Cel i zakres pracy

Celem niniejszej pracy jest:

– określenie optymalnych parametrów procesu płukania filtrów w wybranych stacjach   wodociągowych,

– ocena efektywności pracy odstojników w tych stacjach,

– wyszukanie i ocena możliwości polepszenia efektywności pracy odstojników,

– ocena zachowania się osadów na poletkach filtracyjnych.

Zakres pracy obejmuje pomiary:

– natężenia przepływu strumienia płucznego oraz ilości wody zużytej podczas tego procesu,

– mętności popłuczyn,

– kinetyki opadania zawiesin łatwoopadających,

– stężenia żelaza w popłuczynach,

– zawartości zawiesin ogólnych w wodach nadosadowych zgromadzonych w odstojniku,

– kinetyki odsączalności osadów.

W zakres pracy wchodzi również wyznaczenie punktów pracy układu płucznego, co pociąga za sobą konieczność określenia charakterystyki pracy filtru podczas procesu płukania.

OPIS INSTALACJI PŁUCZNO-ODSTOJNIKOWEJ  W ROZWAŻANYCH UKŁADACH.

SCHEMATY INSTALACJI PŁUCZNYCH ORAZ PRZEGLĄD KONSTRUKCJI OSADNIKÓW

 OPIS INSTALACJI PŁUCZNO-ODSTOJNIKOWEJ W SUW WIĄZOWNA.

Proces płukania filtrów zainstalowanych w stacji wodociągowej w Wiązownej przebiega prawie całkowicie automatycznie; jedynie zasuwa (pokazana na rys.5) umieszczona na wylocie z odstojnika wymaga obsługi ręcznej. Każdy z filtrów ma niezależny układ sterujący, pokazany na zdjęciu nr 1, w skład którego wchodzi pięć zaworów żeliwnych, piaskowanych i pokrytych powłoką epoksydową oraz jednego elektro-hydraulicznego zaworu sterującego. Proces płukania może być uruchamiany w trojaki sposób :

1) czujnikiem różnicy ciśnień, to jest gdy spadek ciśnienia na filtrze osiągnie wartość zadaną,

inicjującą proces płukania. W tym przypadku w przekaŸniku czasowym musi być zablokowany czujnik reagujący na impuls zegara a uaktywniona sprężyna czujnika różnicy

ciśnień,

2) załącznikiem czasowym, poprzez ustawienie dowolnej godziny w ciągu dnia i nocy, lub

dowolnego dnia tygodnia.

3) ręcznie, przez obrót tarczy przekaŸnika czasowego.

Aktualnie sterownik czasowy uruchamia proces płukania co 12 godzin. Filtry są płukane osobno w odstępie dwugodzinnym. Pierwszy filtr w sekcji płukany jest wodą surową utlenioną podchlorynem sodu. Natomiast drugi filtr płukany jest wodą częściowo uzdatnioną przez pierwszy filtr. Zgodnie z rysunkiem nr 2 podczas płukania woda pobierana jest ze zbiornika kontaktowego o pojemności 50 m3 i tłoczona dwoma pompami typu ETANORM-G 65-160/132S na filtr.

Jako pierwszy płukany jest filtr UF-84 przez około 12 minut. Wody popłuczne po zakręceniu zasuwy wylotowej gromadzone są w odstojniku przez około dwie godziny. Po spuszczeniu wód nadosadowych i zakręceniu zasuwy wylotowej rozpoczyna się płukanie drugiego filtru UB-84 i trwa przez około 18 minut.

Istniejący odstojnik wód popłucznych składający się z trzech studzienek  1500, po modernizacji stacji, został rozbudowany o dwie studzienki  2500. Schemat osadnika w dwóch rzutach przedstawia rys.5. Studzienki są wykonane z prefabrykowanych kręgów betonowych i przykryte żelbetowymi płytami wyposażonymi w specjalne otwory włazowe  600. Studzienki są połączone dwiema rurami  150 umieszczonymi na różnych wysokościach i specjalnie uszczelnionymi ze ściankami odstojnika. Poniżej dna dolnej rury znajduje się część osadowa, której pojemność wynosi 3,6 m3. Między dolną, a górną rurą tworzy się pojemność przepływowa odstojnika, która wynosi 23,9 m3. Na wylocie z odstojnika umieszczona jest zasuwa, zamykana przed rozpoczęciem procesu płukania i otwierana minimum po dwóch godzinach przetrzymywania wód popłucznych. Podczas tych dwóch godzin następuje oczyszczenie wód popłucznych w osadów na skutek sedymentacji.

Wody nadosadowe spuszczane są do lokalnej studzienki kanalizacyjnej odprowadzającej wodę do rzeki Mieny. Nagromadzone osady usuwane są raz w miesiącu wozem asenizacyjnym i wywożone na składowisko odpadów.

OPIS INSTALACJI PŁUCZNO-ODSTOJNIKOWEJ W SUW ZIELONCE.

Proces płukania przebiega całkowicie automatycznie z częstotliwością dwa razy na dobę. Jednocześnie płukana jest jedna sekcja filtrów, pokazana na zdjęciu nr 2. Proces płukania sterowany jest dwoma sterownikami czasowymi umieszczonymi na pierwszym i ostatnim filtrze w sekcji. Jako pierwszy uruchamia płukanie sterownik na filtrze pierwszym i przeprowadza płukanie dwóch kolejnych w sekcji filtrów. Po zakończeniu tego procesu drugi sterownik uruchamia płukanie filtru węglowego. Do płukania używa się wody surowej poddanej aeracji i wstępnej koagulacji. Woda ta zgodnie z rys.3 pompowana jest ze zbiornika kontaktowego o pojemności 50 m3, na sekcje filtrów jedną pompą typu ETANORM-G 40-160/132S o następujących parametrach:

– Q=37 ÷ 61 m3/h,

– H=26 ÷ 20 m,

– N=5,5 kW.

Filtry płukane są kolejno w sekcji, a popłuczyny odprowadzane są grawitacyjnie do studni zbiorczej, w której umieszczono dwie pompy typu EMU FA 83,115 o następujących parametrach:

– Q=15 ÷ 80 m3/h,

– H=15 ÷ 4 m,

– N=2,8 kW.

Pompy te sterowane łącznikami pływakowymi tłoczą wodę do dwóch zbiorników typu powierzchniowego o pojemności 50 m3 każdy. Napełnianiem zbiorników steruje zasuwa z napędem elektro- mechanicznym umieszczona w komorze zasuw bezpośrednio przyległej do studzienki zbiorczej. W komorze tej znajdują się dwa przewody tłoczne poszczególnych pomp na których zainstalowano zawór zwrotny, zasuwę ręczną oraz wspomnianą wcześniej zasuwę z napędem elektromechanicznym. Wody popłuczne przytrzymywane są w zbiornikach, przedstawionych na zdjęciu nr 3 i rys.6, około 6 godzin, po których nadosadowa część wód

spuszczana jest do pobliskiego rowu. Odpływem wody ze zbiornika steruje zasuwa z napędem elektromechanicznym umieszczona w komorze zasuw. Osad z dna zbiornika spuszczany jest grawitacyjnie do studzienki osadowej, z której jest on usuwany za pomocą wozu asenizacyjnego i wywożony na składowisko odpadów. Dwa zbiorniki, które pełnią funkcję odstojnika popłuczyn są rozwiązaniem bardzo nietypowym wynikającym, jak podaje projektant, z ograniczeń nakładów inwestycyjnych. Są to produkty Fabryki Urządzeń Przemysłu Spożywczego „Faspoma” w Łodzi. Zbiorniki tego typu mają zastosowanie w przemyśle owocowo-warzywnym i piwowarskim do przechowywania i leżakowania wina, soków owocowych lub piwa. Zbiornik ma kształt cylindryczny o konstrukcji spawanej i jest ustawiony w pozycji leżącej na stalowych siodłach.

Zabezpieczenie antykorozyjne wykonano w następujących sposób:

– powierzchnie zewnętrzne są malowane farbami poliwinylowymi,

– powierzchnie wewnętrzne są pokryte powłoką epoksydową dopuszczoną przez krajowe   władze do kontaktu ze środowiskiem spożywczym.

Ocieplenie zbiornika wykonano z dwóch warstw wełny mineralnej grubości 5 cm każda. Całość osłonięto płaszczem cementowo-gipsowym i ochronnym płaszczem z blachy ocynkowanej grubości 0,3 ÷ 0,5 mm układanej na zakład.

ZASADY REALIZACJI PROCESU PŁUKANIA W ROZWAŻANYCH UKŁADACH

SUW W WIĄZOWNEJ.

Zgodnie z rys. 2 na stacji są zainstalowane dwa filtry. Płukane są one osobno w następującej kolejności:

Niezależnie od przebiegu procesu płukania zawsze otwarte są zasuwy: Z1,Z2,Z3, Z4,Z5 oraz pracują dwie pompy płuczne.

  1. Filtr UF-84
  2. a) płukanie wsteczne trwa 7 min podczas których zużyto 15,1 m3 wody

– zawory zamknięte: Z6,Z10,Z9

– zawory otwarte: Z8,Z7

  1. b) płukanie kondycjonujące trwa 5 minut podczas których zużyto 6,6 m3 wody

– zawory zamknięte: Z7,Z8,Z9

– zawory otwarte: Z6,Z10

  1. Filtr UB-84
  2. a) płukanie wsteczne trwa 13 min podczas których zużyto 17,23 m3 wody

– zawory zamknięte: Z7,Z8,Z10,Z11,Z14,Z15

– zawory otwarte: Z6,Z9,Z12,Z13

  1. b) płukanie kondycjonujące trwa 5 minut podczas których zużyto 3,4 m3 wody

– zawory zamknięte: Z7,Z8,Z10,Z12,Z13,Z14

– zawory otwarte: Z6,Z9,Z11,Z15

SUW W ZIELONCE.

Na stacji są dwie sekcje filtrów, które płukane są oddzielnie. Zgodnie z rys. 3 płukanie sekcji przeprowadza się następująco:

Niezależnie od przebiegu procesu płukania zawsze otwarte są zasuwy:Z1,Z2,Z16,Z18 oraz pracują dwie pompy jedna płucze filtr druga przepompowywuje osady.

  1. Płukanie pierwszego filtru w sekcji
  2. a) 7 minut płukanie wsteczne podczas którego zużywa się 7,2 m3 wody

– zawory zamknięte: Z3,Z6,Z8,Z19,Z21

– zawory otwarte: Z4,Z5,Z17,Z20

  1. Płukanie drugiego filtru w sekcji
  2. a) 7 minut płukanie wsteczne podczas którego zużywa się 6,9 m3 wody

– zawory zamknięte: Z4,Z5,Z6,Z9,Z10,Z19,Z21

– zawory otwarte: Z3,Z7,Z8,Z17,Z20

  1. b) 6 minut płukanie kondycjonujące podczas którego zużywa się 3,4 m3 wody

– zawory zamknięte: Z4,Z5,Z7,Z8,Z10,Z19,Z21

– zawory otwarte: Z3,Z6,Z9,Z17,Z20

  1. Płukanie trzeciego filtru w sekcji
  2. a) 7 minut płukanie wsteczne podczas którego zużywa się 5,7 m3 wody

– zawory zamknięte: Z4,Z5,Z7,Z8,Z9,Z11,Z14,Z15,Z19,Z21

– zawory otwarte: Z3,Z6,Z10,Z12,Z13,Z17,Z20

  1. b) 6 minut płukanie kondycjonujące podczas którego zużywa się 2,2 m3 wody

– zawory zamknięte: Z4,Z5,Z7,Z8,Z9,Z12,Z13,Z14,Z19,Z21

– zawory otwarte: Z3,Z6,Z10,Z11,Z14,Z17,Z20

SUW w Zielonce.

Odstojnik tej stacji, pokazany na zdjęciu nr 3, różni się od pozostałych kształtem, materiałem z którego został zbudowany oraz tym że jest typu powierzchniowego. Obecny kształt osadnika oraz jego wymiary zgodne są z projektem i charakteryzują się następującymi parametrami:

– objętość całkowita 53m* 2=106 m3,

– objętość części przepływowej 50m3 * 2=100 m3,

– objętość części osadowej 2m3 * 2=4 m3.

Projektant osadnika obliczył że na płukanie jednej sekcji zużywa się 40,23 m3 wody i założył, że sekcja będzie płukana maksymalnie trzy razy na dobę, a czas przetrzymywania będzie wynosił 6 godzin. Ponieważ są dwie sekcje projektant zalecił zainstalowanie dwóch odstojników o pojemności 50 m3 każdy, napełnianych niezależnie. W czasie eksploatacji okazało się, że na płukanie jednej sekcji zużywa się nie 40 ale 26 m3 wody. Wniosek z tego, że objętość odstojnika jest przeprojektowana prawie dwukrotnie.

Podczas półrocznej pracy stacji odstojnik pełnił funkcję zbiornika przepływowego, ponieważ będące w wodach popłucznych zawiesiny nie wytracały się i nie podlegały sedymentacji nawet po 12 godzinach. Obecnie, na skutek wprowadzenia pewnych zmian w technologii uzdatniania, sytuacja uległa normalizacji, a zawiesiny opadają już po sześciu godzinach przetrzymywania. Zmiany te polegały głównie na uaktywnieniu złoża w filtrze węglowym przy pomocy KMnO4. Zmianie uległy również dawki poszczególnych związków chemicznych, dozowanych do wody surowej i uzdatnionej.

Reklamy

Analiza błędów i analiza wyników oraz wnioski końcowe

praca magisterska z Warszawy

W przeprowadzonych badaniach błędy grube [13] pomiarów były eliminowane przez odrzucenie błędnej serii pomiarów i powtórzenie badań. Pole błędów przypadkowych obliczono i podano w tabeli nr 14 oraz w tabelach zamieszczonych w załącznikach.

W omawianych badaniach błędy bezwzględne dotyczą następujących pomiarów:

– czasu płukania T,

– natężenia płukania filtrów Q,

– objętość przefiltrowanej wody V,

– stężenia soli żelaza w popłuczynach C,

– wielkości ciśnienia H,

– objętości zawiesin łatwoopadających Vz,

– ilości zawiesin ogólnych i odciekalności osadów m,

– mętność popłuczyn M.

Ocena błędu pomiaru czasu płukania.

Wielkość tego błędu zależy od dokładności urządzeń pomiarowych oraz ze specyfiki pomiarów. Pomiary czasu wykonano zegarkiem.

średni błąd względny pomiaru czasu płukania można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

t1 – średni błąd względny pomiaru czasów liczony ze wzoru:

ST – graniczny błąd bezwzględny pomiaru czasu wynikający z dokładności czasomierza       (przyjęto 5 s),

T – czas płukania,

t2 – średni błąd względny wynikający ze specyfiki pomiaru (w rozpatrywanym przypadku       wynika on z błędu jakim jest obarczony czas rozpoczęcia procesu -początek uniesienia       złoża), przyjęto 3%.

Graniczny błąd względny można obliczyć ze wzoru:

Stanowił on podstawę do obliczania odchyłki „w górę” i „w dół” od każdego pomiaru.

Ocena błędu pomiaru natężenia płukania filtrów.

Pomiary te wykonano dwoma sposobami:

  1. przy zastosowaniu kryzy
  2. przez pomiar przyrostu objętości wody w odstojniku w funkcji czasu

Ad.1

Względny błąd obliczono według następującego wzoru [24]:

gdzie:

– średni błąd względny liczby przepływu, który wyznaczany jest z wykresu [24] i dla zastosowanej kryzy równy jest 0,25%,

, – średni błąd względny liczby ekspansji, który dla cieczy równy jest zero [24],

D – średni błąd względny pomiaru średnicy rurociągu (przyjęto 0%),

d – średni błąd względny pomiaru średnicy otworu zwężki (przyjęto 0,03%),

m – moduł zwężki (dla zastosowanej kryzy wynosi 0,4),

p – średni błąd względny pomiaru ciśnienia różnicowego wyznaczonego z następującego wzoru:

gdzie:

Sp – graniczny błąd bezwzględny pomiaru różnicy ciśnień wynikający z klasy przyrządu mierniczego. Dla miernika typu „CERABAR” zastosowanego w niniejszych pomiarach

Sp=0,01 bara,

p-ciśnienie,

V1 – średni błąd względny wyznaczania gęstości (z obliczeń [24] uzyskano 1,005).

Ad.2

Błąd pomiarów w tym przypadku dotyczy liniowych pomiarów wysokości słupa cieczy, wymiarów zbiornika oraz czasu trwania poszczególnych cykli.

Względny błąd obliczono według następującego wzoru:

gdzie:

T – średni błąd względny pomiaru czasu płukania,

p1 – średni błąd względny liniowych pomiarów wysokości słupa cieczy w zbiorniku,

p2 – średni błąd względny liniowych pomiarów kubatury zbiornika,

Oba liniowe błędy względne obliczamy ze wzoru:

gdzie:

p – wielkość pomiaru liniowego,

S_p – graniczny błąd bezwzględny pomiaru liniowego (ponieważ w obu rozpatrywanych        pomiarach była to taśma miernicza jest on równy 0,5 cm).

Graniczny błąd względny pomiaru strumienia przepływu w obu sposobach pomiaru obliczono jako podwojona wartość średniego kwadratowego błędu względnego:

Ocena błędu pomiaru objętości przefiltrowanej przez filtr wody.

Czynnikami mającymi wpływ na błąd względny tego pomiaru są niedokładności odczytów z wodomierza oraz straty na sieci wodociągowej. W związku z tym średni błąd względny obliczono według następującego wzoru:

gdzie:

W – średni błąd względny odczytu z wodomierza, który może być wyznaczony z następującego wzoru:

gdzie:

Sw -graniczny błąd względny odczytu wynikający z dokładności wodomierza. W omawianym      przypadku Sw=0,5 m3.

W – różnica między kolejnymi odczytami z wodomierza.

s – średni błąd względny wynikający z nieszczelności sieci ( przyjęto 1%).

Graniczny błąd względny pomiaru obliczono jako podwojoną wartość średniego kwadratowego błędu względnego:

Ocena błędu oznaczenia stężenia żelaza w popłuczynach.

Na wielkość tego błędu mają wpływ dokładność zastosowanej metody badania, parametry urządzenia użytego do pomiarów oraz sposób pobierania próbek. Ponieważ do pomiarów była możliwość zastosowania tylko metody krzywej wzorcowej, która obowiązuje jedynie do absorpcji 1 ( odpowiadającej stężeniu około 5mg/dm3), konieczne było w przypadku popłuczyn zastosowanie dodatkowo metody rozcieńczeń. Do badań użyto spektrofotometru (SPECORD M 40), który wpłynął na obniżenie wielkości błędu.

średni błąd względny stężenia żelaza w popłuczynach można obliczyć z następującego wzoru:

gdzie:

P – średni błąd względny pomiaru spektrofotometrycznego obliczany ze wzoru:

gdzie:

SP – graniczny błąd bezwzględny pomiaru stężenia wynikający z klasy spektrofotometru.      (w omawianym przypadku SP=0,1 mg/dm3),

C – stężenie żelaza,

R – średni błąd względny oznaczania zawartości żelaza w wodzie (dla płukania przyjęto        0,5%+0,1% – na każdą wielokrotność rozcieńczenia np.1:20 M=0,5%+2%).

Graniczny błąd względny oznaczenia stężenia żelaza obliczono z następującego wzoru:

Ocena błędu pomiaru wielkości ciśnienia podczas badania strat na filtrze.

średni błąd względny pomiaru ciśnienia obliczono ze wzoru:

gdzie:

SH – graniczny błąd bezwzględny pomiaru wysokości ciśnienia wynikający z klasy przyrządu      (dla manometru tarczowego wynosi on SH=0.001 MPa).

H – wysokość ciśnienia w danej końcówce.

Graniczny błąd względny wyznacza się ze wzoru:

Ocena błędu pomiarów objętości zawiesin łatwoopadających

Na wielkość tego błędu ma wpływ dokładność przyrządu do pomiarów, którym w rozpatrywanym przypadku był lej Imhoffa.

średni błąd względny pomiaru obliczono ze wzoru:

SVz – graniczny błąd bezwzględny pomiaru objętości zawiesin w leju Imhoffa, którego dokładność odczytów zależy od objętości osadów. Wartość jego zestawiono w poniższej tabeli.

Tabela 15

Objętość osadów [cm3] Graniczny błąd bezwzględny [cm3]
0 ÷ 1 0,05
1÷2 0,1
2÷10 0,5
10÷100 1
ponad 100 5

Vz – wartość objętości osadów.

Graniczny błąd względny można obliczyć ze wzoru:

Ocena błędu pomiarów zawiesin ogólnych i odciekalności osadów

Wielkość błędu tych dwóch pomiarów liczy się jednakowo gdyż oba były przeprowadzane taką samą metodą wykonywaną na tych samych urządzeniach. Badania przeprowadzono metodą suszarkowo-wagową przy użyciu wagi analitycznej.

średni błąd względny pomiaru obliczono ze wzoru:

Sm – graniczny błąd bezwzględny pomiaru masy, dla wagi analitycznej wynosi 0,001g

m – wielkość masy.

Graniczny błąd względny można obliczyć ze wzoru:

Ocena błędu pomiarów mętności wód popłucznych.

średni błąd względny pomiarów mętności można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

M1 – średni błąd względny pomiaru mętności wynikający z dokładności metody pomiarów        obliczono ze wzoru:

SM1 – graniczny błąd bezwzględny oceny stopnia mętności podano w tabeli nr 16.

Graniczny błąd względny można obliczyć ze wzoru:

Wymienione w niniejszym rozdziale błędy wyrażone są w procentach w stosunku do wartości pomiaru. Błąd wyrażony w jednostkach wielkości mierzonej otrzymuje się przez pomnożenie wartości procentowej przez wynik pomiaru. Uzyskana w ten sposób wartość stanowi szerokość przedziału ufności dookoła wartości mierzonej, w którym z założonym prawdopodobieństwem znajduje się wynik idealny.

Tabela 16

Zakres mętności

[mg SiO2/dm3]

Graniczny błąd bezwzględny SM1 [mg SiO2/dm3]
0 ÷ 10 1
10÷20 2
20÷40 3
40÷100 5

M1 – wartość stopnia mętności.

R – średni błąd względny oznaczania mętności wynikający ze stosowania metody rozcieńczeń       (przyjęto 0,1%*krotność rozcieńczenia).

ANALIZA WYNIKÓW I WNIOSKI SZCZEGÓŁOWE

BADANIA NATĘŻENIA PRZEPŁYWU

Z porównania rysunków nr 10,11,13,14 i 15 z zamieszczonych w tabeli nr 1 (Załącznik 1) wynikami wynika, że obliczenia teoretyczne przeprowadzone dla dwóch stacji Culligana pokrywają się z badaniami rzeczywistymi.

Zgodność ta nie jest zachowana w NBSW SGGW, ponieważ natężenie przepływu punktu pracy układu wyznaczone graficznie zmienia się w granicach Q=155÷166 m3/h, a uzyskane z pomiarów wynosi Q=146,7 m3/h.

MĘTNOśĆ POPŁUCZYN

Dla oceny skuteczności procesu płukania przeprowadzono badania mętności popłuczyn. Wyniki badań razem z wykresami przedstawiono w załączniku nr 2. Istotny wpływ na ich przebieg miały różnice w technologii płukania oraz stan zakolmatowania złoża przed procesem płukania, który zależy od ilości uzdatnianej przez filtr wody jak i od jakości wody surowej.

W stacjach firmy Culligan płukanie przeprowadzane jest wodą surową wstępnie chlorowaną o następującej mętności:

SUW w Zielonce  – 9 mg SiO2/dm3

SUW w Wiązownej – 30 mg SiO2/dm3

Natomiast w NBSW SGGW płukanie przeprowadza się wodą uzdatnioną o mętności 3 mg SiO2/dm3. Dane te mają istotny wpływ w ostatniej fazie płukania wstecznego, kiedy mętność popłuczyn jest zbliżona do mętności wody używanej do płukania. W przypadku gdy mętności te się zrównają można uznać, że filtr został wypłukany idealnie.

Wyszczególnione powyżej wartości mętności możemy stosować jako porównawcze tylko dla pierwszego w sekcji filtru firmy Culligan oraz dla wszystkich filtrów w NBSW SGGW. Ograniczenie to wynika z tego, że drugi i trzeci filtr w sekcji firmy Culligan jest płukany wodą częściowo oczyszczoną przez wcześniejszy filtr w sekcji. Ma to wpływ na zmianę mętności, którą podczas oceny stopnia płukania w tym przypadku należy zbadać bezpośrednio przed płukanym filtrem .

Biorąc pod uwagę powyższe zależności oraz wyniki badań zamieszczone w załączniku nr 2, można poddać ocenie proces płukania następujących filtrów:

SUW w Wiązownej

Filtr UF-84

Podczas 7 minut płukania wstecznego z intensywnością 129,4 m3/h doprowadzono filtr do użyteczności w stopniu bardzo dobrym. Wyniki badań naniesiono na wykres (załącznik nr 2 rys.1) z którego wynika, że proces płukania można przerwać po 5 minutach płukania.

Podczas płukania kondycyjnego mętność wody spada do 7 mg SiO2/dm3. Ponieważ filtr UF-84 będzie płukany wodą uzdatnioną przez ten filtr można założyć, że woda ta będzie miała taką samą mętność.

– Filtr UF-84

Podczas 15 minut płukania wstecznego z intensywnością 79,2 m3/h filtr oczyszczono z zanieczyszczeń równie dobrze jak poprzedni. Jak wynika z wykresu czas tego płukania, również należało by skrócić do 13 minut.

SUW w Zielonce

– pierwszy filtr w sekcji

Podczas 7 minut płukania wstecz z intensywnością 62 m3/h filtr został oczyszczony w stopniu jedynie dostatecznym. Czas tego płukania należało by wydłużyć lub zwiększyć jego intensywność poprzez zwiększenie średnicy dysz umieszczonych w rurze (odcinek 2-3 na rys.10).

– drugi filtr w sekcji

Podczas 8 minut płukania wstecz z intensywnością 59,5 m3/h filtr został oczyszczony w niskim stopniu. W ty przypadku należy podobnie jak poprzednio usprawnić proces płukania.

– trzeci filtr w sekcji

Podczas 9 minut płukania wstecz z intensywnością 49,5 m3/h filtr został bardzo dobrze oczyszczony. Czas tego płukania można skrócić do 7 minut.

NBSW SGGW w Warszawie

– Sekcja 1

• Filtr odżelaziający

Po 30 min płukania z intensywnością 146,7 m3/h filtr został oczyszczony w sposób bardzo dobry

• Filtr odmanganiający

Wyniki badań wód popłucznych tego filtra wykazały, że było on zanieczyszczony w bardzo małym stopniu i w związku z tym nie wymaga tak częstego płukania.

– Sekcja 2

• Filtr odżelaziający

Po 30 min płukania z intensywnością 146,7 m3/h na złożu filtra pozostała jeszcze znaczna ilość zanieczyszczeń. Częstotliwość płukania tego filtra należało by zwiększyć lub wydłużyć czas płukania filtra.

• Filtr odmanganiający

Po 9 minutach płukania filtr został wypłukany w sposób bardzo dobry. Wskazane by było zmniejszyć częstotliwość płukania lub skrócić czas płukania do 7 minut.

Wnioski

Jak wynika z przeprowadzonych badań czas płukania niektórych filtrów wymaga korekty.

Wyniki przeprowadzonych badań mają odzwierciedlenie w jakości wody uzdatnianej zestawione w tabeli nr 2. Widać w niej, że stacja w której filtry są płukane skutecznie, odpowiednio dobrze redukuje zanieczyszczenia z uzdatnianej wody. Jednak tak precyzyjne płukanie filtrów pociąga za sobą znaczne zwiększenie kosztów uzdatniania wody.

Przeprowadzone badania wykazały również, że w zautomatyzowanych Stacjach Wodociągowych czasowe regulowanie częstotliwości płukania jest nie precyzyjne. Należy wprowadzać bardziej precyzyjne urządzenia, którymi są czujnik oporów na złożu lub przepływomierz.

Badania kinetyki zawiesin łatwoopadających

praca magisterska z Warszawy

Wyniki badań łącznie z interpretacją graficzną przedstawiono w załączniku nr 3. Czas trwania badań wydłużono z zalecanych 240 do 1500 godzin ponieważ osady, szczególnie w stacjach z udziałem koagulantów, podlegają długookresowemu zagęszczaniu. Ma to istotny wpływ podczas porównywania tych osadów z osadami z NBSW SGGW, które w mniejszym stopniu podlega zagęszczaniu. Ilość zawiesin w czasie płukania jest zmienna i w początkowej fazie gdy z filtra wypychana jest woda nagromadzona nad złożem jest ona niska. Po około minucie stężenie zawiesin osiąga maksimum – następnie maleje. Z przeprowadzonych badań można stwierdzić, że specyfika pracy sekcji filtracyjnej w SUW w Wiązownej odbiega od charakteru pracy sekcji w dwóch pozostałych stacjach. Różnica polega na tym, że każdy z filtrów tej pierwszej stacji pracuje z jednakowym obciążeniem co widać po ilości usuwanych zawiesin (rys.1, zał.3). Natomiast w dwóch pozostałych stacjach pierwszy filtr w sekcji zatrzymuje prawie wszystkie zanieczyszczenia a drugi jedynie małą ich część.

Podczas badań w lejach Imhoffa dało się zauważyć inną specyfikę zawiesin zatrzymywanych na wielowarstwowych filtrach Culligana niż na tradycyjnych filtrach piaskowych. Pierwsze z nich składały się z cząstek typu kłaczkowatego, które szczególnie w przypadku sedymentacji skrępowanej [22] zazębiajały się między sobą w wyniku czego jednocześnie opadały całe grupy cząstek.

Innego typu są cząsteczki będące w wodach popłucznych z NBSW. Mają one kształt zbliżony do kulistego, a stosunkowo niskie stężenie objętościowe zawiesin sprzyja swobodnemu opadaniu tych cząstek. Ponieważ równolegle do moich badania prowadził pan Paweł Birecki można było zaobserwować, że kłaczkowaty kształt cząstek zawiesin zależy głównie od właściwości złóż filtracyjnych, gdyż popłuczyny z jego kolumny (wypełnionej złożami Culligana) mimo nie stosowania koagulantów miały taki sam charakter.

Korzystając z wyników przeprowadzonych badań ustalono objętość zawiesin zatrzymywanych na sekcji filtracyjnej po uzdatnieniu 1 m3 wody co z kolei pozwoliło na określenie częstotliwości usuwania osadów z odstojnika. Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli nr 16.

Tabela 17

Stacja Uzdatniania Wody Objętość zawiesin zatrzymanych na filtrze po uzdatnieniu 1 m3 wody Wymagana redukcja zawiesin Objętość zawiesin pozostająca w odstojniku po oczyszczeniu popłuczyn Objętość wody uzdatnionej po której zachodzi konieczność oczyszczania osadnika Orientacyjny czas pracy odstojnika bez konieczności oczyszczania go
         
cm3 % cm3 m3 doby  
Wiązowna 2673 90 2406 1496 7
Zielonka 2271 90 2044 1468 7
NBSW (sekcja 1) 26 50 13 369231 369
NBSW (sekcja 2) 80 50 40 121519 122

Wnioski

Z przeprowadzonych powyżej rozważań można stwierdzić, że:

– mały ciężar objętościowy osadów posedymentacyjnych ze stacji Culligana powoduje,   konieczność częstego usuwania ich z odstojnika,

– ilość zawiesin zatrzymywanych na złożu filtracyjnym wzrasta wraz ze wzrostem wielkości   uzyskiwanej redukcji stężenia soli żelaza na tym złożu,

– na kształt zawiesin mają wpływ właściwości materiałów filtrujących,

BADANIA ZMIENNOśCI STĘŻENIA ŻELAZA W CZASIE PŁUKANIA.

Badania przeprowadzono dla dwóch sekcji w NBSW. Wyniki tych badań łącznie z interpretacją graficzną zamieszczono w załączniku nr 4.

Z zamieszczonych w omawianym załączniku wykresów widać, że w początkowej fazie płukania stężenie żelaza ogólnego podlega znacznym wahaniom oraz że jest znacznie większe od stężenia żelaza dwuwartościowego. W póŸniejszej fazie stężenie żelaza maleje przeważnie jednostajnie – zbliżając się w końcowej fazie do stężenia żelaza F+2. Na wykresach linią ciągłą zaznaczono przebieg zmienności stężenia żelaza dwuwartościowego, którego zmienia się nieznacznie w okresie płukania.

Wnioski

Ponieważ stężenie żelaza dwuwartościowego w wodach popłucznych jest większe od stężenia żelaza w wodach używanych do płukania (nie wykrywalne) należy przypuszczać, że podczas płukania zachodzi proces wtórne rozpuszczanie związków żelaza.

BADANIA ZAWIESIN OGÓLNYCH W WODACH POPŁUCZNYCH

Ponieważ ilość zawiesin ogólnych stanowi jeden z istotnych wskaŸników oceny jakości ścieków. Przeprowadzone badania pozwoliły ustalić po jakim czasie sedymentacji wody nadosadowe nadają się do spuszczenia z odstojnika. W przypadku NBSW SGGW wody te można spuszczać do kanalizacji po:

– filtr odżelaziający 5,3 h,

– filtr odmanganiający 4,6 h.

W pozostałych dwóch stacjach wodociągowych wody nadosadowe nie nadają się do spuszczenia nawet po 12 godzinach. Dłuższe badania nie były konieczne gdyż harmonogram płukania pozwala maksymalnie przetrzymywać popłuczyny do sześciu godzin.

Wnioski

Z przedstawionych w załączniku nr 5 wykresów wynika, że:

– czas opadania najdrobniejszych cząstek w małym stopniu zależy od początkowej kondenstacji   zawiesin,

– na końcowy efekt sedymentacji ma wpływ jakość wody używanej do płukania.

BADANIE ZALEŻNOśCI UWODNIENIA OD CZASU PRZESYCHANIA NA POLETKU OSADOWYM.

Badaniami tymi objęto osady ze wszystkich omawianych wcześniej stacji wodociągowych. Wyniki badań łącznie z interpretacją graficzną zestawiono w załączniku nr 6. W tabeli tego załącznika zestawiono przeliczone z odczytów psychrometrycznych [19] wartości wilgotności powietrza oraz uwilgotnienie próbek osadów. Dla uchwycenia charakteru odciekalności poszczególnych osadów wyniki zestawiono na wykresie. Widać na nim, że osady z NBSW znacznie szybciej ulegają odwodnieniu, szczególnie w początkowym okresie.

Przyjmując, że osad można spakować w worki i wywieŸć na wysypisko już przy 45 %-wym uwilgotnieniu ustalono, że minimalny okres przesychania osadów na poletkach filtracyjnych w warunkach laboratoryjnych wyniesie dla:

– SUW w Wiązownej – 350 h

– SUW w Zielonce – 335 h

– NBSW SGGW – 225 h

W przypadku gdy poletko będzie narażone na zmienne warunki klimatyczne okres ten się wydłuży nawet do 60 dni[16,17].

Wnioski

Z przedstawionych wyników oraz z obserwacji przeprowadzonych w trakcie badania wynika, że osady powstałe z cząstek typu kłaczkowatego, przesychające na poletkach filtracyjnych, będą szybko kolmatować wierzchnią część warstwy filtracyjnej przez co wolniej będzie zachodził proces odsączania.

Stacje wodociągowe w Warszawie

Tabela 10

Zestawienie rodzaju armatury zainstalowanej na poszczególnych odcinkach układu.

(Rozmieszczenie odcinków uwidoczniono na rys.16).

Odcinek nr 1, długość L=55m, średnica D=250mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano segmentowe 5 5*0,7=3,5
zasuwa równoprzelotowa 1 0,15
trójnik 250/150 1 1,05
=4,7

1.2 Odcinek nr 2,3,4, długość pomijalnie mała, średnica D=150mm.

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
zasuwa równoprzelotowa 2 0.15*2=0,3
dyfuzor 80/150 1 0,2
rozszerzenie nagłe 80/150 1 0,5
zawór zwrotny 1 0,56
kolano gięte 4 1,1*4=4,4
=5,96

1.3 Odcinek nr 5, długość L=18m, średnica D=200mm

Rodzaj armatury Ilość Straty
trójnik 150/150 1 2,41
kolano gięte 150 1 1,1
trójnik 150/65 1 0,5
dyfuzor 150/200 1 0,06
kolano segmentowe 200 4 4*0,75=3,0
trójnik 200/200 2 2*2,4=4,8
kryza 1 8,06
trójnik 200/200 2 2*1,45=2,9
zasuwa równoprzelotowa 1 0,15
=22,98

Tabela 11.

Charakterystyka pompy typu 100 PJM 200

Q [m3/h] 42 48 60 75
H [m] 11,8 11,45 10,7 9,5

Tabela 12.

Zestawienie obliczeń wielkości strat na poszczególnych odcinkach przewodu płucznego.

Odcinek 1, k=2.5m,D=250mm,L=55m,=4,7

Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re*105 E hstr,

[m]

42 0.0117 0,46 0,01 0,03960 0,04
60 0,0167 0,65
0,03914 0,08
75 0,0208 0,82
0,03892 0,12
90 0,0250 0,98
0,03882 0,15
126 0,0350 1,4
0,03856 0,31
180 0,0500 2,0
0,03844 0,48
220 0,0611 2,4
0,03827 1.04

Odcinek 2,3,4, k=2.2mm,D=150mm,L=0,=5,96

Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re*105 E hstr,

[m]

42 0,0117 0,76 0.01667 0,04625 0,13
48 0,0133 0,87
0,04615 0,17
60 0,0167 1,1
0,04601 0,27
75 0,0208 1,4
0,04589 0,42
90 0,0233 1,5
0,04584 0,53

Odcinek 5, k=2.2mm,D=200mm,L=18m,=22,98

Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re*105 E hstr,

[m]

42 0,0117 0,57 0,00125 0,04219 0,19
60 0,0167 0,82
0,04184 0,38
75 0,0208 1,0
0,04167 0,60
90 0,0250 1,1
0,04160 0,75
126 0,0350 1,6
0,04141 1,53
180 0,0500 2,0
0,04131 2,39
220 0,0611 3,0
0,04119 5,15

Obliczenia straty na filtrze

Straty te wyznaczono dwoma sposobami:

1) przy pomocy wzorów[15],

2) na podstawie pomiarów rzeczywistych.

Ad.1.

-strata na drenażu

W filtrze zamontowanych jest 308 dysz o wymiarach 1.0*0.8.

Współczynnik oporu dla tego typu dyszy wynosi =1120 ß=2

Wydajność pojedyńczej dyszy można przedstawić wzorem:

Po podstawieniu do wzoru na hd i uproszczeniu otrzymano:

hd=118.06*Q2 gdzie Q [m3/s]

-straty na warstwie podtrzymującej

hp=0.08*Hp*q [m]

Wysokość warstwy podtrzymującej Hp=0.3m

Intensywność płukania filtra q [m3/(h*m2) można zastąpić wydatkiem

wiedząc że średnica filtra wynosi 2.15m .

Powierzchnia złoża wynosi F=3.6m2

hp=0.08*1000*Q*0.3=24*Q [m] gdzie Q [m3/s]

-straty na właściwej warstwie podtrzymującej

Wyniki obliczeń na powyższych wzorach przedstawiono w tabeli nr 13.

Ad.2. Badania przeprowadzono w następujący sposób:

– zainstalowaną na przewodzie płucznym kryzą mierzono natężenie przepływu [24], którego wielkość obniżano za pomocą zasuwy zamontowanej przed filtrem.

– straty na filtrze mierzono manometrem kontaktowym.

Wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli nr 14.

Wnioski

Przedstawione w tabeli 13 i 14 wyniki świadczą o niedokładności wzorów (51÷55), które w naszym przypadku zaniżyły wielkość strat na filtrze. W wyniku badanie rzeczywistej charakterystyki filtru ustalono również, że wielkość badanych strat nie zależy jedynie od natężenia przepływu ale również od czasu płukania filtra. Zaobserwowane zjawisko wynika z tego, że podczas płukania z filtru usuwane są stopniowo zanieczyszczenia, które szczególnie w początkowym okresie wpływają na wzrost wielkości strat.

Tabela 13

Wyniki obliczeń strat na filtrze odżelaziającym.

Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

hd

[m]

hp

[m]

hf

[m]

wypływ

swobodny

[m]

h

[m]

42 0,0117 0,02 0,28 0,21 0,01 0,52
60 0,0167 0,03 0,40 0,21 0,01 0,65
75 0,0208 0,05 0,50 0,21 0,02 0,78
90 0,025 0,07 0,60 0,21 0,03 0,91
126 0,035 0,14 0,84 0,21 0,06 1,25
180 0,05 0,30 1,20 0,21 0,13 1,84
220 0,0611 0,44 1,47 0,21 0,19 2,31

Tabela nr 14

Wyniki badań strat na filtrze odżelaziającym.

Odczyty na kryzie P Odczyty na filtrze P` Q Strata
P1 P2
P1 P2
[bar] [bar] [bar] [MPa] [MPa] [MPa] [m3/h] [m]
1,65 1,44 0,21 0,031 0,004 0,027 103,0ą2,9 2,7ą0,1
1,56 1,28 0,28 0,03 0,0035 0,0265 118,9ą2.7 2,65ą0,1
1,56 1,28 0,28 0,03 0,004 0,026 118,9ą2.7 2,6ą0,1
1,56 1,28 0,28 0,03 0,005 0,025 118,9ą2.7 2,5ą0,1
1,56 1,28 0,28 0,03 0,005 0,025 118,9ą2.7 2,5ą0,1
1,56 1,29 0,27 0,03 0,006 0,024 116,7ą2.7 2,4ą0,1
1,57 1,31 0,26 0,03 0,006 0,024 114,6ą2.7 2,4ą0,1
1,54 1,29 0,25 0,03 0,006 0,024 112,3ą2.8 2,4ą0,1
1,63 1,41 0,22 0,028 0,0045 0,0235 105,4ą2.8 2,35ą0,1
1,92 1,86 0,06 0,021 0 0,021 55,0ą4.6 2,1ą0,1
2,02 2,01 0,01 0,017 0 0,017 22,5ą11.3 1,7ą0,1
2,045 2,04 0,005 0,019 0,003 0,016 15,9ą15.8 1,6ą0,1

Obliczenia hydrauliczne układu.

Rozmieszczenie odcinków i armatury pokazano na rys.16.

Dane:

z1 -rzędna zwierciadła wody w zbiorniku zapasowo-wyrównawczym waha się w granicach od z1‚=25,5 do     z1”=26,95 m n.p.p.

z2=24.6 m n.p.p.

hp – suma strat poszczególnych odcinków przewodów podanych w tab.9

hFiltr – straty na filtrze patrz tab.14

Hu(Q) – charakterystyka pompy tab.11

Szukane:

R – punkt pracy układu

W celu znalezienia punktu pracy układu, podobnie jak we wcześniejszych obliczeniach, posłużono się metodą analityczno-graficzną. W tym przypadku mamy mniej niewiadomych, ponieważ znamy charakterystykę filtru. Na podstawie wzoru (44) sporządzono szczegółowy wzór dotyczący rozpatrywanego przypadku :

We wzorze tym pominięto straty na odcinku nr 6 ponieważ z przeprowadzonych obserwacji ustalono, że podczas płukania filtru w jego górnej części panuje ciśnienie zbliżone do atmosferycznego. Następnie graficznie wyznaczono punkt pracy układu (rysunek 17), który znajduje się w następującym zakresie:

Q=154÷165 m3/h

H=3,1÷3,6 m

PREZENTACJA WYNIKÓW

    Badaniami objęto trzy omawiane wcześniej stacje wodociągowe. W przypadku NBSW SGGW przeprowadzono oddzielne badania dla każdej sekcji, gdyż pracują one niezależnie oraz uzdatniają różne jakościowo wody. Wyniki badań łącznie z interpretacją graficzną przedstawiono w załącznikach nr 1÷6. Badania głównie dotyczyły analiz jakościowych popłuczyn i osadów gromadzących się w odstojniku. Przeprowadzono je w taki sposób by wyrażały następujące zależności:

– mętności od czasu płukania (wyniki zestawiono w załącznik nr 2),

– objętości osadu łatwoopadających po określonym czasie sedymentacji od ilości wody zużytej   do płukania – powiązaną z czasem płukania (wyniki zestawiono w załącznik nr 3),

– stężenia żelaza Fe+2 i Fe+3 od czasu płukania (wyniki zestawiono w załącznik nr 4),

– ilości zawiesin ogólnych w wodzie nadosadowej po określonym czasie sedymentacji (wyniki   zestawiono w załącznik nr 5),

– zależność uwodnienia osadów od czasu przesychania na poletku osadowym (wyniki zestawiono   w załącznik nr 6).

    Dla kontroli poprawności obliczeń hydraulicznych układu płucznego oraz umożliwienia poprawnej analizy wyników badań przeprowadzono pomiary natężenia przepływu w poszczególnych cyklach płukania oraz objętości przefiltrowanej przez filtr wody przed badaniami. Wyniki te zamieszczono w tabelach załącznika nr 1.

Eksperymentalne zagadnienia badawcze

SFORMUŁOWANIE ZAGADNIEŃ BADAWCZYCH

Jak wynika z przeprowadzonej wcześniej analizy przebiegu procesów zachodzących w odstojniku oraz nieprawidłowości wynikłych w czasie obserwacji pracy tych urządzeń, należy w początkowym okresie pracy stacji dokonać pewnych uściśleń, aby uzyskać poprawę sprawności poszczególnych układów. W związku z tym konieczne jest przeprowadzenie szeregu badań laboratoryjnych, które pozwolą sprawdzić prawidłowość obliczeń projektanta. Szczególnie istotnym dla jakości uzdatnianej wody oraz kosztów jej produkcji jest sprawdzenie prawidłowości działania układu płucznego, co pozwoli również na uzyskanie niezbędnych danych do wnikliwej analizy pracy odstojnika.

Podczas oceny prawidłowości pracy tych układów należało by sprawdzić:

– czy pompy pracują w zakresie optymalnej sprawności,

– skuteczność płukania,

– sprawność odstojnika,

– wymagany czas przetrzymywania ścieków w odstojniku,

– wpływ zawartości żelaza i manganu w wodzie surowej na pojemność części osadowej

odstojnika.

– sprawność odsączenia osadów wydobytych z odstojnika.

W celu znalezienia odpowiedzi na wyżej sformułowane zagadnienia należy przeprowadzić następujące badania i obliczenia:

– wyznaczenie natężenia przepływu strumienia płucznego,

– wyznaczenie punktów roboczych pomp płucznych,

– wyznaczenie zużycia wody w procesie płukania,

– badanie przyrostu stężenia żelaza i manganu w wodach popłucznych,

– badanie kinetyki opadania zawiesin łatwoopadających,

– ocenę zawartości zawiesin ogólnych,

– rozkład mętności wód popłucznych w czasie płukania,

– analizę kinetyki odsączalności osadów.

OPIS METOD BADANIA

Przeprowadzone w pracy badania mają zróżnicowany charakter, wynikający z ich szerokiego zakresu. W zakres ten wchodzi przeprowadzenie:

1) pomiarów :

  1. a) kubaturowych urządzeń
  2. b) natężenia przepływu
  3. c) strat ciśnienia

2) badań jakości ścieków powstających w procesie płukania

3) badań kinetyki opadania zawiesin

4) badań kinetyki odsączalności osadów

Ad.1 Pomiary te wykonano przy pomocy odpowiednich przyrządów mierniczych takich jak suwmiarka i taśma miernicza.

Metodyka badań natężenia przepływu była zależna od wyposażenia danej stacji w aparaturę pomiarową. W związku z tym badanie natężenia przepływu strumienia płucznego filtru wykonano w trojaki sposób:

– posługując się tylko wodomierzem zamontowanym na przewodzie   wychodzącym z ujęcia i na przewodzie prowadzącym do sieci   (SUW w Zielonce).

– badając podczas procesu płukania przyrost słupa wody w   odstojniku,  w funkcji czasu (SUW w Wiązownej i Warszawie).

– przy pomocy kryzy umieszczonej na  przewodzie  płucznym,   wykorzystując punkt „vena contracta” [24] (NBSW w Warszawie).

Pomiary strat ciśnienia przeprowadzono przy pomocy manometrów.

Ad.2 Badania przeprowadzono w laboratorium. Objęły one sprawdzenie:

– stężenia żelaza ogólnego i dwuwartościowego

– ilości zawiesin ogólnych

– mętności

Próbki do tych badań pobierano w okresie płukania filtru. Równolegle pobierano dwa rodzaje próbek:

– jedne o pojemności 1 dm3, przeznaczone do wszystkich oznaczeń,

– drugie o pojemności 0,2 dm3, pobierane z częstotliwością co 30 sekund przeznaczone do uzyskania tzw. próby ogólnej, która   powstaje w wyniku zlania wszystkich próbek do jednego naczynia.

Na pobranych próbkach wykonano wypunktowane wcześniej analizy chemiczne, które mają opisany niżej przebieg.

Przebieg badania stężenia żelaza ogólnego i dwuwartościowego

Oznaczenia wykonano metodą fenantrolinową. Przed przystąpieniem do badań próbki wód popłucznych rozcięńczono, ponieważ stężenie żelaza w niech zawartego przekraczało zakres prostoliniowości krzywej wzorcowej (ABS – C). Rozcięńczenia prowadzono do momentu, gdy po badaniach rozcięńczonej próbki metodą fenantrolinową, wartość odczytu ze spektrofotometru ABS była mniejsza od 0,9.

Uzyskany ostateczny wynik „ABS” po podstawieniu do poniższego wzoru umożliwił obliczenie stężenia żelaza.

Badania ilość zawiesin ogólnych

Badanie to dotyczy tylko próby ogólnej, a przeprowadzono je metodą suszarkowo-wagową. Badanie to polegało na ustaleniu masy suchej pozostałości ze 100 ml próbki.

Badania mętności

Dotyczą obu typów próbek, które przed przystąpieniem do badania należy rozcięńczyć. Rozcięńczenia należy wykonywać do momentu, aż mętność próbki będzie się zawierać w skali wzorcowej. Dalsza część badań polega na porównywaniu rozcięńczonej próbki ze skalą wzorcową.

Ad.3 Badanie kinematyki zawiesin przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych, używając do tego celu lejów Imhoffa o pojemności 1 dm3. Pomiar objętości osadów wykonywano po:5,10,20,30,45, 60,120,180,240 minutach. Badania przeprowadzona dla każdego filtru oddzielnie.

Ad.4 Badanie kinetyki odsączalności osadu przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych, ponieważ w żadnej z badanych stacji nie przygotowano poletka do przesuszania osadów. Z uwagi na niewłaściwą pracę odstojnika w stacjach Zielonce i Warszawie próbki osadów nie pobierano z odstojnika. Pobierano je natomiast z wód popłucznych nagromadzonych w naczyniach. Naczynia napełnione wodą popłuczną odstawiano w tym celu na okres 2 ÷ 4 godzin, po upłynięciu których do celów badawczych przeznaczano jedynie nagromadzone na dnie osady.

Dla ujednolicenia wyników próbki w Wiązownej pobrano również w ten sposób. Badanie próbek przeprowadzono na modelu laboratoryjnym, wykonanym w następujący sposób.

Do cylindra miarowego o średnicy 6 cm i wysokości 50 cm wsypano piasek o znanym składzie granulometrycznym. Następnie na piasek zajmujący 80 % objętości cylindra wlano 0,5 dm3 próbki osadu. W dalszym etapie przesychający w ten sposób osad badano metodą suszarkowo-wagową. Badanie to polegało na ustaleniu stosunku masy wody zawartej w próbce do całkowitej masy próbki. Stosunek ten inaczej możemy nazwać uwodnieniem. Próbki osadu pobierano do naczynek wagowych po następującym czasie przesychania:0,1,2,3,4 i co 24 godziny. Całkowity czas badania zależał od stopnia uwilgotnienia próbki.

Równolegle z pobieraniem próbek ustaliono wilgotność powietrza w okolicy stanowiska badawczego. Wilgotność tą mierzono przy pomocy psychrometru [19].

Opis instalacji płuczno-odstojnikowej w NBSW w Warszawie

praca magisterska z Warszawy

Proces płukania dwóch sekcji oczyszczających wodę czwartorzędową jest prawie całkowicie zautomatyzowany. Każda z sekcji, widoczna na zdjęciu nr 4, jest płukana osobno z częstotliwością raz na trzy doby. Płukanie uruchamia sterownik firmy SAIA typu PCD4.K210 Versia A, który nadzoruje pracę całej stacji i steruje pompami i zaworami pneumatycznymi. Zgodnie z rysunkiem nr 4 płukanie przeprowadzane jest wodą uzdatnioną pobieraną ze zbiornika zapasowo-wyrównawczego. Dwie pompy 100 PJM 200 tłoczą wodę do filtru płucząc go strumieniem wstecznym do kierunku filtracji. Przed wlotem wody na filtr do rury podawane jest powietrze z intensywnością 15 dm3/s na 1 m2 powierzchni złoża. Jako pierwszy w sekcji płukany jest odżelaziacz przez około 45 minut, a 5 minut po nim odmanganiacz przez 15 minut.     Wody popłuczne odprowadzane są grawitacyjnie kanałem do odstojnika znajdującego się poza budynkiem stacji. Kanał ten o długości 114 m wykonany jest z rur PCW  300 mm. Na załamaniach kanału wykonano studzienki kanalizacyjne z kręgów żelbetowych  120 cm, przykrytych płytą żelbetową z włazem.

Odstojnik składa się z ośmiu komór, zbudowanych z kręgów żelbetowych  160 cm, połączonych między sobą dwoma rurami żeliwnymi  20 cm. Sumaryczna objętość osadnika poniżej dolnej krawędzi przewodu tworzy część osadową i wynosi 4,8 m3. Natomiast objętość zawarta między dolnym i przelewowym przewodem, odprowadzającym nadmiar wód popłucznych do kanalizacji, stanowi część przepływową osadnika i wynosi 14,5 m3. Komory przykryte są płytą żelbetową z włazem. W celu umożliwienia wejścia do komór odstojnika zamontowano stopnie żeliwne. Dla zapewnienia należytej wentylacji skrajne komory wyposażono w rury wywiewne. Na przewodzie odpływowym zamontowano zasuwę kielichową z przedłużonym trzpieniem wyprowadzonym do skrzynki ulicznej.

W odstojniku zainstalowano również sygnalizację minimalnego i maksymalnego poziomu napełnienia odstojnika. Wody popłuczne powinny być przetrzymywane w odstojniku przez okres nie krótszy niż 4 godz. W tym czasie wytrącona zostanie zawiesina, składająca się głównie ze związków żelaza i manganu. Po otwarciu zasuwy wody nadosadowe odprowadzane są do studzienki kanalizacyjnej.

Istniejące w stacji dwie sekcje uzdatniania wody czwartorzędowej płukane są osobno i prawie całkowicie automatycznie. Natomiast sekcja uzdatniania wody trzeciorzędowej płukana jest ręcznie. Ponieważ sekcja ta jest nietypowym układem, uzdatniającym wysokojakościową wodę, w dalszej części pracy nie będzie omawiana. Zgodnie z rysunkiem nr 4 proces płukania sekcji czwartorzędowej przebiega następująco:

Niezależnie od przebiegu procesu płukania zawsze otwarte są zasuwy:Z1÷6,Z9,Z13 oraz pracują dwie pompy płuczne.

1) Odżelaziacz

  1. a) 5 min przedmuchiwania złoża powietrzem

– zawory zamknięte Z10

– zawory otwarte Z8,Z11

  1. b) 9 min płukanie wsteczne mieszaniną powietrzna z wodą, podczas którego zużywa się 22 m3    wody

-stan zaworów pozostaje bez zmian

  1. c) 5 min przerwa
  2. d) 20 min płukanie wsteczne wodą, podczas którego zużyto 47 m3 wody

– zawory zamknięte Z7,Z8,Z10

– zawory otwarte Z11,

2) Odmanganiacz

  1. a) 5 min przedmuchiwania złoża powietrzem

– zawory zamknięte Z7,Z8,Z11,Z15

– zawory otwarte Z12,Z14

  1. b) 10 min płukanie wsteczne mieszaniną powietrzna z wodą podczas którego zużywa się 20 m3    wody

– układ zaworów pozostaje bez zmian

PARAMETRY HYDRAULICZNE PROCESU PŁUKANIA ZŁOŻA.

W badanych stacjach wodociągowych mamy do czynienia z różnymi cyklami technologicznymi przeprowadzonymi na różnego rodzaju filtrach. Ma to znaczny wpływ na przebieg procesu płukania. W celu porównania układów płucznych tych stacji wykonano tabelkę, w której zamieszczono aktualne dane odnośnie intensywności płukania i wydajności stacji.

Tabela 3

Stacja

wodociągowa

Częstotliwość płukania

 

[1/dobę]

Dobowe zużycie wody na płukanie

 

[m3]

Dobowa objętość wyproduko-wanej wody

[m3]

Procentowy udział wody przeznaczonej na płukanie w stosunku do wody uzdatnionej

[%]

Intensywność płukania złożą

 

[dm3/(s*m2)]

Wiązowna 2 84,6 180 47 10.3
Zielonka 2 50,8 250 20,3 9.6
Warszawa 0,33 29,4 834 3 8.3

Wnioski

Złożę jest najintensywniej płukane w stacji w Wiązownej, która na płukanie zużywa aż 47 % ogólnej objętości wody dostarczanej do sieci. W związku z tym nasuwa się pytanie czy można by było płukać filtry raz na dobę skoro obecna wydajność stacji stanowi 20 % wydajności projektowej.

Podobną intensywnością płukane są filtry w Zielonce, na płukanie których przeznacza się 20,3 % wyprodukowanej wody. Nieporównywalnie mniejszy procent wody, przeznaczonej na cele produkcyjne, zużywa warszawska stacja wodociągowa, w której filtry płukane są z najmniejszą intensywnością i częstotliwością.

Stacja ta wyposażona jest w nieco innego typu odstojnik, różniący się liczą komór jak również sposobem ich połączenia. Osadnik ten charakteryzuje się następującymi parametrami:

– objętość całkowita 45,2 m3,

– objętość użyteczna 19,3 m3, składa się z:

– objętość części przepływowej 14,5 m3,

– objętość części osadowej 4,8 m3.

Projektant przyjął, że jednocześnie będzie płukany jeden filtr przez 11 minut. Zużycie wody podczas takiego procesu by wyniosło 14,04 m3 jaką może pomieścić wybudowany na podstawie tego projektu odstojnik. Obecnie jednak proces płukania przebiega inaczej, a całkowita ilość wody zużytej podczas tego procesu wynosi 89 m3. Przekracza to sześciokrotnie pojemność odstojnika i powoduje zmianę charakteru pracy odstojnika na przepływowy. Zakładając, że podczas napełniania odstojnika zasuwa wylotowa jest zamknięta, możemy sprawdzić czy długość odstojnika jest wystarczająca dla usunięcia osadu. Zakładając, że wypływ wody ze zbiornika będzie się odbywał całym przekrojem, zwierciadło wody będzie na wysokości 1,53 m nad dnem osadnika. Przebieg opadania cząstek w rozpatrywanym przypadku będzie się nieco różnił od klasycznej sedymentacji w zbiorniku poziomym. W celu dokładnego przeanalizowania zachodzących w osadniku procesów przyjrzyjmy się kolejno drodze pojedynczej cząstki. Z dużą prędkością wpada ona do pierwszej komory, w której charakter przepływu jest pionowy. W komorze tej panują duże zawirowania, które jedynie cząsteczką o znacznej masie pozwolą opaść na dno. Z komory pierwszej przepływa ona rurą średnicy 200 mm do następnej komory. Podczas przejścia przez rurę nabiera ona prędkości na skutek zmniejszenia przekroju przepływu. W drugiej i następnych komorach będą się osadzać tylko cząsteczki, które znajdą się w części osadowej tzn. poniżej przewodu łączącego dwie komory. Natomiast cząsteczki znajdujące się powyżej przewodu będą również sedymentować, ale ze znacznie mniejszą skutecznością ponieważ panujące w okolicy strefy przyotworowej zaburzenia przerwą ten proces, kierując je do następnych komór lub ponownie do części osadowej lub przepływowej. W pozostałych komorach proces ten przebiega podobnie jedynie w ostatniej komorze bardziej intensywnie. Kierując się tymi rozważaniami można w przybliżony sposób ustalić sprawność osadnika według następującej proporcji:

gdzie: y – zbiór cząstek znajdujących się w strefie osadowej,

yo  – zbiór wszystkich cząstek.

Z powyższych obliczeń wynika, że sprawność osadnika będzie wynosiła 32 %. Jest to wielkość bardzo orientacyjna ponieważ nie zależy od prędkości opadania cząstek ani od długości osadnika.

 

Różnice technologiczne rozważanych układów

praca magisterska z Warszawy

Różnice technologiczne opisywanych stacji są konsekwencją jakości czerpanej wody, której parametry zamieszczono w tabeli nr 1. Najtrudniejszą do uzdatniania jest woda w Zielonce, która zawiera największą ilość żelaza ogólnego i azotu amonowego. Jest również znacznie zabarwiona i ma ponadnormatywną ilość manganu. Nieco lepszą wodę ma stacja w Wiązownej, która musi usuwać z wody znacznie ponadnormatywne ilości manganu i żelaza. Redukcji podlega również barwa i mętność. Zdecydowanie lepszą wodą dysponuje warszawska stacja wodociągowa, która ma dwa niezależne układy uzdatniania wody czwartorzędowej. W obu sekcjach usuwane są ponadnormatywne ilości żelaza, manganu oraz mętność.

Ponieważ wody te różnią się znacznie parametrami jakościowymi różnią się również cyklem uzdatniania. Na wstępie porównajmy stacje w Zielonce i Wiązownej, które uzdatniają wodę przy udziale koagulantów. W stacji Wiązowna zastosowano system filtracji HI FLO, a w stacji Zielonka OFSY. System HI FLO składa się z dwóch filtrów o różnej pojemności całkowitej, natomiast OFSY z trzech filtrów o jednakowej pojemności. Systemy te są przystosowane do uzdatniania różnej jakości wody, mimo że w obu podawane są tego samego typu koagulanty. Stacja w Zielonce posiada dwie sekcje filtracyjne o jednakowej wydajności pracujące na przemian, natomiast w Wiązownej tylko jedną o podobnej wydajności. Początkowo, woda w Zielonce jest poddana napowietrzaniu w wieży aeracyjnej, czego nie stosuje się w drugiej porównywanej stacji. Nie wymagana jest również w tej stacji ciągła dezynfekcja wody na wyjściu do sieci. Obie stacje Culligana różnią się znacznie technologią uzdatniania wody i wielkością poszczególnych urządzeń od warszawskiej stacji, którą należy uznać za typową dla wiejskich warunków Polski. Nie stosuje się w niej żadnych związków chemicznych powodujących koagulację, jedynie napowietrzanie. Dlatego istotnym elementem w tej stacji jest stanowisko sprężarek, które nie występuje w stacjach stosujących koagulanty. Jakość wody uzdatnionej w omawianych stacjach zgodnie z tabelą nr 2 nie przekracza dopuszczalnych zaleceń normowych jedynie w wodzie ze SUW w Zielonce jest ponadnormatywna ilość manganu.

W stacjach Culligana proces płukania przebiega znacznie częściej niż w warszawskiej stacji. Różnice wynikają również ze sposobu transportowania wód popłucznych do odstojnika jak również z jego budowy. Grawitacyjnie wody popłuczne spływają do odstojnika w SUW Wiązownej i Warszawie natomiast w Zielonce przepompowywane są one pompami.

Wnioski

Zaprezentowane układy różnią się w niektórych elementach cyklu technologicznego co często wyraŸnie wynika z jakości wody jaką uzdatniają. Jednak ponieważ jakość wody surowej w Zielonce jest nieznacznie gorsza od jakości wody w Wiązownej narzuca się stwierdzenie,

 

Tabela 1

Oznaczenie Jednostka NBSW

sekcja1

NBSW

sekcja2

Wiązowna Zielonka Wymagana jakość
   
Barwa mg Pt/dm3 22 10 30 78/50 20    
Odczyn pH 7.15 7.0 7.0 6.9 6.5-8.5    
Mętność mg SiO2/dm3 10 7 30 9 5    
Zapach skala1-5 g3SH2S g3SH2S z2R 4G/H2S/2RG 3Rlub3SCl2 3SCl    
Zasadowość mval/dm3     4 4.5    
Twardość ogólna mval/dm3 7.1 7.0 4.8 5.3 10    
ChZT(KMnO4) mg O2/dm3       8.1    
Żelazo(+2) mg Fe+2/dm3     6.0    
Żelazo ogólne mg Fe+3/dm3 2.7 3.4 4.0 7.2 0.5    
Mangan mg Mn/dm3 0.33 0.3 1.45 0.9 0.1    
Azot amonowy mg NNH4/dm3 0.31 0.36 0.44 0.65 0.5    
Azot azotynowy mg NNO2/dcm3 0.001 0.005 0.005 0.002    
Azot azotanowy mg NNO3/dm3 0.1 0.6 10    
Utlenialność mg O2/dm3 2.1 2.4 1.4 1.4    
CO2 wolny mg CO2/dm3       33    
Chlorki mg Cl/dm3 33.2 35.2 35 21 300    
Siarczany mg SO4/dm3     51.4 11.5 200    
Sucha pozostałość mg/dm3     366 285 600    
Fluorki mg F/dm3       0.3 1.5    

Tabela 2

Oznaczenie Jednostka NBSW

sekcja1

NBSW

sekcja2

Wiązowna Zielonka Wymagana jakość
   
Barwa mg Pt/dm3 15 6 10 17 20    
Odczyn pH 7.25 7.1 6.8 7 6.5-8.5    
Mętność mg SiO2/dm3 3 3 2 4 5    
Zapach skala1-5 g1R g1R g1R g1R 3Rlub3SCl2 3SCl    
Zasadowość mval/dm3        
Twardość ogólna mval/dm3 6.9 6.9 4.5 4.6 10    
ChZT(KMnO4) mg O2/dm3          
Żelazo(+2) mg Fe+2/dm3        
Żelazo ogólne mg Fe+3/dm3 0.4 0.3 0.5    
Mangan mg Mn/dm3 0.1 0.1 0.05 0.4 0.1    
Azot amonowy mg NNH4/dm3 0.04 0.04 0.5 0.5 0.5    
Azot azotynowy mg NNO2/dcm3 0.004 0.005    
Azot azotanowy mg NNO3/dm3 0.5 0.8 10    
Utlenialność mg O2/dm3 1.7 2.0 3.8 3.6    
CO2 wolny mg CO2/dm3       4    
Chlorki mg Cl/dm3 32.2 34.2 39.2 35 300    
Siarczany mg SO4/dm3     0.05 200    
Sucha pozostałość mg/dm3       600    
Fluorki mg F/dm3     0.15 0.1 1.5    

że uzdatnianie tej słabszej jakościowo wody nie wymaga aż tak rozbudowanego cyklu technologicznego. Dodatkowo za tym stwierdzeniem przemawia to, że wydajność stacji w Wiązownej jest większa o 10 m3/h oraz jakość wody uzdatnionej jest wyższa. Warszawska stacja również sprawia wrażenie przeprojektowanej, gdyż ilość urządzeń i ich wielkość są nieporównywalne z wydatkiem na jaki zaprojektowano stację oraz z jakością uzdatnianej wody. Jednak jak wynika z badań energochłonności i kapitałochłonności koszt produkcji wody w warszawskiej stacji jest znacznie niższy niż w stacjach wybudowanych przez Culligana. Koszty te rosną wraz ze wzrostem częstotliwości płukania. Dlatego szczególnie istotną sprawą jest kontrola prawidłowości jego przebiegu.

Zachodzi również pytanie czy wody popłuczne, uzyskiwane podczas różniących się technologicznie procesów uzdatniania wody, wymagają do ich oczyszczania zastosowania różnych typów odstojników, a szczególnie kosztownego odstojnika powierzchniowego z przepompownią.

Analiza hydrauliczna rozważanych układów płucznych

praca magisterska z Warszawy

W zakres czynności z tym związanych wchodziło:

– ustalenie aktualnego rozmieszczenia armatury,

– dokonanie obmiaru długości przewodów,

– wyznaczenie strat miejscowych na podstawie [29],

– obliczenia charakterystyk filtrów i strat na długości[10,11],

– wykreślne wyznaczenie punktów pracy układu płucznego[9].

Podczas obliczania strat przewodów na długości korzystano z następującego wzoru:

gdzie:  – współczynnik oporów miejscowych, bezwymiarowy,

l – długość rurociągu, m,

d – średnica rurociągu, m,

Q – natężenie przepływu, m3/s,

g – przyśpieszenie ziemskie, m/s2,

Ponieważ wszystkie obliczenia wykonano komputerowo przy pomocy arkusza kalkulacyjnego, współczynnik oporów liniowych obliczono ze wzoru Guido di Ricco (26):


gdzie: Re – liczba Reynoldsa, bezwymiarowa,

e – względna chropowatość rur, bezwymiarowa.

Liczbę Reynoldsa wyznaczamy ze wzoru:

gdzie: Q,d – jak wyżej,

– kinematyczny współczynnik lepkości, m2/s,

Względną chropowatość rury obliczamy ze wzoru:

gdzie: k – bezwzględna chropowatość rury,

d – jak wyżej.

SUW W WIĄZOWNEJ.

Tabela 4.

Zestawienie rodzaju armatury zainstalowanej na poszczególnych odcinkach układu. (Rozmieszczenie odcinków uwidoczniono na rys.9)

Odcinek 0-1 , długość L=9m, średnica D=150mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 4 4*0.43=1.72
zasuwa równoprzelotowa 1 0.15
trójnik 150/100 1 0.8
    =2.67

Odcinek 1-2, długość pomijalnie mała, średnica D=100mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
zawór motylkowy 2 2*0.24=0.48
konfuzor 100/80 1 0.05
dyfuzor 65/100 1 0.15
trójnik 100/150 1 2.64
    =3.32

Odcinek 2-3, długość L=10m, średnica D=150mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 150 3 3*0.43=1.29
konfuzor 150/100 1 0.07
kolano gięte 100 1 0.45
    =1.81

Odcinek (3-4)=(9-10), długość pomijalnie mała, D=100mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 100 1 0.45
trójnik 100/100 2 2*2.4=4.8
zawór hydrauliczny 1 2.4
    =7.65

Odcinek (4-6)=(10-12), długość pomijalnie mała, D=100mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 100 3 3*0.45=1.35
 ścianka sitowa (3 dysze  15mm) 1 5.85
trójnik 100/100 1 2.4
zawór hydrauliczny 1 2.4
    =12.0

 

Odcinek (3-8)=(9-14), długość pomijalnie mała, D=100mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 100 2 2*0.45=0.9
zawór hydrauliczny 1 2.4
    =3.3

Odcinek 8-9, długość L=10m, średnica D=100mm

Rodzaj armatury Ilość Straty miejscowe
kolano gięte 100 8 8*0.45=3.6
zawór hydrauliczny 1 2.4
zawór motylkowy 1 0.24
    =6.24

Tabela 5.

Zestawienie obliczeń wielkości strat na poszczególnych odcinkach przewodu płucznego.

Odcinek 0-1 , k=1,5mm, D=150mm, L=9m, =2.67    
Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re

105

E   hstr.

[m]

 
30 0,0083 0,544 0,01 0,03936 0,06  
60 0,0167 1,09      
0,03868 0,23        
75 0,0208 1,36      
0,03854 0,35        
90 0,0250 1,63      
0,03844 0,51        
120 0,0333 2,18        
0,03831 0,90          
150 0,0417 2,72        
0,03823 1,41          
220 0,0611 3,99        
0,03812 3,02          
Odcinek 1-2, k=1,5mm, D=100mm, L=0m, =3.32    
  Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

hstr.

[m]

     
 
  30 0,0083 0,19      
  35 0,0097 0,04      
  40 0,0111 0,05      
  50 0,0139 0,08      
  60 0,0167 0,12      
  70 0,0194 0,16      
  75 0,0208 0,19      
Odcinek 2-3, k=1,5mm, D=150mm, L=10m, =1.81    
Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re

105

E   hstr

[m]

 
30 0,0083 0,544 0,01 0,03936 0,05  
60 0,0167 1,09      
0,03868 0,20        
75 0,0208 1,36      
0,03854 0,31        
90 0,0250 1,63      
0,03844 0,45        
120 0,0333 2,18        
0,03831 0,79          
150 0,0417 2,72        
0,03823 1,24          
220 0,0611 3,99        
0,03812 2,65          
Odcinki, k=1,5mm, D=100mm, L=0      
 Odcinek (3-4)=(9-10) (4-6)=(10-12) (3-8)=(9-14) (8-6)=(14-12) Wypływ

swobodny

z odcinka

(4-6)=(10-12)

       
7,65 12,0 3,3 6.15    
Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

hstr

[m]

hstr

[m]

hstr

[m]

hstr.

[m]

 
30 0,0083 0,44 0,69 0,19 0,35 0,06
60 0,0167 1,76 2,75 0,76 1,41 0,23
75 0,0208 2,74 4,30 1,18 2,21 0,36
90 0,0250 3,95 6,20 1,70 3,18 0,52
120 0,0333 7,02 11,02 3,03 5,65 0,92
150 0,0417 10,97 17,21 4,73 8,82 1,43
220 0,0611 23,61 37,03 10,18 18,98 3,09
Odcinek 8-9, k=1,5mm, D=100m, L=10m, =6.24    
Q

[m3/h]

Q

[m3/s]

Re

105

E   hstr

[m]

 
30 0,0083 0,816 0,015 0,04452 0,36  
60 0,0167 1,63      
0,04412 1,43        
75 0,0208 2,04      
0,04403 2,24        
90 0,0250 2,45      
0,04397 3,22        
120 0,0333 3,43        
0,04389 6,32          
150 0,0417 4,90        
0,04382 12,89          
220 0,0611 5,99        
0,04379 19,26          
             
Tabela 6.

Charakterystyka pompy typ ETANORM-G65-160/132S

Q [m3/h] 30 35 40 50 60 70
H [m] 24,8 24,7 24,5 24 23,3 22,5

Obliczenia hydrauliczne układu.

Dane:

z1 -rzędna zwierciadła wody w zbiorniku waha się w granicach od z1‚=104,2 do     z1”=105,4 m n.p.p.

z2=101,7 m n.p.p.

hp – suma strat poszczególnych odcinków przewodów podanych w tab.5

h1-2 strata równoległego odcinka przewodu tab.5

Hu(Q) – charakterystyka pompy tab.6

Szukane:

R – punkt pracy układu

hfi – straty na i-tym filtrze w sekcji filtracyjnej

W celu znalezienia punktu pracy układu posłużono się metodą analityczno-graficzną. Część analityczną przeprowadzono w tab.5 natomiast część graficzna będzie się opierać na następującym równaniu.

Dla potrzeb wykresu można je przekształcić następująco:

We wzorze tym nie znamy bardzo istotnej dla obliczeń charakterystyki strat filtru, która jest funkcją Qi i Hu. Danych tych nie posiadała placówka firmy Culligan znajdująca się w Polsce. Nie udało ich się również wyznaczyć doświadczalnie. Do obliczeń założono, że straty na filtrze zmieniają się liniowo w zakresie przepływów od 40-150 m3/h, a ich wartość wynosi odpowiednio 1 i 7m. Korzystając z powyższych rozważań przeprowadzono analizę pracy poszczególnych filtrów.

Analiza hydrauliczna filtru UF-84.

Wzór (44) podczas płukania wstecznego filtru przyjmie następującą szczegółową postać:

gdzie: hf1 – straty na filtrze UF-84

Na podstawie powyższych danych i wzoru sporządzono wykres rys.10

Wykres ten sporządzono w następujący sposób:

– naniesiono charakterystyki Hu(Q), hp,

– ponieważ dwie pompy pracują równolegle dodano ich charakterystyki pomniejszone wcześniej   o charakterystyki przewodów na których są wmontowane h1-2,

– od powstałej krzywej odjęto straty na filtrze UF-84 i dodano różnice (z1‚-z2)

Położenie punkt pracy układu na skutek wahań poziomu zw.wody w zbiorniku mieści się w następującym zakresie: Q=128,5÷131,5m3/s

H=19,3÷20,2m

Analiza hydrauliczna filtru UB-84.

Wzór (44) podczas płukania wstecznego filtru przyjmie następującą szczegółową postać:

gdzie: hf2 – straty na filtrze UB-84

Postępując analogicznie jak w poprzednim przypadku z uwzględnieniem modyfikacji wzoru (43) na rys.11 wyznaczono punkt pracy układu, który mieści się w następującym zakresie:

Q=93,5÷96m3/s

H=18,3÷19,1m

Opis cyklu technologicznego uzdatniania wody

Układ trzeciorzędowy i czartorzędowy mają podobny cykl uzdatniania z tą różnicą, że w tym pierwszym wyeliminowano proces odmanganiania ze względu na niską zawartość manganu w wodzie surowej. Na wstępie tego procesu woda surowa jest poddawana do aeratora, w którym następuje proces mieszania wody z tlenem. Przebiega on według następujących reakcji:

Powstający wodorotlenek żelazowy zatrzymywany jest na piaskowym złożu filtru odżelaziającego. Resztki żelaza i mangan usuwane są na filtrze odmanganiającym, którego złoże piaskowe pokryte jest dwutlenkiem manganu. Na wypadek zagrożenia przewidziana jest również dezynfekcja wody roztworem podchlorynu sodu.