Введение
Рост числа промышленных предприятий и развитие городских инженерных коммуникаций приводит к увеличению объема водопотребления и количества сбрасываемых в водоемы стоков. Это вызывает необходимость интенсивного строительства водозаборных, водоочистных и водооборотных систем, а также канализационных очистных сооружений.
Обеспечение населения чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных эпидемических заболеваний(передаваемых через воду).Подача достаточного количества воды в населенное место позволяет поднять общий уровень его благоустройства. Для удовлетворения потребностей в воде современных городов требуются громадные ее количества, измеряемые в миллионах кубических метров в сутки. Выполнение этой задачи, а также обеспечение высоких санитарных качеств питьевой воды требуют тщательного выбора природных источников, их защиты от загрязнения и надлежащей очистки воды на водопроводных сооружениях.
Высокие требования к качеству воды, предъявляемые потребителем весьма различны и зависят от ее назначения. Так, например, вода для питьевых и хозяйственно-бытовых целей должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу, иметь благоприятные органолептические свойства. Поэтому перед тем как подать ее потребителю, ее необходимо очистить от механических, химических и бактериологических загрязнений. Для этой цели в системах водообеспечения предусматриваются специальные инженерные сооружения, связанные определёнными технологическими процессами, в которых осуществляется обработка воды.
В данном курсовом проекте будет выбрана технологическая схема очистки природных вод, проведен расчет всех сооружений по технологической цепочке.
Общие сведения
1.1. Определение расчетной производительности водоочистной станции
В соответствии с п. 6.6. [1] полный расход воды, поступающий на станцию, определяю с учетом расхода воды на собственные нужды станции. Ориентировочно среднесуточные (за год) расходы исходной воды на собственные нужды станции принимаю без повторного использования промывной воды в размере 10% количества воды, подаваемой потребителям. Тогда:
Qрасч=1.1Q 
=1.1*45000м³/сут =49500м³/сут
Qчас= Qрасч /24=49500/24=2062,5м3/час
1.2. Характеристика качества воды
Для очистки на данных сооружениях забирается вода из поверхностного источника со следующими показателями качества: М=270 мг\л; Ц=75°; запах – 2 балла; привкус – 2 балла;рН=6,2; Щ=2,8 ммоль/л, железо – 0,3 мг/л.
Таким образом для данной воды требуется осветление, обесцвечивание и обеззараживание.
1.3. Выбор и обоснование технологической схемы очистки воды
В соответствии с табл.15 [1] для исходной воды выбираем технологическую схему очистки, состоящую из осветлителей со взвешенным осадком и скорых фильтров.
Реагентное хозяйство
2.1. Определение расчетных доз реагентов
2.1.1. Доза коагулянт
Дозу коагулянта определяется по двум параметрам: цветности и мутности.
Дозу коагулянта следует принимать по п.6.16[1], в зависимости от исходной мутности воды. Таким образом принимаем дозу коагулянта по мутности 50 мг/л
Доза коагулянта по цветности определяется по формуле:
Dк= 
Принимаю расчетную дозу коагулянта 40 мг/л.
Коагулянт подается в трубопровод перед смесителем.
2.1.2. Доза флокулянта
Для повышения эффективности процесса коагуляции применяется флокулянт полиакриламид (ПАА). Его доза принимается по п.6.17.[1]. Для контактного коагулирования рекомендуется доза 0,2 – 0,6 мг/л. Принимаю дозу ПАА DПАА = 0,6 мг/л.
Флокулянт следует вводить в воду после коагулянта (через 2-3 мин).
2.1.3. Доза подщелачивающих реагентов
Дозы подщелачивающих реагентов необходимы для улучшения процесса хлопьеобразования.
Доза подщелачивающего реагента, мг/л, принимается по формуле:
где ЩО – щелочность исходной воды, мг-экв/л;
DK –доза коагулянта;
eK – эквивалентная масса коагулянта (для сернокислого алюминия 57мг-экв);
kЩ – коэффициент, равный для соды 53;
Dщ = 53·(40/57-2,8)+1=-110,207 мг/л
Отрицательный результат, говорит о том, что подщелачивание не требуется.
2.1.4. Доза хлора
Согласно п. 6.18. [1] дозу хлорсодержащих реагентов (по активному хлору) при предварительном хлорировании следует принимать 3-10мг/л.
Принимаю дозу хлора 6 мг/л.
Хлорсодержащие реагенты при предварительном хлорировании подаются в напорные водоводы, подающие воду на водоочистную станцию.
2.2. Хранение реагентов
2.2.1. Расход коагулянта
Суточный расход коагулянта определяется по формуле:
где 
- суточный расход коагулянта, кг;
- доза коагулянта, мг/л;
- суточный расход с учетом собственных нужд, м3/сут;
– содержание активного вещества в реагенте, 30%.
Месячный расход коагулянта:
Поставку коагулянта принимаем самосвалами.
Площадь склада коагулянта определяется по формуле:
где 
- продолжительность хранения, 30 сут;
- содержание активного вещества, 30%;
– объемная насыпная масса реагента, 0,1 – 0,2 т/м3;
- допустимая высота скадирования, 1,5 – 2,5 м.
2.2.2. Суточных расход флокулянта
Суточный расход флокулянта определяется по формуле:
где - суточный расход флокулянта, кг;
- доза флокулянта, мг/л;
- суточный расход с учетом собственных нужд, м3/сут;
– содержание активного вещества в реагенте, 30%.
Месячный расход флокулянта:
2.2.3. Расчет растворных баков для коагулянта
Растворные и расходные баки выполняются одинаковой конструкции.
Вместимость растворных баков определяется по формуле:
где 
- расчетный часовой расход воды, м3/ч;
– расчетная доза коагулянта, мг/л;
- время приготовления раствора, 10 – 12 часов;
- концентрация раствора в растворном баке, 14 – 20 %;
- плотность раствора, 1 т/м3.
Принимаем 2 квадратных в плане бака объемом 3 м3 каждый. Высоту рабочей части принимаем hраст.раб.=1,5 м, т.о. площадь поперечного сечения бака:
Длина стороны определяется, как:
Принимаем угол наклона стенок бака <α=45о.
Высота нижней части бака определяется по формуле:
Полная высота бака:
2.2.4. Расчет расходных баков для коагулянта
Общий объем расходных баков определяется по формуле:
где 
- объем растворного бака, м3;
– концентрация раствора в растворном баке, 14%;
- концентрация раствора в расходном баке, 5 – 12 %.
Принимаем конструктивно 2 бака объемом по 1,75 м3, высота рабочей части hрасх.раб.=1,2 м. Площадь поперечной части:
Длина стороны определяется, как:
Принимаем угол наклона стенок бака <α=45о.
Высота нижней части бака определяется по формуле:
Полная высота бака:
2.2.5. Определение расхода воздуха для подачи в растворные и расходные баки:
где - общий расход воздуха, м3;
- площадь сечения бака, м2;
- количество баков;
- интенсивность подачи воздуха, 8 – 10 л/с*м2 для растворных, 3 – 5 л/с*м2 – расходных;
Для растворных баков:
Для расходных баков:
.
Общий расход воздуха:
Выбираем воздуходувоки (1 рабочая и 1 резервная) марки ВК-6. Завод изготовитель. Избыточное давление сжатого воздуха10 м.
2.2.6. Насосы дозаторы
Требуемая производительность насоса – дозатора рассчитывается по формуле:
где – расчетный суточный расход воды с учетом собственных
нужд, м3/сут;
- расчетная доза коагулянта, мг/л;
- концентрация раствора, 5 %;
- плотность раствора, 1 т/м3.
Принимаем насос – дозатор марки НД 160/10: Н=100 м; N=0,6 кВт.
2.2.7. Расчет мешалок для полиакриламида
Объем баков мешалок находим по формуле:
где - расчетный суточный расход воды с учетом собственных
нужд, м3/сут;
- доза флокулянта, мг/л;
- время растворения полиакриламида, 2 мин;
- концентрация раствора в баке, 30 %;
- плотность раствора, 1 т/м3.
Принимаем конструктивно 2 мешалки объемом 0,5 м3. Одна рабочая и одна резервная.
2.3. Расчет смесителя
Смеситель предназначен для быстрого и равномерного перемешивания реагента с водой. Время пребывания воды в смесителе не должно превышать двух минут. На станции большой производительности целесообразнее применять вертикальный смеситель. Смеситель может быть круглого или призматического сечения с пирамидальной или конической нижней частью.
Принимаем 1 вертикальный вихревой смеситель круглого сечения в плане.
Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:
где 
- часовой расход воды, приходящийся на один смеситель, м3/ч;
- скорость дв. воды в верхней части смесителя, 90 – 100 м/ч.
Для круглого в плане смесителя диаметр верхней части:
Принимаем диаметр верхней части 5,2 м.
Размеры нижней части принимаются в зависимости от диаметра подводящего трубопровода, который определяется по скорости движения воды 1,0 – 1,2 м/с.
где 
– секундный расход воды, м3/сек;
– скорость движения воды по трубопроводу, м/с;
Высота нижней конусообразной части смесителя определяется по формуле:
где 
- ширина верхней части смесителя, м;
– ширина нижней части смесителя, м;
- угол между наклонными стенками днища.
Объем конусообразной части смесителя:
где 
, 
- площади верхнего и нижнего основания соответственно.
Полный объем смесителя:
где 
- время пребывания воды в смесителе (не более 2 мин).
Объем верхней части смесителя:
Высота верхней части смесителя:
Полная высота смесителя:
Сбор воды производится в верхней части смесителя лотками через затопленные отверстия. Площадь живого сечения лотка:
где 
- скорость движения воды в лотке (0,6 м/с);
- число лотков (обычно 2 – 3).
Задаваясь шириной лотка 0,2 м, находим высоту слоя воды в нем:
Уклон дна лотка принимается 0,02. Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборных лотков:
где 
- скорость движения воды через отверстия (1 м/с).
Общее количество отверстий:
где 
– площадь одного отверстия (d=0,08 – 0,1 м).
Расстояние между осями отверстий:
где 
– внутренний периметр лотка, м.
Из сборных лотков вода поступает в отводящий трубопровод для подачи в осветлитель со взвешенным осадком. Скорость движения воды в нем должна быть 0,8 – 1,0 м/с, а время пребывания – не более 2 мин.
Расчет осветлителя со взвешенным осадком
Осветлители со взвешенным осадком используются в двухступенчатых схемах водоочистки для удаления взвеси из воды перед поступлением ее на фильтры.
Применение осветлителей коридорного типа может быть рекомендовано при очистке воды цветностью до 150 град. И большим содержанием взвешенных веществ (до 2500 мг/л) для водоочистных сооружений любой производительности.
Для зон осветления и отделения осадка надлежит принимать наибольшие значения площадей, полученные при расчете для двух периодов согласно п. 6.63 [1]:
Площадь зоны осветления F осв, м2, следует определять по формуле:
где 
- расчетный часовой расход, м3/ч;
- коэффициент распределения воды между зонами осветления и отделения осадка, принимаемый по табл. 20 [1];
- скорость восходящего потока воды в зоне осветления, мм/с, по табл. 20 [1].
В зимнее время:
В летнее время:
Площадь зоны отделения осадка F отд, м2,надлежит определять по формуле:
В зимний период:
В летний период:
Общая площадь:
- в летний период: Fлет.=3364+286=3650 м2;
- в зимний период: Fзим.=2673+382=3055 м2.
Принимаем большую площадь Fосв=3650м2.
Принимаем 20 осветлителей.
Площадь коридора:
где N – число осветлителей.
Принимаем ширину коридора 6 м. Длина коридора:
Площадь осадкоуплотнителя:
Ширина осадкоуплотнителя:
Принимаем длину коридора 13 м, ширину – 6 м.
Объем зоны накопления и уплотнения осадка следует определять по формуле:
где - расчетный часовой расход, м3/ч;
- время уплотнения осадка, 3 – 12 ч;
– сод. взвеси в воде после осв-ния, мг/л, принимается 8 – 15 мг/л;
– расчетное число осветлителей;
- средняя концентрация взвешенных вещ. в осадкоуплотнителе при расчетном времени уплотнения, принимается по табл. 19 [1];
- максимальное количество взвешенных веществ в воде, мг/л, определяется по формуле:
где М — количество взвешенных веществ в исходной воде, г/м3 (принимается равным мутности воды);
Д к — доза коагулянта по безводному продукту, г/м3;
К к — коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия — 0,5, для нефелинового коагулянта — 1,2, для хлорного железа ¾ 0,7;
Ц — цветность исходной воды, град;
В н — кол-во нерастворимых веществ, вводимых с известью, г/м3.
Расход, пропускаемый через каждую осадкосбросную трубу:
где t – время сброса осадка, ч (не более 15 – 20 мин).
Примем скорость движения осадка 1,5 м/с. Тогда площадь живого сечения трубы:
Так как в соответствии с п.6.87 [1] трубы для удаления осадка должны быть диаметром не менее 150 мм, принимаем диаметр труб 200 мм.
Площадь отверстий в трубах:
Скорость принимается не более 3 м/с. Диаметр отверстий не менее 20 мм.
Площадь одного отверстия:
Количество отверстий:
Расход в одном коридоре осветления:
Q=43 м3/ч=0,012 м3/с;
υ=0,5 м/с;
Принимаем диаметр подводного коллектора 200 мм.
Скорость выхода из отверстий коллектора υ0=1,5 – 2,0 м/с; диаметр отверстий d=25 мм.
Площадь всех отверстий:
Площадь одного отверстия:
Количество отверстий:
Расход в одном водосборном желобе:
где 
- коэффициент распределения воды (0,7);
- часовой расход воды, м3/ч;
- количество осветлителей.
Ширина желоба:
где 
– секундный расход воды в одном желобе, м3/с.
Площадь живого сечения желоба:
где - расходы воды в одном желобе, м3/ч;
- скорость движения воды в желобе (0,5 – 0,6) м/с.
Высота слоя воды в желобе:
Площадь осадкоприемного окна:
Расчет скорых фильтров
Общая площадь скорых фильтров определяется по формуле:
где – полезная производительность станции с учетом собственных нужд, м3/сут;
- продолжительность работы станции в течение суток, час;
- число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации;
- удельных расход воды на одну промывку одного фильтра, м3/м2 принимается по п.6.110 [1];
- время простоя фильтра в связи с промывкой (водой – 0,33 ч; водой и воздухом – 0,5 ч).
- расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч (табл.21 [1]).
Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м3/сут должно быть не менее четырех. При производительности станции более 8—10 тыс. м3/сут количество фильтров следует определять с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных в зависимости от компоновки фильтров) по формуле:
При этом должно обеспечиваться соотношение:
где N 1 — число фильтров, находящихся в ремонте (см. п. 6.95);
v ф — скорость фильтрования при форсированном режиме, которая должна быть не более, указанной в табл. 21.
Площадь одного фильтра надлежит принимать не более 100—120 м2 и определять по формуле:
Принимаем 10 фильтров с размерами 7X6,5 м.
Расход воды на промывку 1 фильтра:
qпр.=i· 
, л/с,
где i – интенсивность промывки, 14 л/с*м2.
qпр.= 14·46=644л/с=0,644 м3/с.
Площадь живого сечения коллектора дренажной системы:
где 
=1,5 м/с – скорость движения воды в коллекторе.
Диаметр коллектора дренажной системы:
Принимаем диаметр коллектора 750 мм.
Определяю графически число ответвлений. Принимаю 26 штук с одной стороны. Всего 52 шт.
Расход воды на одно ответвление:
Скорость движения воды в ответвлениях принимаем 1,5 м/с.
Площадь поперечного сечения ответвления:
Диаметр ответвлений:
Принимаем диаметр 100 мм.
Отверстия в ответвлениях d=10 – 12 мм. Общая площадь отверстий Sотв=0,25 – 0,5 % . Принимаем расстояние между отверстиями 120 мм. На одном ответвлении получается 2875/120=24 отверстий. Всего отверстий 24*52=1248 шт. Площадь одного отверстия:
Площадь всех ответвлений:
Fотв.= 
1248, 
Fотв= 0,0001 
1248=0,125
0,25% 
=0,115 .
Проверка выполняется.
Расстояние между осями водосборных желобов принимается 2,2 м. Принимаем по 2 водосборных желоба на каждый фильтр. Ширина желоба находится по формуле:
где 
– коэффициент, прнятый равным для желобов с полукруглым лотком – 2, для пятиугольных – 2,1;
= расход воды по одному желобу, м3/с;
- отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимаемое от 1 до 1,5.
Кромки всех желобов должны быть на одном уровне и строго горизонтальны.
Лотки желобов должны иметь уклон 0,01 к сборному каналу.
Крупность фракций и высота поддерживающего слоя принимаются по п.6.104 [1], 780 мм.
Общая высота фильтра определяется по формуле:
H=h1+h2+h3+h4, м
где h1- высота поддерживающего слоя, м. Определяется по данным табл.22[1]; 0,78 м.
h2- высота фильтрующего слоя, м. Определяется по данным табл.21[1]; 1,8 м.
h3- высота слоя воды над поверхностью фильтрующей загрузки, м. Принимается по п.6.101.[1]; 2 м.
h4- превышение строительной высоты по расчетным уровням воды, м. Принимается по п.6.101[1]; 0,25 м.
H=0,78+1,8+2+0,25=4,83 м
Высота кромок желобов над фильтрующей загрузкой определяется по формуле:
где 
- относительное расширение фильтрующей загрузки в процентах, принимаемое по табл. 23 [1]
Отметка низа кармана фильтра:
Уровень воды в канале с учетом подпора, создаваемого трубопроводом, отводящим промывную воду, должен быть на 0,2 м ниже дна желоба. То есть низ кармана фильтра лежит на 0,2 м ниже нижней кромки желоба:
расстояние от дна желоба до дна канала Н кан следует определять по формуле
где q кан — расходы вод по каналу, м3/с;
В кан — ширина канала, м, принимаемая не менее 0,7 м.
Ширину кармана принимаем 750 мм.
Диаметр стояка водовоздушника принимается по п.6.109.[1].
Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтров, следует предусматривать стояки-воздушники диаметром 75—150 мм с установкой на них запорной арматуры или автоматических устройств для выпуска воздуха; на коллекторе фильтра надлежит также предусматривать стояки-воздушники диаметром 50—75 мм, количество которых следует принимать при площади фильтра до 50 м2 — один, при большей площади — два (в начале и конце коллектора), с установкой на стояках вентилей или других устройств для выпуска воздуха.
Трубопровод, подающий воду на промывку фильтров, надлежит располагать ниже кромки желобов фильтров.
Опорожнение фильтра необходимо предусматривать через распределительную систему и отдельную спускную трубу диаметром 100—200 мм (в зависимости от площади фильтра) с задвижкой.
Т.о. принимаем диаметр стояка воздушника 75мм.
Промывку фильтров принимаем из водонапорной башни. Объем промывного бака должен обеспечивать одну дополнительную промывку сверх расчетного их числа.
Напор воды для промывки фильтров следует принимать с учетом потерь напора в распределительной системе, подводящих коммуникациях промывной воды и при загрузке фильтров.
Насос для подачи воды в бак должен обеспечивать его наполнение за время не больше, чем интервалы между промывками фильтров при форсированном режиме. Забор воды насосом, подающим воду в бак, следует производить из резервуара фильтрованной воды. Допускается производить забор из трубопровода фильтрованной воды, если он не превышает 50 % расхода фильтрата.
Расход на промывку одного фильтра:
qпр.= 0,644 м3/с.
Продолжительность промывки 5 мин (300 с). Расход воды на промывку десяти фильтров:
Qпр.= 0,644 10 300=1932 м3
Принимаем объем промывного бака 2000 м3. Отметка верхнего уровня воды в баке равна 18,68 м.
Резервуар чистой воды
Суммарная емкость РЧВ слагается из регулирующей емкости Wр, неприкосновенного запаса воды Wнгв, рассчитанного на тушение пожаров в течение 3ч и запаса воды на промывку фильтров Wпром, т.е.
Wрчв=Wр+Wнпв+Wпром, м3
Регулирующая емкость РЧВ определяется по совмещенному графику или таблицам подачи воды водоочистными сооружениями и насосами II-го подъема. Режим подачи воды насосами II-го подъема зависит от режима водопотребления. Поэтому для определения емкости резервуаров составляется совмещенная таблица водопотребления.
Так как мы не имеем данных по водопотреблению, для данного курсового проекта принимаем 2 резервуара чистой воды согласно типового проекта для очистных сооружений водопровода производительностью 50000 м3/сут.
Обеззараживание воды
Обеззараживание воды применяется для удаления из нее болезнетворных микроорганизмов и вирусов.
Одним из методов обеззараживания является хлорирование, доза для первичного хлорирования D хл-1=5мг/л, для вторичного Dхл-2=3мг/л. Хлор вводится в воду перед поступлением ее в очистные сооружения - предварительное хлорирование, и после выхода из них, перед ОЧВ – вторичное хлорирование.
Количество хлора, необходимого для предварительного хлорирования определяется по формуле:
где Q – суточная производительность очистной станции, м³/сут;
DХЛ-1 – доза хлора для первичного хлорирования, мг/л.
Количество хлора, необходимого для вторичного хлорирования определяется по формуле:
где: DХЛ-2 – доза хлора для вторичного хлорирования, мг/л.
Общее количество хлора:
QХЛ = QХЛ-1 + QХЛ-2 = 247,5+148,5=396 кг/сут=16,5 кг/час.
По полученной величине QХЛ – выбираются хлораторы, согласно [4] (при двойном хлорировании принимаем 2 группы хлораторов).
Хлораторы подбираем по [2] 2 рабочих и 1 резервный марки ЛОНИИ-100, с производительностью по хлору 2-10 кг/ч, dу=50мм, А=830мм, В=650мм, С=160мм. При расходе хлора менее 50 кг/сут (в нашем случае Q=396 кг/сут) на водоочистную станцию хлор поступает в баллонах (в нашем случае в контейнерах).
Площадь хлораторной принимают из расчета 3 м2 на каждые 2 хлоратора.
Помещение хлораторной должно быть оборудовано двумя входами: один непосредственно наружу, а другой через тамбур, в котором располагается шкаф для спецодежды, противогазы и устройство для вентиляции и освещения.
Расходный склад допускается принимать непосредственно в хлораторной, при этом их следует разделить огнестойкой стеной без проемов.
Расходный склад хлора надлежит проектировать из расчета хранения 30 суточного запаса хлора.