Opracowane-pytanaia- 1-29.docx

ZESTAW PYTAŃ DO EGZAMINU DYPLOMOWEGO INŻYNIERSKIEGO POTWIERDZAJACEGO UZYSKANE EFEKTY KSZTAŁCENIA

Kierunek Inżynieria Środowiska studia I stopnia (inżynierskie)

1.         Rodzaje i zasady projektowania osadników w uzdatnianiu wody

Osadniki są to urządzenia, w których zachodzi proces usuwania zawiesiny z oczyszczanej wody ( głównie powierzchniowej) z pomocą procesu sedymentacji.

Rodzaje osadników:

· Osadnik o przepływie poziomym - woda z zawiesiną wpływa do osadnika poprzez urządzenie zapewniające równomierne rozłożenie strug (np. ścianę perforowaną), a jest odbierana z górnych warstw po przeciwległej stronie za pomocą przelewów. Na osad wpływający wraz z wodą do osadnika działają dwie siły – jedna to siła ciężkości powodująca jego sedymentację o kierunku pionowym, druga to siła działająca poziomo wywoływana ruchem wody. Powodują one, że cząstki zawiesiny niesione są strumieniem wody
a jednocześnie opadają zbliżając się do dna osadnika. Cząstki, które opadną na dno są usuwane w sposób ciągły za pomocą zgarniaczy do lejów osadowych lub usuwane okresowo po wyłączeniu osadnika.

Zasady projektowania:

- prędkość przypływu wody w osadniku:

vp = 3-12[mm/s] – przy koagulacji wody;

vp = 2-3 [mm/s] – bez koagulacji wody

- czas przepływu wody w osadniku:

tp=Lvp h

L- czynna szerokość osadnika, [m];

vp - prędkość przypływu wody w osadniku [m/s].

- czynna długość osadnika L:

L=FB∙n m

n- ilość osadników;

F- powierzchnia osadnika;

B - szerokość osadnika

- zależność współczynnika k od stosunku L/H:

- całkowita długość osadnika Lc:

Lc=L+Lo m

L- czynna szerokość osadnika, [m]

Lo – długość zajęta przez przelewy, [m]

- szerokość osadnika: zalecana szerokość wynosi 3-6 [m]

B=QH∙vp m

Q- przepływ wody, [m3/h];

H – wysokość osadnika [m];

vp – prędkość przepływu wody w osadniku [mm/s]

- objętość osadnika:

V=Q∙tp m3

Q- przepływ [m3/h]

tp - czas przepływu wody w osadniku [h]

- liczba Reynoldsa i Froude'a

Fr>=10-5 , liczba Reynoldsa powinna być mała

· Osadniki o przepływie pionowym – woda przepływa w kierunku pionowym, przekrój osadnika jest zazwyczaj kołowy, a czasami kwadratowy, stosowane są do małych ilości wody.

- spadek ścian leja osadowego – 45-55 [ º];

- prędkość pionowa przepływu: vp = 0,4-0,8 [mm/s];

- czas zatrzymania wody w osadniku: tp = 1,5-2,0 [h];

- powierzchnia osadnika:

F=Qn∙vp  m2

n – ilość osadników, [-]

vp - prędkość pionowa przepływu, [m/s]

- całkowita czynna wysokość osadnika: H< 8,0 [m];

- średnica osadnika: D < 10 [m]

· Osadnik o przepływie poziomo-pionowym – przepływ wody następuje ukośni od dołu ku górze. Są to osadniki dość głębokie, w przedniej części znajduję się lej do którego zgarniany jest osad.

- prędkość przepływu wody w pionowej części vp = 0,4-0,6 [mm/s], w poziomej vp = 12,0 [mm/s],

- czas przepływu 1,5-2,0 [h];

· Osadniki odśrodkowe - woda przepływa w nich w kierunku poziomym, promieniście od środka ku obwodowi, stosowane do bardzo dużych ilości wody.

- głębokość czynna osadnika: H= V/F [m], zwykle wynosi 1,5-3,0 [m];

- średnice osadników: D= 20-60 [m]

- czas przepływu wody: tp = 2-3 [h],

- nachylenie ścian leja osadowego: 45-55 [º];

· Osadniki wielostrumieniowe – wykorzystuje się zjawisko płytkiej sedymentacji zachodzącej w modułach sedymentacyjnych. Struga oczyszczanej wody w pakiecie dzielona jest na wiele strumieni. Pakiety wykonane są z tworzywa sztucznego. Osadniki te pracują najczęściej w układzie przeciwprądowym.

- obciążenie hydrauliczne: q =2,4-4,8 [m3/m2h]

- czas przepływu wody przez przewody sedymentacyjne: tp= 6-8 [min]

- Fr >= 10 -5 , Re <= 300

· Osadniki kontaktowe z osadem zawieszonym – woda przepływa przez warstwę zawieszonego osadu utworzonego z kłaczków koagulantu. Mogą być grawitacyjne, otwarte
i ciśnieniowe zamknięte.

- czas przepływu wody: tp = 0,75 – 2,0 [h]

- prędkość przepływu: vp < 1,0 [mm/s]

2.         Rodzaje i zasady projektowania filtrów w uzdatnianiu wody

Rodzaje filtrów:

· ze względu na sposób wymuszenia przepływu wody przez złoże filtracyjne, filtry dzielimy na:

- filtry otwarte (grawitacyjne) – przepływ wymuszony słupem wody znajdującym się ponad złożem

- filtry zamknięte (ciśnieniowe) – przepływ uzyskany dzięki ciśnieniu wywołanemu przez pompy podające wodę na filtry

· ze względu na liczbę warstw materiału filtracyjnego filtry dzielimy na:

- jednowarstwowe – wypełnione jednym rodzajem materiał filtracyjnego (złoże piaskowe)

- wielowarstwowe – złoże składa się z kilku warstw materiałów filtracyjnych o różnej gęstości i uziarnieniu (piaskowo-antracytowe, lub weglowo-piaskowo-antracytowe)

· ze względu na czas filtracji :

- powolne – prędkość filtracji vf = 0,1[m/h]; gdy wcześniej są filtry pośpieszne vf = 0,3[m/h];

- pośpieszne:

* konwencjonalne- prędkość filtracji vf = 5-25 [m/h];

* superpośpieszne- prędkość filtracji vf = >25 [m/h]

· ze względu na rodzaj procesu zachodzącego w złożu dzielimy na:

- do mechanicznego cedzenia zawiesin znajdujących się w wodzie

- kontaktowe do procesów koagulacji flokulacji zawiesin w złożu filtracyjnym i zatrzymania ich na powierzchni ziaren materiału filtracyjnego

- katalityczne do katalizowania procesów chemicznego usuwania zanieczyszczeń zawartych w wodzie poprzez złoże filtracyjne

- biologicznie aktywne – w filtrach na ziarnach złoża wytwarzana jest błona biologiczna, zawierająca mikroorganizmy wykorzystujące zanieczyszczenia w swych procesach żywieniowych do filtrów biologicznie aktywnych zaliczamy m.in. filtry suche

- sorpcyjne - w których zachodzi proces adsorpcji zanieczyszczeń na powierzchni lub wewnątrz materiału filtracyjnego.

- chemicznie aktywne

- jonowymienne

·          Filtry suche jest to specjalny przypadek filtrów pospiesznych, w których woda przesącza się̨ przez suche (nie zalane wodą) złoże filtracyjne. Filtry suche stosowane są w procesach odżelaziana i odmanganiania.

Parametry projektowe:

· filtry powolne:

- zastosowanie: wody powierzchniowe

- procesy zachodzące na filtrach:

fizyczne: cedzenie, sedymentacja, flokulacja, adsorpcji

biologiczne: woda ma większą zawartość O2 i mniejszą zawartość CO2

- cykl filtracji Tf: 1-6 miesięcy

- prędkość filtracji vf: 0,1 m/h lub 0,3 m/h (jeśli przed filtrami stosuje się filtry pośpieszne lub sedymentację)

- budowa:

* warstwa właściwa: 0,6-1,0 (1,5) [m]

* warstwa podtrzymująca: 0,5 [m]

* materiał filtracyjny: piasek kwarcowy o średnicy czynnej d10 = 0,25-0,35 [mm], d60 = 0,7-1,0 [mm],

Współczynnik równomierności złoża WR=d60d10, WR = 2-3

- usuwane zanieczyszczenia: bakterie i wirusy, jako jedyne usuwają lamblię, Mn, Fe,

zawiesiny powodujące mętność i barwę wody

- skuteczność filtracji powolnej:

Bakterie – 95%, mętność – 95%, utlenialność – 60%. W wodzie po filtrach powolnych zmniejsza się tlen rozpuszczony  a wzrasta CO2, co jest wynikiem procesów biochemicznych.

- czyszczenie filtra

Gdy obniża się poziom wody o ok. 0,3 m poniżej powierzchni złoża, czyszczenie filtrów polega na ręcznym zebraniu 0,5-2 cm górnej warstwy piasku. Po oczyszczaniu złoża wymagany jest tak zwany okres wpracowania złoża (1-2 doby); w tym czasie woda po filtracji jest odprowadzana do kanalizacji.

- umiejscowienie w technologii oczyszczania wody

ujęcie → filtry powolne → dezynfekcja

· filtry pośpieszne ciśnieniowe (zamknięte):

Budowane są w postaci stalowych walczaków z dennicami.

Stosuje się średnice: od 400 – 4000 mm

Pionowe à średnica do 4 m

Poziome à średnica 2 m, długość do 20 m

Wysokość filtru zależy od wymaganej wysokości złoża oraz jego ekspansji przy płukaniu. Ze względu na sposób ustawienia, rozróżnia się filtry pionowe i poziome. Woda jest doprowadzana ponad złoże filtracyjne za pomocą przewodu zakończonego lejem skierowanym ku górze. Złoże wraz z warstwą podtrzymującą jest ułożone na drenażu, który odprowadza wodę przefiltrowaną , a w czasie płukania doprowadza wodę i ewentualnie powietrze. Woda po płukaniu odpływa z górnej części filtru za pośrednictwem leja. Ze względu na konieczność

usunięcia z filtru powietrza pozostałego po płukaniu oraz gazów wydzielających się z wody w czasie filtracji, w pokryciu powinien znajdować się otwór odpowietrzający.

- powierzchnia pojedynczego filtru nie powinna przekraczać 20 [m2] przy filtrach ciśnieniowych pionowych i 50 [m2 ]przy poziomych

- prędkość filtracji Vf = 10 – 15 m/h

- wysokość warstwy podtrzymującej :0,2 – 0,4 m

- wysokość warstwy filtracyjnej: 1,4 – 3,2 m

- płukanie wodą lub powietrzem

- strata ciśnienia ok. 5 mH2O (max. 10 mH2O)

· filtry pośpieszne grawitacyjne (otwarte):

Budowane najczęściej jako żelbetowe zbiorniki o przekroju prostokątnym

- d10 = 0,4 - 0,5 [mm]

- współczynnik równomierności złoża WR=d60d10, WR = 1,3 – 1,7

- głębokość 3 - 6 m

- powierzchnia komór żelbetowych: 12-120 [m2]

- wysokość słupa wody 1,0 – 1,5 m

- wysokość warstwy filtracyjnej: 0,7 – 1,5 m

- płukane są wodą, lub wodą i powietrzem

- min liczba filtrów: 4 [szt.]

3.         Rodzaje i zasady projektowania mieszaczy w procesie koagulacji

Mieszalniki -  służą do wymieszania roztworu koagulantu z wodą w celu zapewnienia przebiegu procesów uzdatniania w całej masie wody. Proces mieszania realizuje się najczęściej
w przeznaczonych do tego celu zbiornikach zwanych komorami mieszania lub mieszalnikami. Właściwe mieszanie mogą zapewnić urządzenia pneumatyczne, hydrauliczne, mechaniczne
i pompowe. Najczęściej jednak stosuje się metody mechanicznego i hydraulicznego mieszania.

Mieszalniki dzielimy na:

a) hydrauliczne - mieszanie odbywa się kosztem energii samego strumienia wody przepływającej przez mieszalnik:

- z przegrodami i przepustami

- z przegrodami perforowanymi

- pionowo - wirowe

b) mechaniczne - mieszanie odbywa się za pomocą mieszadeł, występuje  ruch cyrkulacyjny, ruch wody wywołany jest pompą obiegową:

- wysokoobrotowe (wywołują promieniowy, osiowy lub promieniowo - osiowy ruch wody) :

- niskoobrotowe (wywołują okrężny ruch wody):

c) pneumatyczne - mieszanie polega na przepuszczaniu pęcherzyków gazu (powietrza) przez ciecz znajdującą się w zbiorniku.

d) mieszalniki typu „in - line”

...