Определение расчетной производительности

Введение

Курсовой проект выполнен на основании задания на проектирование, в котором приведены исходные данные и вопросы, требующие разработки при проектировании.

Исходные данные:

– краткая характеристика объекта водоснабжения (число и состав водопотребителей, хозяйственно-производственная направленность);

– расположение потребителей воды на генеральном плане с отметками рельефа местности;

– планировка населенного пункта;

– требования, предъявляемые потребителями к качеству воды;

– данные об источниках водоснабжения, которые получают в результате гидрологических и топографических изысканий;

– природно-климатические условия;

– дополнительные данные, обусловленные местными факторами.

Разработка водопроводных очистных сооружений проведена в определенной последовательности. Первоначально определена полная производительность станции с учетом количества воды, идущего на собственные нужды станции (промывка фильтров, удаление осадка из отстойников и осветлителей со слоем взвешенного осадка). На основании показателей качества воды и полученной производительности станции водообработки производится выбор состава очистных сооружений. Следующим этапом является определение необходимых реагентов. При употреблении сжатого воздуха для ускорения растворения следует запроектировать воздуходувную станцию. После этого выбрано обеззараживание воды и рассчитаны необходимые сооружения. По окончании расчета реагентного хозяйства построена высотная схема очистных сооружений, затем высчитаны основные сооружения и компонованы станции водоочистки. В заключении приведен технико-экономический расчет.

Определение расчетной производительности

При определении расчетной производительности очистной станции, кроме заданной пропускной способности надо учитывать расход воды на собственные нужды станции, которые согласно п. 6.6 СНиП 2.04.02* [2] составляет 10–14% полезной производительности (Q_пол) для станции без повторного использования промывных вод.

Расчетная производительность очистной станции Q_расч, м³/сут, определяется по зависимости:

Q _расч = Q _пол

Где Q_пол – полезная производительность станции, м³/сут;

– коэффициент, учитывающий собственные нужды очистной станции.

Q_расч = = 7410 м³/сут.

Для удобства расчетов переводим Q_расч, м³/сут q_час, м³/ч q_сек, л/сек.

Q_расч = 7410 / 24 = 308.75 (м³/час);

q_час = 308, 75 / 3600 = 0, 0857 (м³/сек);

q_сек = 0.0857 * 1000 = 85.76 (л/сек).

Выбор метода и схемы очистки воды

Выбор метода очистки

Метод улучшения качества воды (УКВ), состав сооружений, расчетные дозы реагентов определяются сравнением качества питьевой воды [1], местными условиями и расчетной производительностью станции (п. 6.2 [2]).

Для получения воды питьевого качества могут использоваться методы, получившие положительное гигиеническое заключение Минздрава РФ [2].

Для определения метода очистки воды заполним таблицу 1.

Таблица 1 – Анализ качества подлежащей обработке воды

Показатель качества воды	Исходная вода	Требования СанПин 2.1.4.1074 «Питьевая вода»	Рекомендуемый метод УКВ
Обобщенные показатели качества воды
Мутность воды, М, мг/л	140	до 1, 5	Реагентное осветление воды
Цветность воды, Ц, град	90	до 20	Обесцвечивание воды
Общая минерализация воды, Р, мг/л	340	до 1000
Общая жесткость, Ж, мг-экв/л	3, 45	до 7
Величина рН, единицы рН	7, 3	в пределах 6 – 9

По результатам анализа таблицы 1 исходную воду следует подвергнуть реагентному осветлению и обесцвечиванию, а также необходимо провести обеззараживание.

Расчет установок реагентного хозяйства

Для осветления воды на ВОС предусматривается предварительная обработка воды коагулянтом и в зимнее время добавление флокулянта.

Выбор дозирующих устройств

Дозирование раствора коагулянта на ВОС предусматривается дозатором. Количество дозаторов принимается в зависимости от числа точек ввода и производительности дозатора, но не менее двух (один резервный).

Подбор насоса-дозатора выполняется по таблице 6 в зависимости от расчетной его производительности, q_Н-Д, м³/ч, определяемой по формуле:

q_Н-Д = (Q_РАСЧ х Д_К) / (Р_С х 24 х 1000),

где Р_С – содержание безводного продукта в товарном коагулянте в%. Принимается по паспорту коагулянта, для предварительных расчетов 33, 5%.

q_Н-Д = (308.75 x 38) / (0.335 x 24 x 1000) = 1.46 (м³/ч)

Таблица 6 – Характеристика насосов-дозаторов типа НД

Характеристика	Марка насоса-дозатора
Характеристика	НД‑ 120/6	НД‑ 400/6	НД‑ 800/би	НД‑ 1200/би
Производительность (номинальная) в л/ч	120	400	800	1200
Мощность электродвигателя в кВт	0, 6	1, 0	1, 0	1, 7
Размеры в мм длина ширина высота	680 272 540	840 300 634	847 300 634	875 319 672
Вес дозатора с электродвигателем в кг	78	108	115	135

Реагенты следует вводить одновременно с вводом коагулянта в смеситель или трубопровод перед ним (п. 6.19 [2]).

Обеззараживание воды

Обеззараживание воды на станции осветления предусматривается хлором, который поставляется в стальных баллонах вместимостью до 100 кг жидкого хлора.

Расчет хлораторной установки заключается в определении доз активного хлора Д_С_l, мг/л; точекввода хлора и их количества; подборе дозирующих устройств ( хлораторов ).

Принимается обеззараживание воды двойным хлорированием: первичное Д_С_l^I=5–8 мг/л (хлор вводится в нижнюю часть смесителя) и вторичное Д_С_l^II = 2–3 мг/л (хлор вводится в трубопровод перед резервуаром чистой воды). Хлорагенты вводятся в воду за 1–3 мин до ввода коагулянта (п. 6.18 [2]).

Необходимый расход хлора Q_С_l, кг/сут (кг/ч) определяется как сумма расходов для первичного Q_С_l^I, кг/сут и вторичного Q_С_l^II, кг/сут хлорирования:

Q_С_l = Q_С_l^I + Q_С_l^II,

Q_С_l^I = (Q_РАСЧ+ Д_С_l^I) / 1000,

Q_С_l^II = (Q_РАСЧ+ Д_С_l^II) / 1000.

Q_С_l^I = (308.75+ 8) / 1000 = 0.316 (кг/сут),

Q_С_l^II = (308, 75 + 3) / 1000 = 0, 312 (кг/сут),

Q_С_l = 0, 316 + 0, 312 = 0, 628 (кг/сут).

Для дозирования хлора в зависимости от необходимого его количества применяются хлораторы:

Системы Л.А. Кульского

ЛК‑ 10 с расходом хлора 40–800 г./ч;

ЛК‑ 11 с расходом хлора 0, 5–4, 5 кг/ч;

системы ЛОНИИ‑ 100 двух модификаций: 0, 08–2, 05 и 1, 28–20 кг/ч.

При расходе хлора 0, 628 кг/сут можно взять хлоратор Кульского ЛК‑ 11 или хлоратор системы ЛОНИИ‑ 100 модификации 0, 08–2, 05 кг/ч.

Количество хлораторов должно быть не менее двух. При количестве до двух рабочих хлораторов применяется один резервный, при более двух – два резервных. Для повышения надежности обеззараживания рекомендуется дозирование хлора проводить раздельно на каждое место ввода.

Установка хлораторов производится в специальном помещении хлораторной, где по числу хлораторов устанавливаются и промежуточные баллоны для задерживания загрязнений пред поступлением хлорного газа в хлоратор из баллонов. Съем газообразного хлора S, кг/ч, без подогрева баллонов, при температуре 18˚ С, принимают 0, 5–0, 7 кг/ч с одного баллона, при искусственном подогреве можно эту величину увеличить до 3 кг/ч.

К каждой группе хлораторов необходимо подключить n_БАЛ, шт. баллонов соответственно

n^I_БАЛ = q_Cl^I / S,

n^II_БАЛ = q_C^II / S,

где q_Cl^I и q_C^II- необходимый часовой расход хлора для первичного и вторичного хлорирования соответственно, кг/ч.

n^I_БАЛ = 0, 356 / 0, 628 = 1 (шт.)

n^II_БАЛ = 0, 350 / 0, 628 = 1 (шт.)

Суточная потребность в баллонах N_СУТ, шт.

N_СУТ = Q_Cl/ М,

где М – вместимость баллонов с жидким хлором, кг.

N_СУТ = 0, 628 / 100 = 63 (шт.)

Месячный запас хлора N_Б, шт. хранится в расходном складе и определяется

N_Б = N_СУТ х 30.

N_Б = 63 * 30 = 1890 (шт.)

В помещении хлораторной хранятся резервные баллоны, число которых составляет не менее 50% суточной потребности. При суточной потребности в три баллона и более в хлораторной располагается промежуточный склад хлора для хранения трехсуточного запаса.

При устройстве хлораторной необходимо выполнение определенных требований по технике безопасности, предусмотренных п. 6.148 – 6.156 [2]. Для обеспечения безопасности хлораторные располагаются на первом этаже с двумя выходами наружу. В хлораторных необходима установка вентилятора, рассчитанного на 12‑ кратный обмен воздуха в час. Перед хлораторной необходим тамбур, где хранятся спецодежда и противогазы, а также монтируются выключатели для вентиляции и освещения. Электроосвещение предусматривается герметичной аппаратурой.

Расчет вихревого смесителя

Для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды и быстрого их перемешивания принимаем вертикальный (вихревой) смеситель гидравлического типа.

1 – корпус смесителя; 2 – отверстия сборного лотка; 3 – сборный лоток; 4 – боковой карман; 5 – подача воды в смеситель; 6 – ввод реагентов в смеситель; 7 – отводящий трубопровод; 8 – сброс в канализацию.

Рисунок 4 – Схема вихревого смесителя

Расчет вихревого смесителя заключается в определении его габаритных размеров; расчете водосборной системы (перфорация сборных лотков); в определении диаметров проводящего и отводящего трубопроводов.

Расчет водосборных желобов

Вода из каждой зоны осветления собирается желобами прямоугольного сечения (п. 6.84 [2]), расположенными в верхней части зоны, по боковым стенкам коридоров (по два желоба на каждый коридор).

Расход воды на каждый желоб q_Ж, м³/ч составляет

q_Ж = К_Р.В(q_Ч / n) / (n_К х n_Ж),

где n_К – количество коридоров в осветлителе, 2 шт.;

n_Ж – количество желобов в одном коридоре, 2 шт.

q_Ж = 0, 75 х (308, 75 / 1) / (2х2) = 57.89 (м³/ч)

Площадь сечения желоба ƒ _Ж, м²

ƒ _Ж = q_Ж / V_Ж,

где V_Ж – скорость движения воды в желобах, принимается 0, 5–0, 6 м/с [2].

V_Ж = 0, 5 * 3600 = 1800 (м/ч)

ƒ _Ж = 57.89 / 1800 = 0, 0322 (м²)

Задаваясь высотой желоба h_Ж = 0, 04–0, 06 м (п. 6.84 [2]), определяем его ширину

b_Ж = ƒ _Ж / h_Ж, м.

b_Ж = 0, 03 / 0, 05 = 0, 64 (м)

Желоба предусматриваются с треугольными водосливами, расстояние между осями которых принимается 100–150 мм.

Расчет осадкоприемных окон

Избыточное количество взвешенного осадка поступает в осадкоуплотнитель через осадкоприемные окна.

Площадь осадкоприемных окон ƒ _ОК, м² рассчитывается по общему расходу воды поступающей с избыточным осадком в осадкоуплотнитель.

q_ОС = (1 – К_Р.В) х q_РАСЧ,

где q_РАСЧ – расчетный расход на один осветлитель, м³/ч;

q_РАСЧ = q_Ч / n,

q_РАСЧ = 308, 75 / 1 = 308, 75 (м³/ч)

q_ОС = (1 – 0, 75) х 308, 75 = 77.18 (м²)

С каждой стороны в осадклуплотнитель будет поступать q_ОК, м³/ч,

q_ОК = q_ОС / 2.

q_ОК = 77.18 / 2 = 38.59 (м³/ч)

Площадь окон с каждой стороны осадкоуплотнителя ƒ _ОК, м²

ƒ _ОК = q_ОК / V_ОК,

где V_ОК – скорость движения воды с осадком в окнах, принимается равной с 10–15 мм/с (36–54 м/ч) в соответствии с п. 6.83 [2].

ƒ _ОК = 38.59 / 50 = 0, 77 (м²)

Высота окон h_ОК = 0, 2 м, тогда общая их длина с каждой стороны осадкоуплотнителя

ℓ _ОК = ƒ _ОК / 0, 2 м.

ℓ _ОК = 0, 77 / 0, 2 = 3.85 (м)

Устраиваем с каждой стороны по 10 окон, с расстоянием между ними 0, 4–0, 5 м.

Расчет осадкоуплотнителя

Расчет заключается в определении необходимого объема осадкоуплотнителя W, м³, продолжительности уплотнения осадка Т, ч и расчете шламоотводящих труб.

Рабочий объем осадкоуплотнителя W, м³ при одной трубе

W = ℓ _КОРх [b_О.У х h_ВЕРТ+ (0, 5 х h_ПИРх b_О.У / 2)].

W = 12.36 х [1, 73 х 1, 9 + (0, 5 х 1, 76 х 1, 73 / 2)] = 41.38 (м³)

Расчет скорого фильтра

Для получения воды питьевого качества, отвечающей требованиям [1], на ВОС предусматриваются скорые фильтры (СФ) открытого типа с зернистой загрузкой и скоростью фильтрования V_Ф = 5–12 м/ч (рисунок 6).

Расчет фильтра выполняется в соответствии с указаниями [2]. Заключается в определении габаритных размеров фильтра, их количества; расчете верхней (сборных желобов) и нижней дренажной (сборно-распределительной) систем; вычислении потерь напора в фильтре при промывке.

Фильтры рассчитываются на работу при нормальном и форсированном (часть фильтров находится в ремонте при промывке) режимах. При количестве фильтров до 20, возможен вывод на ремонт только одного фильтра.

При производительности ВОС более 1600 м³/сут, количество фильтров N, шт. должно быть не менее 4‑ х; при Q_РАСЧ более 8000–10000 м³/сут количество фильтров определяется расчетом п. 6.99 [2].

Тип и основные технические характеристики фильтра выбирают по [2, таблице 21] и заносят в таблицу 11.

Таблица 11 – Характеристика выбранного фильтра

Тип фильтра	Характеристика фильтрующего слоя						Скорость фильтрования при разных режимах работы, м/ч
	Материал загрузки	Диаметр зерен, мм			Коэфф.неод-ти, Кн	Высота слоя, Нф, м	Нормальный	Форсированный
		min	max	экв.
Выписываются выбранные параметры из таблицы 21

Фильтрующая загрузка в скорых фильтрах располагается на поддерживающемслое, в котором укладывается распределительная система большого сопротивления. Крупность фракций и высота поддерживающих слоев принимается по таблице 12 (п. 6.104 [2]).Общая высота поддерживающего слоя обычно не превышает 500 мм, с крупностью зерен в верхнем слое 5–2 мм.

Таблица 12 – Конструкция поддерживающего слоя

Крупность зерен, мм	Высота слоя, мм	Примечание
40–20	Верхняя граница слоя должна быть на уровне верха распределительной трубы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий дренажной системы	В таблице представлена последовательность засыпки слоев снизу вверх
20–10	100–150
10–5	100–150
5–2	50–100

Для зернистой загрузки скорых фильтров используются кварцевый песок, дробленый керамзит и другие материалы, обеспечивающие технологический процесс и обладающие химической стойкостью и механической прочностью.

Список литературы

1 СанПиН 2.1.4.1074 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. // Российская газета. – 2001 – 11 – 14 – с. 11–15

2 СНиП 2.04.02–84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Р. – М.: ГУП ЦПП Госстрой России, 2000

3 Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды: Примеры и расчеты. – М.: Стройиздат, 1971.

4 Пурас Г.Н., Пономаренко М.И., Иванова М.Т. и др. Системы водоснабжения и водоотведения сельских поселений. Водоснабжение/ Справочное пособие. Часть II. Гидравлический расчет водопроводных труб – Новочеркасск, НГМА. 2003.

5 Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1995.

6 Смагин В.Н., Небольсина К.А., Белякова В.М. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственному водоснабжению. – М.: Агропромиздат. – 1990.