Осветление воды для целей производственного водоснабжения

При подготовке воды для целей производственного водоснабжения часто требуется различная степень извлечения из воды нерастворенных (механических) примесей. Отдельные потребители могут предъявлять требования не только по общему показателю мутности, но и по размерам частиц. Для осветления воды из природных источников в производственных водопроводах могут применяться все известные методы и сооружения. Осветление воды отстаиванием широко применяется в системах производственного водоснабжения. Для осветления воды без коагуляции примеси в производственном водоснабжении применяют вертикальные отстойники, а также горизонтальные и радиальные, оборудованные скребковыми механизмами. Наиболее применяемыми являются радиальные отстойники.

Эффект осветления воды отстаиванием без коагуляции примесей зависти от их гидравлический крупности. При необходимости более глубокого осветления воды применяют фильтры.

Осветление воды фильтрованием через зернистые материалы применяют для подготовки воды в тех случаях, когда содержание взвешенных веществ в осветленной воде не должно превышать 10 мг/л. Содержание взвешенных веществ, поступающих на фильтры не должно быть более 50 мг/л.

1 Система водоснабжения первого потребителя

Высотно-технологическая схема первого потребителя представлена

на рисунке 1

Рисунок 1 ˗ Высотно-технологическая схема водоснабжения первого потребителя

В соответствии с разработанной схемой оборотная система первого потребителя включает в свой состав: ОС, охладитель, резервуары, НС, трубопроводы. Для получения воды мутностью не более 8 мг/л необходимо применение зернистых фильтров. В виду большой мутности отработанной воды, перед подачей на фильтры требуется ее предварительное осветление, поэтому предусматривается двухступенчатая обработка воды. Сначала на радиальных отстойниках, а затем на напорных зернистых фильтрах.

В качестве напорных зернистых фильтров используется ССФС системы Г.Н. Никифорова. Для охлаждения воды используются башенные градирни.

Сверхскоростная фильтровальная станция

Предусматриваем две ССФС.

Площадь фильтрования:

F==, (1)

где Q_пот – расход потребителя, м³/ч;

V_н – скорость фильтрования в период промывки одного фильтра

(V_н = 20˗25 м/с).

Количество фильтров в блоке N=6÷10.

Площадь одного фильтра:

(2)

Принимаем 8 фильтров в блоке диаметром 3,4 м, площадью 9,1 м².

Расход воды на промывку фильтра:

Q_пр = i· f·3,6= 10·9,1·3,6 = 327,6 м³ /ч, (3)

где i – интенсивность промывки.

Скорость фильтрования в период промывки одного фильтра:

V_ф = (Q_пот + Q_пр)/f·(N-1) ≤ 30 (4)

V_ф = (1700 + 327,6)/8,5·(8-1)=31,8 м³/ч

Объем воды на промывку одного фильтра при t = 0,1 ч:

(5)

Объем W_пр находится в резервуаре Р-1 и накоплен в резервуаре Р-2, откуда он забирается на промывку фильтров насосами НС-1.

Суточный расход воды на промывку фильтров сверхскоростной фильтровальной станции:

, (6)

где n_пр – число промывок каждого фильтра в сутки, которое равно 2.

W_пр.сут. учитывается при балансовом расчете.

Расчет резервуара Р.1-1

Объем резервуара в системе водоснабжения определяется исходя из 5÷10 минутной производительности насосной станции. При этом большее значение принимается для небольших по производительности систем. С увеличением производительности расчетное время уменьшается. Кроме того, резервуар Р-1 должен иметь дополнительный объем для приема промывной воды от промывки двух фильтров сверхскоростной фильтровальной станции.

Объем резервуара:

(7)

Принимаем железобетонный резервуар с размерами в плане 6×6 м, глубина воды 3,6 м. Для обеспечения самотечного приема воды от водопотребителей верх резервуара располагается на 1 м ниже планировочной отметки площадки.

Расчет радиального отстойника

Расчетная производительность радиального отстойника определяется исходя из максимального часового водопотребления и обеспечения очистки промывочной воды:

(8)

Площадь отстойников:

, (9)

где f₁ –площадь центральной вихревой зоны, которая принимается 20÷40 м² на один отстойник;

u₀ – гидравлическая крупность частиц (0,2÷0,4 мм/с).

В установке должно быть не менее 2 рабочих отстойников. Резервных отстойников не предусматривается.

Диаметр одного отстойника:

D_от = , (10)

где N=2 – количество отстойников.

К установке принимаются типовые отстойники, т.к. в отстойники поступает нагретая вода, то они устанавливаются открытыми в насыпи с отметкой верха на 5 м выше планировочной отметки площадки. Принимаем два отстойника диаметром 30 м.

Потери воды с осадком в отстойниках:

, (11)

где W_ос – суточный объем осадка;

Q_сут, Q_под – количество отработанной и подпитываемой воды соответственно, м³/сут;

M_отр – мутность отработанной воды, г/м³;

М_ист – мутность воды источника водоснабжения, г/м³;

М_тр – мутность по требованиям водопотребления, г/м³;

δ – средняя концентрация твердой фракции в осадке, г/м³.

(12)

(13)

_{Qпод.=85+85+17+25,5 =210,8 м3/сут. (14)}

_{Qсут.=1700∙ 24 =40800 м3/сут. (15)}

Количество воды, теряемое при гидравлическом удалении осадка:

, (16)

где k = 1,5 – коэффициент разбавления.

Расчет и проектирование насосной станции НС1-1

НС1.1 подает воду из Р1.1 в отстойники. Расчетная производительность НС1.1 равна количеству воды, подаваемой в отстойники.

Требуемый напор:

Н_нас=z₁-z₂+h_нс+h_с+H_тр = 125,5-120,9+2+5+1 = 12,6м, (17)

где z₁ – отметка, на которую подается вода в отстойники;

z₂ – минимальный уровень воды в резервуаре;

h_нс – потери напора в насосной станции, принимаются равными 2÷2,5 м;

h_с – потери напора в трубопроводах, принимаются равными 5 м;

H_тр – требуемый напор в точке подачи воды, равен 1 м.

Количество рабочих насосов должно быть не менее двух. Количество резервных насосов принимается в зависимости от требуемой надежности в соответствии рекомендациями СНиП. Категория надежности насосной станции – вторая.

Насосы устанавливаются под залив без использования вакуумных установок, поэтому отметка оси насоса должна быть не выше среднего уровня воды в резервуаре. Это обеспечивает надежную работу насосных станций с простой системой автоматики.

Средний уровень воды в резервуаре:

Z_ср = (Z_min+Z_max)/2=(120,9+125,5)/2=123,32 м (18)

Отметка оси насоса принимается на 0,2 м ниже среднего уровня воды в резервуаре:

Z_нас = Z_ср-0,2=123,32 -0,2=123,12 м (19)

Расстояние от оси насосов до пола насосной станции в заглубленных насосных станциях может быть принято 1,0 м.

Отметка пола насосной станции:

Z_пол = Z_нас-1 = 123,12 -1 = 122,12 м (20)

Н_загл = Z_пл+0,2- Z_пол = 125,72+0,2 - 122,12 = 3,8 м (21)

Подбираем насос марки Д 200-36, n=1450 об/мин, N=35 кВт, КПД=72, L=1685 мм, B=799 мм. Принимаем один рабочий ннасос и один резервный

Расчет и проектирование насосной станции НС1.2

НС1.2 подает воду из Р1.2 на фильтры и далее остаточным напором на охладитель. Режим работы насосной станции совпадает с режимом работы сверхскоростной фильтровальной станции, поэтому ее производительность равна:

В период промывки одного из фильтров:

Q₁=Q_пот+Q_пр=1700+327,6=2027,6 м³/ч (22)

В период отсутствия промывки одного из фильтров:

Q₂=Q_пот=1700 м³/ч (23)

Потребный напор в период без промывки фильтра:

Н_нас=z₁-z₂+h_нс+h_с+H_тр+ h_ф=125,5-120,9+2+1+7+5=19,6 м, (24)

где z₁ – отметка распределительной системы градирни, принимается ориентировочно на 5 м выше планировочной отметки;

z₂ – минимальный уровень воды в резервуаре;

h_нс – потери напора на НС (h_нс = 2,0 м);

h_с – потери напора в трубопроводах (h_с = 1,0 м);

H_тр – требуемый напор в распределительной системе градирни, который может быть принят равным 5 м;

h_ф – потери напора в скоростной фильтровальной станции (h_ф = 7 м).

Потребный напор в период промывки фильтра:

Н_нас=z₁-z₂+h_нс+h_с+H_тр+ h_ф=-120,9+2,5+1+10+5=23,1 м, (25)

где h_нс – потери напора на НС (h_нс = 2,5 м);

h_ф – потери напора в скоростной фильтровальной станции (h_ф = 10 м).

Подбираем насос:

В период без промывки фильтра: марка Д 2500-62, n=730 об/мин, N=250 кВт, D_к =700 мм, L=3650 мм, B=2080 мм. Принимаем два рабочих насоса и один резервный.

В период с промывкой фильтра: марка Д 2500-62, n=730 об/мин, N=250 кВт, D_к =700 мм, L=3650 мм, B=2080 мм. Принимаем два рабочих насоса и один резервный.

Расчет резервуара Р1.2

Резервуар Р1.2 является всасывающей камерой насосной станции НС1.3.

Объем резервуара:

(25)

Принимаем железобетонный резервуар, размеры в плане 6×6 м, глубина воды 3,6 м.

Расчет и проектирование насосной станции НС-3

Потребный напор:

Н_нас=z₁-z₂+h_нс+h_с+H_тр=125,5-120,9+2+5+15=26,6 м, (26)

где z₁ – отметка поверхности земли у потребителя;

z₂ – минимальный уровень воды в резервуаре;

h_нс – потери напора на НС (h_нс = 2,0 м);

h_с – потери напора в трубопроводах (h_с = 5,0 м);

H_тр – требуемый напор у потребителя.

Подбираем насос марки Д Д 2500-62, n=730 об/мин, N=250 кВт, D_к =700 мм, L=3650 мм, B=2080 мм. Принимаем два рабочих насоса и один резервный.

Технологический расчет башенной градирни

Температура воздуха

Влажность воздуха

Расчет башенной градирни представлен в таблице 1.

По графику:

Δt= t₁- t₂=40-31,7=8,3 (27)

где t₂ – температура охлажденной воды.

Принимаем градирню с f_ор=4000 м², высота градирни 91,5 м, высота воздуходувных окон 5,5 м, диаметр башни на уровне верха оросителя 72 м, диаметр выходного сечения башни 41,6 м плотность орошения g_ж=6 м³/(м²∙ч), перепад температуры воды Δt=10˚С

Площадь градирни:

F=Q/ g_ж=1700/6=283,3 м² (28)

Принимаем градирню размерами в плане 20×20 м.

Таблица 11 ˗Расчет башенной градирни

Δt	δt
4	-2	30,2	34,2
10	0	32,2	42,2
16	1,6	33,2	50,1

Стабилизационная обработка воды

Для защиты водопроводных труб и оборудования от коррозии и образования отложений следует предусматривать стабилизационную обработку воды, необходимость проведения которой устанавливается оценкой стабильности воды.

Оценку стабильности воды надлежит производить на основании технологического анализа по методу “карбонатных испытаний”. При отсутствии данных технологических исследований стабильность для оценки качества воды допускается определять по методикам, приведенным в СНиП 2.04.02-84*.

Коэффициент упаривания:

К_у=(Р₁+Р₂+Р₃)/(Р₂+Р₃), (1.29)

где Р₁, Р₂, Р₃ – потери воды из системы на испарение, унос с воздухом и продувку, в % от расхода оборотной воды.

Р₁=q_исп∙100/1700= 1,2% (30)

Р₂= q_ун∙100/1700= 1% (31)

Р₃=, (32)

где К_у.доп – допустимый коэффициент упаривания воды.

К_у.доп = (2-0,125·Щ_доб)·(1,4-0,01∙t₁)·(1,1-0,01·Ж_доб) (33)

К_{у.доп =}(2-0,125·2,4)·(1,4-0,01·40)·(1,1-0,01·14,5) = 1,62 (34)

где t₁ – температура оборотной воды до охладителя;

Ж_доб – жесткость общая добавочной воды, мг-экв/л;

Ж_{доб =}Ca/20+Mg/12=140/20+90/12=14,5 мг-экв/л (35)

Щ_доб – щелочность общая добавочной воды, мг-экв/л;

Щ_доб =HCO₃/61= 149/61=2,4 мг-экв/л (36)

Р₃=(1.37)

К_у = (1,2+1+0,92)/(1+0,92) = 1,62

Обработку охлажденной воды для предотвращения образований следует производить, когда Ку∙Щдоб ≥ 3.

К_у∙Щ_доб = 1,62·2,4 = 3,8 > 3 → требуется стабилизационная обработка воды.

Принимаем метод фосфатирования при щелочности добавочной воды до 5,5 мг-экв/л. Доза фосфатного реагента в оборотной воде должна поддерживаться равной 1,5÷2 мг/л по СНиП 2.04.02-84*.

Для предупреждения биологического обрастания микроорганизмами, водорослями градирен, брызгальных бассейнов и оросительных теплообменных аппаратов производят обработку охлажденной воды хлором и медным купоросом. Доза хлора составляет 7÷10 мг/л, медного купороса – 1,2 мг/л. Продолжительность хлорирования каждого периода – 1 ч, периодичность – 3÷4 раза в месяц (По СНиП 2.04.02-84*, приложение 11)