Очистные сооружения

По направлению движения воды в процессе фильтрования скорые фильтры бывают: с фильтрацией воды сверху вниз (однопоточные); с фильтрацией одновременно снизу вверх и сверху вниз (двухпоточные - АКХ).
Скорые фильтры с нисходящим движением воды бывают с одноcлойной, двухслойной и грубозернистой (для частичного осветления воды) загрузками.
Принимаем к установке однослойные безнапорные (с открытым зеркалом воды) скорые фильтры, загруженные дробленным керамзитом с диаметром зерен 0,5-1,2 мм (dэ = 0,8 мм), коэффициентом неоднородности загрузки 2, Высотой слоя загрузки 0,8 м.
Скорость фильтрования в нормальном режиме 6 м/час, в форсированном режиме – 7 м/час.
При отключении на ремонт одного (при количестве фильтров на станции до 20) или двух фильтров (при большем их количестве) скорые фильтры работают в форсированном режиме.
Расчетную площадь фильтров, м2, определяют по формуле:

где Qос - расчетная полезная производительность станции, м3/сут;
T = 24 час – продолжительность работы станции в течение суток, ч;
Vрн = 6 м/час – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме м/ч;
n - число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, принимаемое 2 - 3 [3] (принимаем n = 2);
ωп = 12 л/(с·м2) – интенсивность промывки фильтра, л/(см2), принимаемая по [3, табл.23];
t1 - продолжительность промывки, t1 = 0,1 ч;
t2 - время простоя в связи с промывкой, t2 = 0,33 ч для однопоточных фильтров.

Количество фильтров на станции определяем по формуле
(с учетом одного на промывке)
где F - площадь всех фильтров м2.
Площадь фильтрования одного фильтра:

Диаметр фильтра (круглое сечение):

При определении размеров скорых фильтров следует использовать типовые решения. Примем к установке фильтры диаметром 6 м, тогда площадь сечения одного фильтра:

Общая площадь фильтров:

Скорость фильтрования в фильтрах в рабочем режиме:

Расчетную скорость фильтрования, м/ч, при форсированном режиме определяем по формуле

где Vрн - расчетная скорость фильтров, м/ч;
N1 = 1 - число фильтров, находящихся в ремонте.
Расчетная скорость при форсированном режиме, определенная по формуле, получилась меньше допустимой, поэтому пересчет не требуется.
Высота слоя воды над поверхностью загрузки в открытых фильтрах должна быть не менее 2 м. При этом следует учитывать, что при включении фильтра на промывку на остальных фильтрах уровень воды может увеличиться.
При работе скорых фильтров с постоянной скоростью фильтрования не нужно предусматривать дополнительную высоту для приема воды при включении фильтров на промывку.
При промывке одного фильтра:

∑F – суммарная площадь сооружений (фильтров), в которых происходит накопление воды, м2.
Дренажные (распределительные) системы применяют с поддерживающими слоями и безгравийные: пористый бетон, щелевые трубы, колпачки.
Расстояние между осями дренажных труб принимают 250 – З50 мм.
Диаметр коллектора распределительной системы определяют из расчета скорости движения воды в начале коллектора 1,0 - 1,2 м/с.
Потерю напора h, м, в распределительных системах с промежуточным днищем и щелевыми колпачками определяют по формуле:

где Vщ – скорость воды на выходе из щелей, принимаем равной 1,5 м/с;
μ – коэффициент расхода, равный 0,5.
Для сбора и отвода промывной воды в промканализацию предусматривают желоба полукруглого или пятиугольного сечения. Расстояние между осями соседних желобов принимают не более 2,2 м.
Высоту кромки желоба, м, над поверхностью фильтрующей загрузки вычисляем по формуле:
.
где H - высота фильтрующего слоя, м;
е = 45% - относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке, %, принимаем по [3, табл. 23].
Промывная вода по желобам поступает в сборный канал. При площади фильтра до 40 м2 устраивают боковой сборный канал, располагаемый между фильтрами или по фронту при числе более 2. В этом случае фильтр состоит из двух отделений.
Расстояние от дна желоба до дна сборного канала, м, для исключения подпора воды в нем определяем по формуле:

где qк - расход воды в канале, м3/c; A - ширина канала (минимум 0,7 м); g = 9,81 м/с2.
Промывку фильтров осуществляют насосами. При использовании промывных насосов забор воды осуществляют из резервуаров чистой воды или из отводящего трубопровода фильтрованной воды.






2.9 Горизонтальный отстойник

Вода подводится к горизонтальному отстойнику и отводится из него по лоткам.
Расход воды
Q = 440 л/с (1583 м3/ч, 38000 м3/сут).
Начальное содержание взвешенных веществ ВВН – 520 мг/л, требуемое конечное содержание ВВК – 100 мг/л.
Для горизонтальных отстойников рекомендуемая скорость движения воды 0,1÷0,3 м/с. Принимая v = 0,3 м/с, площадь живого сечения отстойника составляет:

где v - средняя скорость движения воды; n - количество параллельно установленных секций отстойника.
Ширина проточной части отстойника выбирается конструктивно
В = 3 м.
Глубина проточной части отстойника:
h1 = F/B = 0,366/3 = 0,122 м.
Длина песколовки определяется по формуле

где
uо - гидравлическая крупность частиц, при диаметре улавливаемых частиц 0,1 мм:
;
k - коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок, .
Продолжительность протекания сточных вод при максимальном притоке должна быть не менее 30 с, поэтому принимаем длину отстойника:
.
Принимаем к установке четыре параллельные секции по 10 м длиной каждая.
Определение объема контейнера отстойника.
Объем осадка, накапливаемого в отстойнике

где ρос - плотность выпавшего осадка, кг/м3; (φ - влажность выпавшего осадка (φ = 0,6); ΔСвв - разность концентраций взвешенных веществ на входе и выходе из песколовки, кг/м3. Плотность выпавшего осадка:

где ρвв - плотность осаждающихся взвешенных веществ, кг/м3.
Тогда объем осадка:

Так как очистная установка работает круглосуточно, то объем образовавшего за месяц осадка составит:
.
Объем осадка, выпавшего в одной секции отстойника, составляет:
Vl = Voc/4 = 756/4 = 189 м3/мес.
Длина контейнера принимается равной длине секции (одного хода воды) песколовки (9 м), длина и ширина выбраны из конструктивных соображений (по 1 м). Выгрузку осадка рекомендуется осуществлять по мере накопления его в песколовке до высоты 0,75÷0,80 м.
3. Расчеты по вспомогательным сооружениям

3.1. Сооружения для повторного использования промывной воды

Если очистку воды осуществляют только фильтрованием, промывную воду направляют в дополнительный отстойник (время отстаивания 1 ч, доза полиакриламида 0,8 - 0,16 мг/л), а затем - в начало очистных сооружений. Осадок во всех случаях обезвоживают.
Основными компонентами осадка, задерживаемого загрузкой скорых фильтров и контактных осветлителей, являются загрязнения, содержащиеся в исходной воде, а также продукты гидролиза коагулянта, используемого для очистки воды.
Следовательно, масса осадка, образующегося на станции в течение суток равна произведению суточной производительности станции на концентрацию взвеси в исходной воде.
Для определения средней концентрации твердой фазы в промывной воде делят полученную массу (г/сут) на суточный объем промывной воды, который рассчитывают в каждом конкретном случае.
Определяем концентрацию взвешенных веществ в исходной воде с учетом вводимых реагентов Сср.
Доза коагулянта, определяемая по мутности, - Дк= 35 мг/л, по цветности - Дк = 34,2 мг/л.
Уменьшаем большую дозу на 15 % (по примечанию 2 к табл. 16, [3]).
Дк= 30 мг/л. k = 0,55 - переводной коэффициент для Al2(SO4)3.
Определяем расход промывной воды qпр =Fωп = 30·12,0 = 360 л/с.
Объем промывной воды на одну промывку равен
Vпр = 360 · 6 · 60 / 1000 = 129,6 м3.
Масса взвеси, улавливаемая из воды за час:

Концентрация взвешенных веществ в исходной воде с учетом вводимых реагентов:


3.2. Обработка осадка

Осадок из сооружений повторного использования воды следует обезвоживать на центрифугах, пресс- или вакуум-фильтрах либо на иловых площадках, для чего предусматриваются специальные площади. Карты иловых площадок могут быть расположены вне территории очистных сооружений.
При наличии вблизи очистной станции естественных впадин или искусственных выработок их следует использовать как шламонакопители. Одним из способов обработки осадка водопроводных станций является совместная его обработка с осадком, образующимся при очистке бытовых сточных вод. В этом случае осадок с помощью насосов перекачивают в городскую канализационную сеть, и он по трубам поступает на канализационные очистные сооружения.

3.3. Компоновка очистных сооружений.

При проектировании водоочистных станций все технологические сооружения и вспомогательные помещения располагают в одном здании. Это значительно уменьшает строительно-монтажную стоимость станции и упрощает ее эксплуатацию.
Взаимное расположение отдельных сооружений станции должно обеспечивать минимальную протяженность трубопроводов между ними, дорог и пешеходных дорожек.
Следует предусматривать расширение станции по мере увеличения водопотребления. При этом должны быть оставлены свободные от надземной застройки и подземных коммуникаций площадки для сооружений второй очереди.
Для обеспечения бесперебойности водоснабжения на водоочистной станции предусматривают систему обводных водоводов, обеспечивающих возможность подачи воды, минуя основные технологические сооружения, а также отключение отдельных сооружений станции.
Компоновка технологических и вспомогательных сооружений в виде отдельных зданий допускается только для станций большой производительности (более 100000 м3/сут) при наличии технико-экономических обоснований. Расстояние между соседними сооружениями в таком случае должно быть минимальным, но с условием сохранения удобства строительства, эксплуатации и производства ремонтных работ.
На территории станции (в санитарной зоне строгого режима) размещают все вспомогательные помещения, предусмотренные СНиПом, а также насосные станции 1-го и 2-го подъемов, резервуары, понизительные трансформаторные подстанции, котельную, мастерские, склады, проходную. Не допускается располагать здесь помещения, не имеющие непосредственного отношения к эксплуатации (например, гараж, помещение охраны и т.п.).
Из экономических соображений понизительную трансформаторную станцию следует располагать в центре энергонагрузки (обычно возле насосных станций), а котельную - в центре тепловой нагрузки (обычно возле фильтров, с подветренной стороны).






3.4. Гидравлический расчет технологических трубопроводов станции обработки воды

При проектировании станции водообработки большое значение имеет правильный выбор диаметров трубопроводов и размещение их на очистных сооружениях. В зависимости от назначения трубопровода принимают соответствующую скорость движения воды в нем.
Диаметр трубопровода определяют по таблицам для гидравлического расчета трубопроводов, задавая соответствующий расход и скорость. Расчетные скорости движения воды в трубах и каналах очистных сооружений принимают по таблице.
Таблица 3 - Рекомендуемые скорости в коммуникациях очистных сооружений
Трубопроводы и каналы Расчётные скорости движения воды, м/с От насосной станции 1-го подъёма к смесителю 1 - 1,2 От смесителя до фильтров 0,8 - 1 От фильтров до резервуаров чистой воды 1 - 1,5 В напорном трубопроводе, подающем воду потребителю 1 - 1,5 В устье желоба для отвода промывной воды 0,6 В канале для отвода промывной воды не менее 0,8 Таблица 4 - Гидравлический расчет трубопроводов
Наименование трубопровода Скорость в тр/пр, м/с Расход в тр/пр, м3/с Диаметр тр/пр расчетный, м Диаметр тр/пр (внутр.) станд., мм Реальная скорость в тр/пр, м/с От насосной станции 1-го под. к смесителю 1 0,44 0,757 800 0,9 От смесителя до фильтров 0,9 0,44 0,798 800 0,9 Тр/пр подвода к од. фильтру 0,8 0,05 0,249 250 0,795 Напорный тр/пр, подачи воды потребителю 1,5 0,44 0,618 600 1,51 4. Спецификация на сооружения и оборудование

Таблица 5 - Спецификация на сооружения и оборудование
Наименование сооружений и оборудования Количество Размеры, мм Основные сооружения Скорые фильтры 10 ø 6000, Н = 4240 Смесители 2 ø 4200, Н = 7800 Реагентное хозяйство Растворные баки для коагулянта 2 9000х8700х2000 Расходные баки для коагулянта 1 2000х1500х2000 Установка для приготовления раствора ПАА УРП-2 2 2190х1680х2250 Хлоратор, ЛК 10Б 2 1230х640х280
5. Технико-экономическая часть проекта

При расчете технико-экономических показателей необходимо определить капитальные и эксплуатационные затраты, а также стоимость очистки 1 м3 воды.

5.1 Определение капитальных затрат на оборудование по укрупненным показателям.

Удельная стоимость оборудования для очистки 1 м3/час воды (ориентировочно):
Куд = 80000 руб/(м3/час).
Капитальные затраты на оборудование:
К = Куд · Gв = 80000 · 38000/24 = 126700 тыс. руб.

5.2 Определение эксплуатационных затрат на очистку воды

Стоимость электроэнергии
На водоподготовительной установке предусматривается установка насосов.
Количество потребляемой электроэнергии за год (ориентировочно):

Тариф на электрическую энергию 3,79 руб/кВт·час.
Затраты на электроэнергию:

Годовой расход коагулянта:
.
Цена коагулянта:
Цк = 35 тыс. руб./т.
Годовой расход ПАА:
.
Цена ПАА:
Цк = 284 тыс. руб./т.
Годовой расход хлора:
.
Цена хлора: Цхл = 153 тыс. руб./т.
Годовой расход извести:
.
Цена извести: Ци = 121 тыс. руб./т.
Годовые затраты на реагенты:
Зр = ΣЦ · mгод = 876 · 35 + 3,33 · 284 + 69,4 · 153 + 185 ∙ 121 =
= 64,6 млн.руб./год.
Расчет затрат на зарплату персонала
Таблица 6 – Определение суммарной зарплаты сотрудников
Должность Количество работников Годовая зарплата одного сотрудника, тыс. руб. Сумма заработной платы, тыс. руб. Начальник 1 200 200 Главный инженер 1 185 185 Начальник смены 4 170 680 Зав. лабораторией 1 150 150 Лаборант 8 110 880 Коагуляторщик 4 110 440 Хлораторщик 4 110 440 Фильтровальщик 4 110 440 Механик 1 150 150 Слесарь-сантехник 4 120 480 Электрик 4 120 480 Уборщица 2 90 180 Дворник 1 90 90 Итого 39 4795
(соц. отчисления 240) Годовые затраты на заработную плату составят:
Ззрп = 4795 + 240 = 5,035 млн. руб./год.
Амортизационные отчисления (5% от капитальных затрат) составят
Зам = 0,05 · 126700 = 6,33 млн. руб/год.
Затраты на текущий ремонт
Зтр = 0,038 · 126700 = 4,81 млн. руб/год.
Неучтенные расходы на отопление помещений, содержание участков и прочее:
Зн = =
= 0,06 ∙ (6,33 + 4,81 + 6,33 + 64,6) = 4,92 млн руб/год
Суммарные эксплуатационные затраты:
Зэ = Зэ + Зр + Ззрп + Зам + Зтр + Зн =
= 12,24 + 64,6 + 5,035 + 6,33 + 4,81 + 4,92 = 97,84 млн. руб./год.
За год водоподготовительная установка очистит:
38000 · 365 = 13870 тыс. м3 воды.
Себестоимость очистки составит:
Sв = 97840000/13870000 = 7,054 руб/м3.
Библиографический список

1. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. Учебник для вузов. – М.:Стройиздат, 1995. – 688 с.
2. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. – Москва: «Высшая школа», 1984 – 368 с.
3. Строительные норма и правила СНиП2.04.02-64*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.:ФГУП ЦПП, 2004. -128 с.
4. Водоснабжение населённых мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. Разд. III. – М. :Стройиздат, 1977–287 с.
5. Справочник по очистке природных и сточных вод/ Пааль Л.Л., Кару Я.Я., Мельцер Х.А., Репин Б.Н. – М : Высш. шк., 1994. – 336 с.
6. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчёты. 3-е изд. – М.: Стройиздат, 1971. – 303 с.
7. Тугай А.М., Терновцев В.Е. Водоснабжение. Курсовое проектирование. – Киев : Вища школа. 1980. – 207 с.
8. Справочник монтажника. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений/ Москвитин А.С. и др.– М.: Стройиздат, 1979. - 480 с.
9. Водоснабжение. Технико-экономические расчёты. – Киев: Вища школа, 1977. –150 с.
10. Журба М.Г. и др. Классификаторы технологий очистки природных вод.– М.: ГНЦ НИИ ВОДГЕО, 2000. – 118 с.
11. Беляева С.Д. Обработка алюминийсодержащих осадков природных вод // Современные технологии и обрудование для обработки воды на водоочистных станциях / НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды. – М.:1997.
12. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. – 103 с.
13. Постановление Правительства Российской Федерации N 87 от 16 февраля 2008 г. "О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию".
14. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. – М. 1971. – 580 с.



1