TEMA 1DECANTOR LAMELAR

Debitul de apa bruta

QAB = 150 l/s = 540 m3/h = 9 m3/min

OBIECTIV

asigura limpezirea apei la limita TuAD < 4 – 5° NTU

COMPONENTE:

Sistem de coagulare-floculare amonte de decantorul lamelar

Sistem de module lamelare

Sistem de colectare apa decantata

Sistem de concentrare namol si recirculare

I.Sistem de coagulare-floculare

Procesul de coagulare-floculare se desfasoara in doua faze:

Faza 1: Amestec apa bruta cu reactivii de coagulare

Este necesar un gradient de amestec G = 500 s-1 si un timp de reactie tR = 1 – 2 min

Volumul camerei de amestec

VRR = QAB * tR (m3)

VRR = 9 m3/min * (1..2) min = 9..18 m3

Se adopta adancimea apei h = 3.0 m.

Aria necesara a camerei de amestec

Anec = VRR/h (m2)

Anec = 9/3..18/3 = 3..6 m2 ; Se adopta 4 m2 Camera de amestec are urmatoarele dimensiuni: 2 * 2 * h = 3 m.

Este necesar un electro-agitator ce va avea puterea:

1

P = (G/k)2 * VRR (W)

k – coeficient functie de temperatura, vascozitatea apei

P = (500/30)2 * 22 *3 = 3333 W = 3.33 kW

Faza 2: Proces de floculare = formarea macroflocoanelor din particule destabilizate in Faza 1.

Este necesar un gradient de amestec G = 100 s-1 si un timp de reactie tF = 15 min.

Volumul floculatorului

VF = QAB * tF (m3)

VF = 9 m3/min * 15 min = 135 m3

Se adopta adancimea apei hF = 3.0 m.

AF = VF/hF (m2)

AF = 135/3 = 45 m2 : 6.75 x 6.75 m2

Puterea electro-agitatorului

P = (G/k)2 * VRR (W)

P = (100/30)2 * 135 = 1500 W = 1.50 kW

Se aleg 3 electro-agitatoare: P/3 = 1.5/3 = 0.5 kW : 3 x 0.5 kW

Configuratia procesului de coagulare-floculare este data in figura urmatoare:

2

II.Decantor lamelar

- este format dintr-un bazin (de forma rectangulara) dotat dupa cum urmeaza:

o in zona superioara: pachete de module lamelare in care apa floculata curge ascendent conform principiului module lamelare in curent ascendent;

o elementele pachetelor de module lamelare au urmatoarele caracteristici:

distanta intre lamele: e = 44.0 mm;

unghiul de inclinare α = 60°;

inaltimea modulului hM = 1.20 m;

raza hidraulica rH = 15 mm;

suprafata proiectata pe orizontala a modulului, Ao = 11 m2/m3 modul.

3

- conditionari privind functionarea modulului

viteza medie in lamela, v:

v < 3 mm/s

valoarea nr. Reynolds, Re:

Re = v * rH /ν ≤ 50

marimea de separare suspensionala:

u = v * e/(lM*cos α) ≤ 0.1..0.15 mm/s

Bazinul decantor

Suprafata orizontala:

A = QAB / iH (m2)

iH – incarcare hidraulica, iH = 8 – 10 m3/h,m2. Se adopta iH = 10 m3/h,m2.

A = 540 m3/h /10 m3/h,m2 = 54 m2 7.40 x 7.40 m2

Se adopta:

8 randuri de modul lamelar b =1.0 m;

7 grinzi de fixare modul, pe care sunt fixate si jgheaburile de colectare, cu latimea de 10cm.

Bazinul va avea dimensiunile date de :

-8 randuri de modul lamelar cu b=1m

-7 jgheaburi (grinzi perete) cu b=0.1m

B = 8 randuri * 1.0 m + 7 jgheaburi * 0.1 m = 8.70 m sectiune patrata (la interior) 8.70x8.70 m2.

4

1.1. Verificarea elementelor tehnologice ale decantorului lamelar

o Viteza medie de curgere in modul:

v = Q / nr. randuri ML * b * L * 0.95 = 0.15 m3/s / 8 randuri * 1.0 * 8.70 * 0.95 = 0.00227m/s = 2.27 mm/s

o nr. Reynolds al miscarii:

Re = 0.00227 *0.015 / (1.3 * 10-6) = 26.19 < 50

o Marimea de separare suspensionala

u = 2.27 mm/s * 44 mm / (1200 mm / sin60° * cos60°) = 0.14 mm/s

o Incarcarea hidraulica raportata la proiectia orizontala a modulului:

io = Q / A orizontala(rezultata din proiectia modulului pe orizontala) (m/h)

A limpezita = nr. randuri *b * L * h = 8 * 1.0 * 8.70 * 1.2*11= 918.72 m2

io = 540 m3/h / 918.72 m2 = 0.5878 m/h ≈ 0.59 m/h < 1 m/h

5

o Incarcarea hidraulica la oglinda apei:

iH = Q / A oglinda apei (m/h)

A oglinda apei = L * l – 7 grinzi*grosime grinda*L = 8.70 * 8.70 – 7 * 0.1 * 8.70 = 69.6 m2

iH = 540 m3/h / 69.6 m2 = 7.76 m/h

1.2. Dimensionarea jgheabului de colectare

S-au prevazut 7 jgheaburi b = 10 cm; hjmed = 16.5 cm.

Calculul cheii limnimetrice pentru iR = 0.015.

h1 = 10 cm

a1 = b * h1 = 0.1 * 0.1 = 0.01 m2

p1 = b + 2 * h1 = 0.1 + 2 * 0.1 = 0.3 m

rH1 = a1 / p1 = 0.01 / 0.3 = 0.0333 m

C1 = 1/n * rH1/6 = 90 * 0.03331/6 = 51.05

q1 = a1 * C1 * (rH1 * iR)1/2 = 0.01 * 51.05 * (0.0333 * 0.015)1/2 = 0.0114 m3/s = 11.4 l/s

h2 = 16.5 cm

a2 = b * h2 = 0.1 * 0.165 = 0.0165 m2

p2 = b + 2 * h2 = 0.1 + 2 * 0.165 = 0.43 m

rH2 = a2 / p2 = 0.0165 / 0.43 = 0.0384 m

C2 = 1/n * rH1/6 = 90 * 0.03841/6 = 52.28

q2 = a2 * C2 * (rH2 * iR)1/2 = 0.0165 * 52.28 * (0.0384 * 0.015)1/2 = 0.02070 m3/s = 20.7 l/s

h3 = 23 cm

a3 = b * h3 = 0.1 * 0.23 = 0.023 m2

p3 = b + 2 * h3 = 0.1 + 2 * 0.23 = 0.56 m

rH3= a3 / p3 = 0.023 / 0.56 = 0.0411 m

C3 = 1/n * rH1/6 = 90 * 0.04111/6 = 52.87

6

q3 = a3 * C3 * (rH3 * iR)1/2 = 0.023 * 52.87 * (0.0411 * 0.015)1/2 = 0.0302 m3/s = 30.2 l/s

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Cheie limnimetrica

Cheie limnimetrica

Q (l/s)

h (m

)

Debit maxim 1 jgheab

qmax = 150 l/s / 7 jgheaburi = 21.43 l/s

o Fiecare jgheab va avea atasat deversori triunghiulari;

o Neinecare 5 cm;

o Vor fi 10 deversori triunghiulari / m;

7

o Debitul unui deversor triunghiular, α = 90°:

q = 1.432 * h5/2 = 1.432 * 0.035/2 = 0.000223 m3/s = 0.223 l/s

o Pe 1 m liniar sunt 10 deversori:

q1m = 10 * 0.223 = 2.23 l/s

o Total lungime deversor:

2 pereti * 8.70 m * 0.223 l/s/dev * 10 deversori = 38.8 l/s > 21.43 l/s

o Inaltimea lamei deversante pe deversorul triunghiular va fi sub 2.5 cm:

Pentru 2.5 cm

q1dev = 1.432 *0.0255/2 = 0.142 l/s/1 dev

Σq = 2 * 8.70 * 0.142 * 10 deversori = 24.71 l/s > 21.43 l/s

8

1.3. Configuratia decantorului lamelar

9

1.4. Concentrarea si recircularea namolului

10

Namolul retinut in modulul lamelar curge descendent in concentratorul de namol situat sub modul:

Obiectivul este sa se asigure:

- Cresterea concentratiei in substanta uscata la 30 – 50 kg S.U./m3;

- Aceasta va asigura refacerea pierderilor de apa tehnologica.

o Cantitatea de S.U. retinuta in modulul lamelar

K = Q (m3/zi) [CAB – CAD] (kg S.U./zi)

CAB – concentratia in SU in apa bruta: max 500 mg/l = 0.5 kg S.U./m3;

CAD – concentratia in SU in apa decantata: max 5 mg/l = 0.005 kg S.U./m3;

K = 150 l/s * 3.6 * 24 [0.5 – 0.005] = 6415.2 kg S.U./zi;

Volumul de namol avand concentratia cN = 0.05 si γN = 1.02 kg/dm3 = 1020 kg/m3:

VN = K / (cN * γN) = 6415.2 / (0.05 * 1020) = 125.8 m3 ≈ 126 m3

Inaltimea concentratorului de namol:

HCN = VN / A = 126 m3 / 8.702 m2 = 1.66 m ≈ 2 m

Volumul concentratorului de namol, inferior modulului lamelar:

V = [ 8.70 * 8.70 * 2.00 ] * α (= 0.9) = 136.24m3 ≈ 137 m3

α = 0.9 – coeficient de reducere datorita betonului de panta de la colturile cuvei patrate; Se adopta hN = 2.00 m.

Se verifica incarcarea in S.U. conform NP 133/1 – 2013 – Tab. 9.11 Valori recomandate pentru ISU – incarcarea superficiala cu substanta uscata (kg SU/m2, zi).

ISU = K / ACN = 6415.2 / (0.9 * 8.70 * 8.70) = 94.17 kg S.U./m2, zi > valorile limita ≈60kg S.U./m2, zi

o In aceasta situatie se va asigura evacuarea namolului in exces de 2 ori pe zi.

1.4.1. Recircularea namolului

11

Pentru asigurarea desfasurarii optime a reactiilor de coagulare-floculare trebuie asigurata o concentratie minima de suspensii ≥ 1000 mg/l; aceasta pentru cresterea probabilitatii coliziunilor inter-particule in vederea formarii macroflocoanelor.

Se recircula namol concentrat extras din concentratorul de namol:

QR = (10 – 15%) * QAB = (0.1 – 0.15) * 540 m3/h = 54..81 m3/h = 15 .. 22.5 l/s

Se va amplasa o pompa intr-un camin adiacent decantorului. Aceasta va asigura aspiratia namolului si refularea in camera de amestec (poz. 1).

QP = 15 .. 22.5 l/s

HP = Hg + Σhr = 0.5 + Σhr

Se adopta diametrul nominal al conductei de refulare Dn 150 mm

i = v2 / (C2 * R) = (0.02 / 0.0177)2 / [(90 * 0.03751/6)2 * 0.0375] = 1.132 / (52.072 * 0.0375) = 0.0126

Lungimea conductei de refulare: Lechiv

LCN - CA = ½ * LDL + LF – ½ din lungimea decantorului lamelar si lungimea floculatorului

LCN – CA = ½ * 8.70 + 6.75 = 11.1 m

Lechiv = 1.3 * LCN – CA = 1.3 * 11.1 ≈ 14.5 m

hr = i * Lechiv = 0.0126 * 14.5 = 0.1827 m ≈ 0.20 m

S-a adoptat un coeficient de 1.3 pentru a tine seama de pierderile de sarcina locale.

HP = 0.5 + 0.20 = 0.70 m

P = Q * HP / (102 * η) = 20 * 0.70 / (102 * 0.76) = 0.18 kW ≈ 0.5 kW

2. Alte elemente de calcul

2.1. Canal colector apa decantata (poz 6)

Este atasat peretelui exterior al decantorului lamelar. In acesta debuseaza cele 7 jgheaburi. Nivelul apei in canalul colector va fi sub cota radier jgheabului de colectare. Prelevarea apei decantate se va realiza printr-o conducta Dn 400 mm, amplasata in radierul canalului la jumatatea lungimii.

Se verifica sarcina hidraulica necesara preluarii debitului de 150 l/s de orificiul de intrare in conducta.

12

h = Q2 / (µ2 * A2 * 2 * g) = 0.152 / [0.62 * (3.14 * 0.42 / 4)2 *2 * 9.81] = 0.202 m ≈ 21 cm

Canalul colector va avea

b = 50 cm ; hapa = 25 cm ; panta spre conducta de colectare 1%. Adancimea sub cota radierului jgheaburilor de colectare 30.0 cm.

2.2. Incarcarea decantorului lamelar cu apa floculata – poz. 3 din schema

Apa floculata deverseaza in canalul dintre floculator si decantorul lamelar: la radierul canalului sub cota grinzilor de sustinere a modulului si jgheaburilor se vor prevedea 7 goluri (ferestre) b=10 cm, hF = 20 cm prin care apa floculata va alimenta decantorul lamelar.

Se considera ingustare brusca de sectiune sau intrare in conducta.

hr = ½ * v2 / (2*g) = ½ * [0.15 / (7*0.1 * 0.20)]2 / (2 * 9.81) = 0.0293 m ≈ 3 cm

Diferenta intre nivelul apei in decantorul lamelar si nivelul in canalul de distributie va fi 3 cm.

Incarcarea canalului poz. 3 se va realiza printr-un deversor neinecat care va asigura: colectarea uniforma a apei din floculator si distributie uniforma in canalul 3.

2.3. Probleme de operare decantor lamelar

2.3.1. Dozare reactivi

a) Dozele de coagulant se vor stabili prin metoda jar-test pe probe de calitate constanta a apei brute. In primul an de exploatare se vor efectua la maxim 4 ore determinari jar-test pentru stabilirea dozelor optime, apoi se vor stabili corelatii calitate apa bruta ( turbiditate, temperatura, pH, alcalinitate, substante organice) si dozele optime.

b) In situatia utilizarii unui coagulant polimerizat (PCBA – policloruri bazice de aluminiu) avand concentratia c = 40% ( substanta activa) si ρ = 1.36 g/cm3 la o doza de 20 g PCBA/m3, debitul pompei dozatoare:

qPDz = QAB (m3/h) * doza (kg/m3) /(c * ρ kg/dm3) = 540 * 0.02 / ( 0.4 * 1.36) = 19.85dm3/h

Pompele dozatoare sunt de tip cu membrane si variatia debitului se face cu usurinta.

c) Introducerea coagulantului se va realiza in conducta de alimentare cu apa bruta a camerei de amestec si reactie;

d) In perioadele de ape reci ( temperatura t < 5 – 10°C) este necesar sa se introduca un adjuvant de coagulare (polimer).

Dozele se stabilesc experimental si nu depasesc 0.1 – 0.3 g/m3.13

2.3.2. Cotele nivelului apei intre intrarea in camera de amestec si reactie si canal apa decantata.

Se stabilesc incepand din aval catre amonte astfel:

a) Cota apei in canal colectare apa decantata

Se considera ± 0.00.

b) Cota radier jgheab de colectare in sectiunea aval:

Pentru neinecare se adopta 5 cm.

Cota radier jgheab colector (aval)

Crj av = 0.00 + 5 = + 5 cm

c) Cota apei in decantorul lamelar:

23 cm adancimea maxima a apei in jgheab (in aval)

5 cm neinecare

2.5 cm – inaltimea lamei deversante in deversorul triunghiular

CADL = +5 + 23 + 5 +2.5= + 35.5 cm

d) Cota apei in galeria de distributie apa floculata:

CAGDAF = + 35.5 + hr orificiu din decantorul lamelar = + 35.5 + 3 cm = + 38.5 cm

e) Cota apei in floculator

CAF = CAGDAF + 5 cm (neinecare) + hlama deversanta

hlama deversanta = [q2 / (m2 * L2 * 2 * g)]1/3 = [0.152 / (0.422 * 6.702 * 2 * 9.81)]1/3 = 0.0525 m ≈ 5.5 cm

CAF = + 38.5 + 5 + 5.5 = + 49.0 cm

f) Cota apei in camera de amestec si reactie rapida

Pierderea de sarcina in floculatorul cu sicane ≈ 2.0 cm

CAAm = + 49.0 + 2.0 = + 51.0 cm

2.3.3. Probleme de operare-exploatare

14

a) Stabilirea permanenta a dozelor optime de reactivi de coagulare, corelate la calitatea apei brute;

b) Debitul de namol de recirculare se va stabili astfel incat in floculator concentratia in suspensii sa fie ≥ 1000 mg S.U./l;

c) Concentratia si evacuarile de namol in concentrator se vor urmari permanent prin probe extrase la 2-3 ore; concentratia maxima se va situa sub 60 kg S.U./m3, nivelul maxim al namolului concentrat nu va ajunge la cota inferioara a modulului lamelar;

d) Decantorul lamelar va fi acoperit cu o suprastructura in care se vor realiza minim 5°C permanent;

e) O pasarela de circulatie va fi prevazuta (b > 80 cm); de aceasta pasarela se va prinde si podul raclor;

f) Vor fi prevazute pasarele de acces pe floculator, pentru acces la electro-agitatoare.

15