4 Система водоснабжения четвертого потребителя

Расчет резервуара Р4.1

Объем резервуара:

(1.82)

Принимаем железобетонный резервуар, размеры в плане 6×6 м, глубина

воды 3,6 м.

Расчет и проектирование насосной станции НС4.1

Потребный напор:

Н_нас=z₁-z₂+h_нс+h_с+H_тр = 123,9-119,3+2+5+20 =31,6 м, (83)

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.

Средний уровень воды в резервуаре:

Z_ср = (Z_min+Z_max)/2=(119,3+122,9)/2= 121,1 м (84)

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

резервуаре:

Z_нас = Z_ср-0,2=121,1 -0,2= 120,9 м (85)

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 =120,9 -1 =119,9 м (86)

Н_загл = Z_пл+0,2- Z_пол = 125,5+0,2-119,9 =5,1 м (87)

Подбираем насос марки Д 500-65, n=1450 об/мин, N=135 кВт, L=2170мм, B=970 мм. Принимаем один рабочий насос и один резервный

5 Система водоснабжения пятого потребителя

Расчет катионитовых фильтров

Объем Н-катионита в фильтрах первой ступени:

м³, (88)

где α₁ – коэффициент для учета расхода воды на собственные нужды установки (α₁=1,1÷1,5);

Q_сут – полезный расход обессоленной воды, м³/сут;

∑[К] – сумма катионов в исходной воде, мг-экв/л;

n – число фильтроциклов в сутки (принимается не менее 2).

Рабочая обменная способность катиона:

Е_раб = α_э^н ·γ·Е_полн – 0,5·q·∑[К] (89)

Е_раб =0,95·0,85·1500 – 0,5·6·16,5= 1161,7мг-экв/м³,

где α_э^н – коэффициент эффективности регенерации;

γ – коэффициент для учета снижения обменной способности Н-катионита по катиону натрия по сравнению с обменной способностью по катиониту жесткости (принимается равным 0,85);

Е_полн – полная обменная способность катиона, принимается для КУ2 Е_полн=1500÷1700 г-экв/м³;

q – удельный расход осветленной воды на отмывку 1 м³ Н-катионита, принимается равным для КУ2 – 6.

Площадь катионитовых фильтров первой ступени:

м², (90)

где h=2,5 м – высота слоя загрузки.

По таблице принимаем диаметр фильтра d_ф=2600 мм.

Площадь одного фильтра:

м² (91)

Количество фильтров:

(92)

Суммарная площадь катионитовых фильтров:

∑F_H1=N·f_H1=2·5,31=10,62 м² (93)

Определяем скорость фильтрации воды, величина которой при нормальном режиме не должна превышать 25 м/ч, а при форсированном - 30 м/ч:

(94)

(95)

Рабочая обменная способность катиона:

Е_раб = α_э^н · Е_полн – 0,5·q·С_Na= 0,95·1500 – 0,5·6·1= 1422мг-экв/м³, (96)

где С_Nа=1мг-экв/л – содержание натрия в воде, поступающей на Н-катионитовые фильтры 2-й ступени вследствие проскока натрия в фильтрат 1-й ступени.

Число фильтроциклов в сутки:

(97)

Объем катионитовой загрузки:

=м³ (98)

Площадь фильтров второй ступени:

(99)

По таблице принимаем d_ф=2600 мм.

Площадь одного фильтра:

м² (100)

Количество фильтров:

(101)

Суммарная площадь катионитовых фильтров:

∑F_H2=N·f_H2=2·5,31=10,62 м² (102)

Катионитовые фильтры 3-й ступени принимаются без расчета равными фильтрам 2-й ступени.

Скорость фильтрования воды для катионитовых фильтров 2-й и 3-й ступени можно повысить до 40÷60 м/ч:

(103)

(104)

Расчет анионитовых фильтров

Расчетная скорость фильтрования, м/с:

(105)

где h – высота загрузки анионитовых фильтров первой ступени (h=2,5 м);

А – содержание анионитов в исходной воде, г-экв/м³;

Т – продолжительность работы каждого фильтра между регенерациями;

Т=24/n-t₁-t₂-t₃=24/2-0.25-1,5-3=7,25 ч, (106)

где t₁– продолжительность взрыхления анионита (t₁=0,25 ч);

t₂ – продолжительность пропуска через анионит (t₂=1,5 ч);

t₃ – продолжительность промывки анионита (t₃=3 ч);

n – число регенераций за сутки.

∑К=Ca/20+Mg/12+Na/23+K/40=140/20+90/12+23/23+40/40=16,5 мг-экв/л (107)

∑А₃=HCO^¯₃/61+Cl/35+SiO₃^-2=149/61+420/35+58/38=15,9 (108)

SO₄ =∑К – ∑А₃=16,5-15,9=0,6 мг-экв/л (109)

SO₄=0,6∙49 =29,4 мг/л (110)

∑А=Cl/35+SO₄/49=12,6 мг-экв/л (111)

Рабочая обменная способность анионита:

Е_раб = α_э^н ·γ·Е_полн – 0,5·q·∑[А] (112)

Е_раб = 0,95·0,85·600– 0,5·6·12,6=446 мг-экв/м³

Е_полн – полная обменная способность анионита для 1-й ступени, принимается для АН-31 Е_полн=600г-экв/м³;

Площадь анионитовых фильтров первой ступени:

(113)

По таблице принимаем d_ф=3400 мм.

Площадь одного фильтра:

(114)

Количество фильтров:

(115)

Суммарная площадь анионитовых фильтров:

∑F_А1=N·f_А1=4·9,08=36,32 м² (116)

Для анионитовых фильтров второй ступени:

(117)

где Е_полн – полная кремнеемкость анионита, г-экв/м³;

–концентрация кремневой кислоты в исходной воде, г-экв/м³;

SiO₃^-2/38=58/38=1,53 г-экв/м³ (118)

Объем анионита в фильтрах второй ступени:

м³ (119)

По таблице принимаем d_ф=1500 мм

Площадь одного фильтра:

=м² (120)

Площадь анионитовых фильтров второй ступени:

(121)

Количество фильтров:

(122)

принимаем 2 фильтра d_ф=1500 мм.

Скорость фильтрования:

= (123)

При выключении одного фильтра на регенерацию:

=(124)

Определение расходов частично обессоленной воды на собственные нужды установки

Расход воды для приготовления регенерирующих растворов:

с

где ∑К – сумма катионитов в фильтрате анионитовых фильтров 1-й ступени, г-экв/м³;

∑А – сумма анионитов сильных кислот, г-экв/м³;

а₁ – удельный расход 100% кислоты, г/г-экв;

а₂ – удельный расход щелочи, г/г-экв;

b₁ и b₂ – процентная концентрация регенерирующих растворов.

Расход воды на взрыхление ионита в фильтрах 1-й и 2-й ступени, м³/сут:

Q_взр=0,06·t_в·)N₁·n₁·f_H1·W₁+N₂·n₂·f_А1·W₂+N₃·n₃·f_H2·W₃+N₄·n₄·f_А2·W₄+N₅·n₅·f_H3 W₅+N₆·n₆·f_A3·W₆) (1.126)

где t_в – продолжительность взрыхления, 15-20 мин.; n₁, n₃, n₅ – число регенераций каждого из катионитовых фильтров 1-й и 2-й ступени, n₁=1-2, n₃=0,25, n₅=0,05; n₂, n₄, n₆, – число регенераций анионитовых фильтров, n₂ = 1-2, n₄ = 1,5, n₆=0,5; f_H1, f_H2, f_H3 – площадь катионитовых фильтров; f_А1, f_А2, f_А3 –площадь анионитовых фильтров; N₁, N₂, N₃, N₄, N₅, N₆ – количество фильтров соответствующих групп; W₁, W₂, W₃, W₄, W₅, W₆ – интенсивность взрыхления ионитов соответствующих фильтров, л/секּм², принимается по (1) 5 л/сек∙м².

При 2-х и 3-х ступенчатой схеме на взрыхление ионитов в фильтрах 1-й ступени повторно используются отмытые воды, поэтому значения N₁, n₁, f_H1 и N₂, n₂, f_A1 равны 0.

Q_взр=0,06·15·)2·0,25·5,31·5)+(4·1,77·5·2)+(2·3,14·5·0,05)+(2·1,77·5·0,5)=86,02 м³/сут

Расчет воды для отмывки ионитов рассчитывается по формуле:

Q_отм= n₃·P_H2·W_H2+ n₄·P_A2·W_A2+ n₅·P_H3·W_H3+ n₆·P_A3·W_A3 (127)

где P_H2, Р_Н3, Р_А2, Р_А3 – удельные расходы отмывочной воды, м³/м³; W_H2, W_H3 – объемы катионита; W_A2, W_A3 – объемы анионита в рабочем состоянии, м³.

Q_отм= (0,25·8·10,8)+ (1,5·7·6,5)+ (0,05·10·10,8)+ (0,5·12·6,5)=134,25 м³/сут

Суммарный расход частично обессоленной воды на собственные нужды установки:

∑Q=Q_р +Q_взр+ Q_отм=13,1+86,02+134,25=223,4 м³/сут (128)

Расчет регенерационного хозяйства ионитовой установки

Находим емкость цистерн для хранения запаса концентрированных кислот:

, (129)

где α – коэффициент по которому ведётся учёт расхода воды на собственные нужды установки:

; (130)

где ∑К – сумма катионов в обессоливаемой воде, г-экв/м³;

а₁ – удельный расход реагента 100%-ой концентрации для регенерации ионитов, г/г-экв;

М – число суток, на которое рассчитан запас реагентов (20-30);

b₁ – концентрация реагентов, %;

γ – удельный вес концентрированного реагента, т/м³.

При обессоливании воды по одноступенчатой схеме регенерацию анионита проводят кальцинированной содой Na₂CO₃ или бикарбонатом натрия NaНСО₃. Если обессоливание осуществляют по двух или трёх ступенчатой схеме, регенерацию анионита проводят едким натром NaOH.

Объём цистерны для жидкого едкого натра определяют по формуле:

где C_Cl – концентрация хлорид - ионов в исходной воде, г-экв/м³;

– концентрация сульфат - ионов в исходной воде, г-экв/м³;

–концентрация силикат - ионов в исходной воде, г-экв/м³.

Емкость мерника для серной кислоты:

(132)

где t=7,25 ч – продолжительность работы катионитовых фильтров.

Для едкого натра:

(133)

где t ₁=7,25ч – продолжительность работы анионитовых фильтров;

Q₃– удельный расход NaOH в г на 1 г-экв задержанной из воды кремниевой кислоты.

Типовые мерники имеют ёмкость 150, 250, 500 л при диаметрах 500, 670, 810 мм и высотах 1060, 1135, 1345 мм.

Емкость бака с водой для взрыхления ионов:

W_б.в.=0,12·W_взрх·f·t₆ , (134)

где W_взр – интенсивность взрыхления (3-5 л/с∙м² );

t₆ – продолжительность взрыхления (15-20 мин);

F– площадь ионитового фильтра.

(135)

(136)

(137)

(138)

Определяем ёмкость баков для взрыхления ионитов на каждой ступени.

Емкость бака для сбора регулирующего раствора едкого натра после анионитовых фильтров 2-й ступени для последующей регенерации анионитовых фильтров 1-й ступени:

,

где N – общее число работающих ионитовых фильтров 1-й и 2-й ступени;

n = 2 – расчётное число регенераций;

S = 0,6 – количество раствора в долях единицы, подаваемого для регенерации анионитового фильтра 2-й ступени концентрацией b₂;

b₃ – концентрация NaOH, равна 0,2 – 0,3%.

Емкость для сбора регенерирующего раствора от Н-катионитовых фильтров 2-й ступени для использования при регенерации фильтров 1-й ступени:

(139)

Для сбора кислых отмывочных вод после катионитовых фильтров 2-й ступени:

W_б.к.=6·f_H2·h=6·5,31·2,5=79,7 м³ (140)

Для сбора кислых щелочных вод после катионитовых фильтров 2-й ступени:

W_б.щ.=6·f_А2·h=6·1,77·2,5 =26,6 м³ (141)

Расчет дегазатора

Между катионитовыми и анионитовыми фильтрами или в конце установки размещают дегазатор для удаления свободной углекислоты СО₂.

Сводная углекислота весьма активна. Наличие ее в воде вызывает коррозию бетонных сооружений металлических труб. Наиболее целесообразны пленочные дегазаторы, загруженные насадкой и оборудованные вентиляторами для принудительной подачи воздуха снизу. Насадкой могут служить керамические кольца Рашига. Фактическое содержание СО₂ в воде:

[СО₂]_факт=[СО₂]_ист·β·τ=55·1,05·0,7 =40,42 мг-экв/л, (142)

где β – поправка на солесодержание речной воды;

τ – поправка на температуру.

Содержание углекислоты подаваемое на дегазатор:

[СО₂]_дег = [СО₂]_факт + 44·Щ=40,42+44·2,4=146,02 мг-экв/л (143)

где Щ – щелочность воды, мг-экв/л.

Площадь поперечного сечения дегазатора:

F_дег=Q_час/P₀=100/60=1,66м²_, (144)

где Р₀ – плотность орошения на 1 м² площади дегазатора, м³/ч, равная для насадки из колец Рашига 60 м³/ч.

Высота слоя насадки в дегазаторе находится в зависимости от содержания свободной углекислоты в воде.

Высота слоя насадки – 3,3 м.

Диаметр дегазатор:

(145)

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу удельного расхода воздуха 20 м³ на 1 м³ воды, подаваемой в дегазатор.

Необходимый напор, развиваемый вентилятором, определяется с учетом потери напора в насадке из колец Рашига, которую принимают равной 30 мм вод. ст. на 1 м высоты слоя насадки, а также величины прочих потерь напора, составляющих 30 - 40 мм вод. ст.

Q_возд=20·Q_ч=20·100=2000 м³/ч (146)

ΔН =30·3,3+30=129мм вод. ст. (147)

Расчет резервуара Р5.1

Объем резервуара:

(148)

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

Расчет и проектирование насосной станции НС5.1

Потребный напор:

Н_нас= Н_г+h_с+h_св=124,4-119,8+2+5+1=12,6м, (149)

где Н_г – геометрическая высота, равна разности поверхностной отметки земли и минимального уровня воды в резервуаре, при учете размеров фильтра;

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

h_св – свободный напор (h_св=1 м).

Средний уровень воды в резервуаре:

Z_ср = (Z_min+Z_max)/2=(119,8+124,4)/2=122,7 м (150)

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

Z_нас = Z_ср-0,2=122,7 -0,2=121,9 м (151)

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 = 121,9 -1 = 120,9 м (152)

Н_загл = Z_пл+0.2- Z_пол = 125,8+0,2-120,9 =5,1 м (153)

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

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Правила охраны поверхностных вод. М.:Госкомприрода, 1991. 230с.

2. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. М.: Федеральный Госсанэпиднадзор Минздрава России, 2000.

3. ГН 2.1.5.689-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М.: Минздрав России, 1998.

4. ГН 2.1.5.690-98. Ориентировочно допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М.: Минздрав России, 1998.

5. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов: Приложение №3 к Правилам охраны поверхностных вод. М.: Госком РФ по рыбоводству, 1999.

6. СНиП 2.04.02.-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

7. С.В. Яковлев, И.В. Прозорев, Е.Н. Иванов, Н.Г. Фубий : Рациональное использование водных ресурсов./ С.В. Яковлев, И.В. Прозорев, Е.Н. Иванов, Н.Г. Фубий – М.: Высшая школа, 1991.

8. Дикоревский В.С. и др. Отведениеи очистка поверхностных сточных вод. Л.: Стройиздат, 1990.

9 СНиП 2.04.03.-84. Канализация. Наружные