0;   5,0;   6 и более.

Расчетная скорость фильтрования   4;   4,5;   4,8;   5 м/ч.

 

 

Для предварительных расчетов параметры фильтрующей загрузки для осветлителя КО-3 приведены в таблице 4.2.

Ниже приведены данные для расчета осветлителей КО-1 и КО-3 и их промывных устройств.

 

Таблица 4.2

Параметры фильтрующей загрузки для осветлителя  КО-3

Материал фильтрующей загрузки	Крупность зерен, мкм	Высота слоя, мм	Примечание
Гравий	40...20	200...250	1. Эквивалентный диаметр зерен  песка 1...1,3 мм
	20...10	100...150
	10...5	150...200	2. Максимальная скорость фильтрования 5,5...6,7 м/ч
	5...2	300...400
Песок	2...1,2	1200...1300	3. То же, при форсированном режиме 6...6,5 м/ч
	1,2...0,7	800...1000