Кафедра водоснабжения и водоотведения

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Кафедра водоснабжения и водоотведения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Водоподготовка природных вод»

ВЫПОЛНИЛ:

студент Группы ООС – Шифр

ПРОВЕРИЛ:

преподаватель кафедры ВИВ _____________ С.В. Максимова «__»_____________2016 г.

Тюмень, 2016

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ.. 3

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ. 4

3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ... 5

4. СОСТАВЛЕНИЕ ВЫСОТНОЙ СХЕМЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ. 7

5.РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ И СООРУЖЕНИЙ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА. 11

5.1. Расчетная доза коагулянта. 11

5.2.Расчетная доза флокулянта. 12

5.3.Расчетная доза подщелачивающих реагентов. 13

5.4.Расчетная доза хлора. 14

5.5.Приготовление реагентов. 15

5.6.Реагентное хозяйство сухого хранения. 16

6. СМЕСИТЕЛЬ.. 19

6.1.Выбор типа смесителя. 19

6.2. Расчет перегородчатого смесителя. 20

7. Скорые фильтры... 23

8. ЛИТЕРАТУРА.. 34

Приложения:

1. Задание на выполнение курсовой работы по дисциплине "Водоподготовка природных вод" на 1 странице

2. Графическая часть на листе формата А_ __на листах

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной курсовой работы является знакомство с методикой проектирования водопроводных очистных сооружений для выявления основных источников воздействия на окружающую среду проектируемого технологического процесса и оценки качества продукции.

При выполнении курсовой работы проведен выбор и обоснование схемы очистки воды и состава водоочистных сооружений: описание технологии процесса очистки воды, составление высотной схемы очистных сооружений; расчет сооружений и оборудования реагентного хозяйства, выбор дозирующих устройств; технологические и гидравлические расчеты сооружений для обработки воды: смесителя, осадителя со взвешенным осадком.

Выполнена графическая часть, включающая в себя технологическую схему очистки воды, высотную схему водоочистных сооружений, план и разрезы сооружения.

Курсовая работа выполнена в соответствии со следующими нормативными документами:

- СП 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02 – 84*.

- СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

Расход воды, поступающей на водоочистную станцию, слагается из расхода полезного и расхода на собственные нужды.

Расчетная формула:

Q_п = Q * α, м³/сут, (2.1)

где:

α – коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды; α = 1,04 – при расходе на собственные нужды 4%.

В соответствии с заданием, Q = м³/сут.

Qп = * 1,04 = м³/сут

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Технология обработки природной воды и необходимый состав водоочистных сооружений устанавливается в соответствии с качеством исходной воды, производительностью станции с учетом местных условий и данных эксплуатации сооружений. В данном случае характеристика производительности станции и исходной воды:

ü Полезная производительность станции - м³/сут;

ü Мутность воды – мг/дм³;

ü Цветность –град.

Определяем концентрацию взвешенных веществ в воде, поступающей в отстойник по формуле л [4]:

С_в = М + 0,5Д_к + 0,25Ц + И , (3.1),

где: М – количество взвешенных веществ в исходной воде в г/м³;

Дк – доза коагулянта в пересчете на безводный продукт в г/м³;

Дк = г/м3 – по мутности;

Ц – цветность воды в град;

И – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды, И = 0

Подставляя значения, получаем:

Св =

Принимаем в соответствии с данными таблицы СП [1] технологию очистки воды с применением коагулянтов и флокулянтов – это – скорые фильтры. Технологическая схема очистных сооружений приведена далее на рис. 3.1.

Характеристика очищенной воды: Мутность воды < 1,5 мг/дм³;

Цветность – 20 град.

Условные обозначения: 1 – насос первого подъема 2 – смеситель 3 - __________ 4 – скорый фильтр 5 – резервуар чистой воды (РЧВ) 6 – насос второго подъема 7 – реагентное хозяйство 8 – хлораторная

Расчетная доза флокулянта.

Процесс осветления (коагулирования и осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов, например, полиакриламида (ПАА).

При добавке полиакриламида приосходит ускорение слипания агрегативно неустойчивых твердых частиц. Интенсифицирующее действие полиакриламида вызвано адсорбцией его молекул на частицах взвеси и хлопьях коагулянта, что ведет к их быстрейшему укрупнению и ускоряет осаждение.

Технический полиакриламид – прозрачный, бесцветный, вязкий и тягучий гель, содержащий 7-9% полимера. Для практического применения наиболее удобно пользоваться 1%-ным раствором ПАА. Технический полиакриламид растворяют в водопроводной воде с применением быстроходных мешалок.

Полиакриламид вводят в воду после коагулянта. Время разрыва между дозированием этих реагентов должно составлять 4 мин. При температуре воды 0-5⁰С и цветности более 60⁰. Расчетные дозы ППА принимаем по таблице [1]

Д_ф = мг/л

Расчетная доза хлора.

Обеззараживание воды применяемое с целью уничтожения имеющихся в ней бактерий, достигается обычно хлорированием воды жидким (газообразным) хлором или раствором хлорной извести. Обеззараживание воды может быть достигнуто также озонированием или действием на нее бактерицидных лучей (представляющих часть ультрафиолетового спектра).

Введение хлора в воду вызывает образование соляной и хлорноватистой кислоты по уравнению:

Cl₂ + H₂O = HCl + HOCl

Хлорноватистая кислота подвергается диссоциации на ионы водорода Н⁺ и гипохлористые ионы ОСl^- по уравнению

HOCl « Н⁺ + ОCl^-

Наличие хлорноватистой кислоты HOCl и гипохлорит-ионов рассматривается как присутствие в воде свободного активного хлора. Бактерицидные реакции хлора и его соединений носят физиологический характер. Хлор вступает во взаимодействие с протеинами и аминосоединениями, которые содержатся в оболочке бактерий и ее внутриклеточном веществе. Результатом таких взаимодействий являются химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клетки и прекращение жизнедеятельности бактерий.

Доза хлора для обеззараживания воды назначается с таким расчетом, чтобы обеспечить полное окисление содержащихся в воде органических веществ. Кроме того, принятая доза хлора должна обеспечивать в ближайшей точке водопровода от насосной станции наличие так называемого остаточного хлора в количестве не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л. Такое содержание остаточного хлора служит показателем достаточности принятой расчетной дозы для обеззараживания воды.

С этой целью доза хлора назначается с некоторым избытком. Обычно хлор вводится дважды: в нефильтрованную воду из поверхностного источника в количестве 3-5 мг/л и после фильтрования в количестве 1-2 мг/л.

5.5.Приготовление реагентов.

Весовое количество коагулянта Al₂(SO₄)₃*nH₂O, требуемое для умягчения и осветления воды, определяется по формуле:

Qк = (Q * Dр) / (10000 * p), т/сут (5.5.1)

Где Q – полная производительность, м³/сут;

Dр – доза реагента, мг/л;

р – содержание безводного продукта в коагулянте; определено при условии применения очищенного сернокислого алюминия с содержанием в нем безводного в количестве .

Тогда

Qк = (*) / (10000 * ) = 2,534 т/сутки

Запас коагулянта тонн на 30 дней. Коагулянт на водоочистные станции транспортируется в сухом виде в автотранспортом. В обрабатываемую воду все реагенты вводят в виде растворов. Реагентное хозяйство служит для приготовления растворов требуемой концентрации. Состав сооружений по приготовлению и дозировке коагулянта зависит от принятого способа хранения – «сухое» или «мокрое».

СМЕСИТЕЛЬ

Смесители служат для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды. В этом случае химические реакции, обеспечивающие нормальное течение процесса очистки воды, протекают во всем объеме поступающей воды. Продолжительность пребывания в воде в смесителе не должна превышать 2 мин, во избежание образования хлопьев.

Выбор типа смесителя.

Существуют смесители следующих типов: 1) дырчатый; 2) перегородчатый; 3) вертикальный (вихревой); 4) коридорный; 5) шайбовый.

Дырчатый смеситель целесообразно применять на водоочистных станциях производительностью до 1000 м³/ч.

Перегородчатый смеситель может быть поименен на водоочистных станциях производительностью не более 500-600 м³/ч.

Вертикальный смеситель может быть применен на водоочистных станциях как средней, так и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200-1500 м³/ч.

Коридорные смесители применяются на станциях с производительностью более 300 тыс. м³/сут.

Шайбовый смеситель применяется при вводе раствора реагента в

напорный трубопровод.

Полная производительность водоочистной станции по заданию составляет 10 400 м³/сут или 433 м³/ч., таким образом, для данных очистных подходит установка перегородчатого смесителя.

Число смесителей надлежит принимать не менее двух.

Площадь осветлителей

Осветлитель состоит из двух боковых коридоров и осадкоуплотнителя. Общая площадь осветлителя определяется по формуле:

F_осв = F_з.о. + F_з.от = (K * Q_расч)/(3,6 * v_зо) + (1-К)*Q_расч) / (3,6 * a * v_зо), (7.2.3.)

Где F_з.о.– площадь зоны осветления в м²;

F_з.от – площадь зоны отделения осадка в м²;

Q_расч – расчетный расход воды в м³/ч;

v_зо – скорость восходящего потока воды в зоне осветления в мм/сек (принимаем согласно табл. 30 л [4]. Для концентрации взвешенных веществ 556 мг/л зимой v_зо = 1,0 мм/сек, летом v_зо = 1,1 мм/сек;

К – коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем табл. 30 л [4]. Для концентрации взвешенных веществ 556 мг/л К = 0,7.

a - коэффициент снижения скорости восходящего потока воды в зоне отделения осадка вертикального осадкоуплотнителя по сравнению со скоростью воды в зоне осветления, равный 0,9.

Для зимнего периода:

F_осв³ = (0,7*417)/(3,6*1,0) + ((1-0,7)*417))/(3,6*0,9*1,0) = 81,1 + 38,61 = 119,71 м²

Для летнего периода:

F_осв^л = (0,7*433)/(3,6*1,1) + ((1-0,7)*433)/(3,6*0,9*1,1) = 76,54 + 36,45 = 112,99 м²

Так как площадь одного осветлителя в плане не должна превышать 100-150 м², принимаем два осветлителя рабочих и один резервный л. (1).

Площадь каждого из двух коридоров осветлителя определяется по формуле:

F_кор = F_осв/ (2 *N) , м² (7.2.4)

Где N – количество осветлителей

F_кор = = 81,1 / (2*2) = 20,3 м²

Площадь осадкоуплотнителя: F_о.у. = F_{отд /}N, м²

F_о.у.= 38,61 / 2 = 19,3 м²

Ширина коридора В_кор принимается в соответствии с шагом балок: В_кор = 2,6 м; тогда длина коридора l_кор = 20,3 / 2,6 = 7,8 м.

Ширина осадкоуплотнителя выше окон для приема осадка b_о.у.= 19,3 / 7,8 = 2,47 м.

Водораспределительный дырчатый коллектор, размещенный в нижней части коридоров осветителя, рассчитывают на наибольший расход воды. Тогда q _кол = 433 / (2*2) = 108,3 м³/ч = 30 л/сек.

Скорость входа воды в дырчатый коллектор должна быть в пределах 0,5 – 0,6 м/сек; диаметр коллектора принят d_кол = 250 мм при скорости v _кол = 0,55 м/сек.

Так как во второй половине дырчатого коллектора скорость становится менее 0,5 м/сек, принимаем коллектор телескопической формы, сваренный из трех труб диаметрами 250, 200 и 150 мм равной длины (по 3,13 м).

Скорость выхода воды из отверстий должна быть v_о = 1,5÷2 м/сек; принимаем 1,8 м/сек.

Тогда площадь отверстий распределительного коллектора составит: f_o = q_кол / v_o = 0,030 / 1,8 = 0,016 м² или 160 см².

Принимаем диаметр отверстий 20 мм, тогда площадь одного отверстия составит 3,14 см², а количество отверстий в каждом коллекторе будет n_o = 160 / 3,14 @ 50 шт.

Отверстия размещают в два ряда по обеим сторонам коллектора в шахматном порядке; они направлены вниз под углом 45⁰ к горизонту. Отношение суммы площадей всех отверстий в распределительном коллекторе к площади его поперечного сечения

n_o * [(p*d₀²/4) / (p*d_кол²/4)] = n * ( d₀²/ d_кол²) = 50 * (0,0004 / 0,0625) = 0,32, т.е. находится в допускаемых пределах (0,3-0,4).

Расстояние между осями отверстий в каждом ряду e = 2l / n_o = 2*7,8 / 50 = 0,312 м или 312 мм (согласно СНиП л. (1)величина e должна быть не более 0,5 м).

Водосборные желоба с затопленными отверстиями для сбора воды.

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

Расход воды на каждый желоб

q_ж = [K * (Q_час / 2)] / 2*2 = [0,7 * (433 / 2)] / 2*2 = 37,9 м³/чили 0,0105 м³/сек (при производительности одного осветлителя 216,5 м³/ч).

Ширина желоба прямоугольного сечения

b_ж = 0,9 * q_ж^0,4 = 0,9 * 0,0105^0,4 @ 15 см.

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

h_нач = 7 + 1,5 * (b_ж / 2) = 7 + 1,5 * (15 / 2) @ 18 см

h_кон = 7 + 2,5 * (b_ж / 2) = 7 + 2,5 * (15 / 2) @ 26 см

Площадь отверстий в стенке желоба равна:

S f_отв = (q_ж / (m * Ö 2*g*h), (7.2.5)

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

m - коэффициент расхода, равный 0,65

Тогда

S f_отв = 0,0105 / (0,65 * Ö 2 * 9,81 * 0,05) @ 0,0164 м² = 164 см²

При диаметре каждого отверстия 20 мм и его площади f_o = 3,14 см² количество отверстий будет: n = S f_о / f_о@164 / 3,14 @ 53 шт.

Шаг отверстий e = l / n = 7,8 / 53 @ 0,147 м @ 15 см.

Осадкоприемные окна.

Площадь их определяют по общему расходу воды, который поступает вместе с избыточным осадком в осадкоуплотнитель,

Q_ок = (1-К) * Q_расч (7.2.6)

Следовательно, Q_ок = (1-0,7) * 216,5 = 65 м³/ч. С каждой стороны в осадкоуплотнитель будет поступать Q^` _ок =65 / 2 = 32,5 @ 33 м3/ч воды с избыточным осадком.

Площадь осадкоприемных окон с каждой стороны осадкоуплотнителя будет: f_ок= Q^` _ок / v_ок= 33 / 36 @ 0,92 м² (где v_ок – скорость движения воды с осадком в окнах, равная 36 – 54 м/ч).

Принимаем высоту окон h_ок= 0,2 м. Тогда общая длина их с каждой стороны осадкоуплотнителя l_ок= 0,92 / 0,2 = 4,6 м.

Устраиваем с каждой стороны осадкоуплотнителя по горизонтали 10 окон приема избыточного осадка размером каждое 0,2 * 0,46м.

При длине осадкоуплатнителя 7,8 м и 10 окнах шаг оси окон по горизонтали составит 7,8 / 10 = 0,78 м. Расстояние между двумя соседними окнами при ширине окна 0,45 м будет 0,78 – 0,46 = 0,32 м.

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

Расход воды через каждую сборную дырчатую трубу будет:

Q_сб = [(1-K) * Q_расч - Q_ос] / 2, (7.2.7)

Где: Q_ос– потеря воды при продувке.

В рассматриваемом случае Q_ос = 2,3%. Таким образом,

Q_ос = (216,5 * 2,3) / 100 = 4,98м³/ч;

Q_сб = [(1-0,7) * 216,5 - 4,98] / 2 = 30,0 м³/ч, или q_сб = 8,33 л/сек =

= 0,0083 м³/сек

Скорость движения воды в устье сборной трубы должна быть не более 0,5 м/сек. Принимаем d_сб = 150 мм, тогда v_сб= 0,47 м/сек.

Диаметр отверстий 15 – 20 мм. Площадь отверстий при скорости входа воды в них v₀ = 1,5 м/сек должна быть: S f_о =q_сб/ v₀ = 0,0083 / 1,5 = 0,0055 м² = 55 см². При отверстиях диаметром 18 мм площадь каждого будет f_о= 2,54 см². Потребное количество отверстий n₀ = 55 / 2,54 = 21,7. Принимаем 21 отверстие шагом 7,8 / 21 = 0,37 м.

Фактическая скорость входа воды в отверстия

v^`_отв = q_{сб /}( f_о* n) = 0,0083 / (0,000254 * 21) = 1,56 м/сек

(скорость v^`_отвпринимается не менее 1,5 м/сек).

Определение высоты осветлителя. Высота осветлителя, считая от центра водораспределительного коллектора до верхней кромки водосборных желобов, равна:

H_осв= (b_кор – 2* b_ж) / (2*tg * a/2), м (7.2.8)

Где: b_кор - ширина коридора осветлителя;

b_ж – ширина одного желоба;

a - центральный угол, образуемый прямыми, проведенными от оси водораспределительного коллектора к верхним точкам кромок водосборных желобов; принимается не более 30⁰.

Если на очистной станции количество фильтров менее шести, то работа их осуществляется по режиму с постоянной скоростью фильтрования. При таком режиме работы фильтров необходимо предусматривать над нормальным уровнем воды в осветлителях дополнительную высоту для приема воды при выключении фильтров на промывку.

Дополнительная высота осветлителей должна быть

H_доп = W / SF, м (7.2.9)

Где W – объем воды, накапливающейся за время промывки одного фильтра, в м³;

SF – суммарная площадь сооружений, в которых происходит накопление воды, в м².

Высота пирамидальной части осветлителя будет

H_пир = (b_кор – a) / (2 * tg a₁/2), (7.2.10)

Где: а – ширина коридора понизу, принимаемая обычно равной 0,4 м;

a₁ – центральный угол наклона стенок коридора, равный 70⁰ (принимается в пределах 60 – 90⁰).

Определим H_осв:

H_осв= (2,6 – 2* 0,15) / (2*tg * 30⁰/2) = 4,29 м,

H_доп = W / SF - высота, обусловленная накоплением воды при
промывке одного фильтра, принимаем равной 0,1м.

H_пир = (2,6 – 0,4) / (2 * tg * 7 = 0⁰/2) = 1,55 м

Высоту защитной зоны над слоем взвешенного осадка принимаем h_защ – 1,5 м (обычно эта величина лежит в пределах 1,5 – 2,м).

Тогда высота зоны взвешенного осадка выше перехода наклонных стенок осветлителя в вертикальные будет:

h_верт = (H_осв+ H_доп) - h_защ– h_пир = (4,29 + 0,1) – 1,5 – 1,55 = 1,34 м

Такая высота недостаточна – нужна не менее 1,5 м. Поэтому принимаем H_осв = 4,75 м; тогда h^, _верт = 4,75 – 1,5 – 1,55 = 1,7 м.

Следовательно, общая высота зоны взвешенного осадка будет:

H_з.в.о. = h^, _верт+ h_пир/2 = 1,7 + 1,55/2 = 2,48 м,

т.е. находится в рекомендуемых границах (2 – 2,5 м).

Верхнюю кромку осадкоприемных окон располагаем на 1,5 м ниже поверхности воды в осветлителе. Тогда нижняя кромка этих окон высотой 0,2 м будет размещаться на уровне 4,75 – 1,5 – 0,2 = 3,05 м от дна осветлителя или на уровне 3,05 – 0,2 = 2,85 м выше оси водораспределительного коллектора (здесь 0,2 м – расстояние по вертикали от дна осветлителя до оси коллектора).

Низ осадкоприемных окон должен быть на 1,5 – 1,75 м выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикальные. Эта высота будет: 4,75 – (1,55 + 1,5 + 0,2) = 1,5 м, т.е. отвечает необходимым условиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП. 2001 – 128 с.

2. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

3. Проектирование сооружений для обезвоживания осадков станций очистки природных вод (к СНиП 2.04.02-84).

4. Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты. – 4-е изд., репринт. - М.: , 2008. – 200 с.

5. Горбачев, Е.А. Проектирование очистных сооружений водопровода из поверхностных источников: учеб. пособие. – М.: Издательство АСВ, 2004.-240 с.

6. Журба, М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: издание второе, перераб. и доп. Учебное пособие. В 3 томах. / Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. – М.: Издательство АСВ, 2004. – том 2.

7. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. - М.: Издательство МГУ, 1996.