Расчет горизонтальных отстойников

 

Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при производительности сооружений более 30 000 м³/сут, содержание взвешенных веществ до 1500 мл/л и любой цветности. При горизонтальных отстойниках устраиваются камеры хлопьеобразование: перегородчатого типа, вихревые и встроенные со слоем взвешенного осадка. Перегородчатые камеры хлопьеобразования принимаются с горизонтальным или вертикальным движением воды. Пи проектировании горизонтальных отстойников следует применять встроенные камеры хлопьеобразования, так как они наиболее эффективные по со сравнению с другими.

Горизонтальный отстойник имеет прямоугольную форму в плане. По высоте отстойника различают две зоны: осаждение взвеси и накопление, и уплотнение осадка. Средняя глубина осаждения зоны принимается 3,0 … 3,5 м в зависимости от высотной схемы очистных сооружений. Глубина зоны накопления и уплотнения осадка зависит от средней концентрации взвешенных веществ и продолжительности работы отстойника между двумя чистками.

Суммарная (общая) площадь горизонтальных отстойников в плане:

 

F_общ= ,

 

где q_ч – расчетный расход воды, м³/час; U₀ – скорость выпадения взвеси, мм/сек, принимаемая по [1, табл. 18 ] с учетом сезонных изменений качества исходной воды α_об – коэффициент объемного использования отстойников, принимаемый равным 1,3 [1,п.6.67 ].

Длина отстойников L, м, определяется по формуле [1,п.6.68 ]

 

где H_ср – средняя высота зоны осаждения, м, принимаемая равной 3 … 3,5 м зависимости от высотной схемы;

V_ср – расчетная скорость горизонтального движения воды в начале отстойника: для маломутных принимается равной 6 … 8 мм/сек, для вод средней мутности – 7 … 10 мм/сек, для мутных вод – 9 … 12 мм/сек.

Ширина горизонтального отстойника определяется по формуле

где N_p – количество отстойников.

Согласно [1, п.6.68 ] отстойник должен быть разделён продольными перегородками на самостоятельно действующие секции шириной не более 6 м.

Ширина одной секции определяется следующим образом:

 

 

где n – количество секций в одном отстойнике.

При количестве секций менее 6 следует предусматривать одну резервную на каждый отстойник.

Горизонтальные отстойники необходимо проектировать с гидравлическим или механическим удалением осадка или предусматривать в них гидравлическую систему смыва осадка с периодическим отключением подачи воды в отстойник.

При гидравлическом или напорном смыве осадка объем зоны накопления и уплотнения осадка определяется по формуле

 

 

где q_ч- расчетный расход, м³/ч; Т_р- продолжительность работы отстойника между чистками, принимается не менее 6 ч [1, п. 6. 65];

N_р – количество рабочих отстойников; δ – средняя концентрация уплотненного осадка, определяемая по [1, табл. 19], в зависимости от мутности воды, интервалов между сбросом осадка и принимаемых реагентов, г/м³; М_осв- мутность воды, выходящей из отстойника, г/м³, принимаемая от 8 до 15 г/м³; С_в – концентрация взвешенных веществ в воде, г/м³, поступающих в отстойник, которая определяется по формуле

 

С_в=М+К_кД_к+0,25Ц+В_u,

 

где М – количество взвешенных веществ в исходной воде, г/м³;

Д_к – доза коагулянта по безводному продукту, г/м³;

К_к – коэффициент, принимаемой для очищенного сульфата алюминия равным 0,5; для хлорного железа – 0,7;

Ц – цветность исходной воды, град;

В_u – нерастворимых веществ, вводимых с известью, г/м³, которое определяется по формуле

 

В_u=(Д_uК_u)-Д_u,

 

где К_u – долевое содержание CaO в извести; Д_u- доза извести по CaO, г/м³.

Высота отстойника определяется как сумма высот зоны осаждения и зоны накопления осадка с учетом величины превышения строительной высоты над расчетным уровнем воды не менее 0,3 м.

Средняя высота зоны накопления осадка определяется по формуле

 

h_ос= ,

 

где W_ос – объем зоны накопления осадка для первого отстойника.

Суммарная высота отстойника составит

 

H=H_ср+h_ос+0,3,

 

где Н_ср- высота зоны осаждения; h_ос – высота зоны накопления осадка.

Объем одного отстойника определяется по формуле

 

W=LB₁Н

 

Площадь одного отстойника определяется по формуле

 

F₁=LB₁

Количество воды, сбрасываемой из отстойника вместе с осадком, определяется по формуле

 

P= 100%

 

где К_р- коэффициент разбавления осадка, принимаемый равным 1,5 – при гидравлическом удалении осадка, 1,2 – при механическом удалении осадка, 2…3- при напорном смыве осадка;

q_ч - расход воды, приходящийся на один отстойник, м³/ч;

Т_р- продолжительность работы отстойника между чистками, согласно[l] не менее 12ч.

 

Порядок выполнения работы:

1. определить площадь и основные размеры отстойника;

2. рассчитать размеры тонкослойных элементов.

 

Оборудование: макет водоочистной станции, стенд «отстойник».

 

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение отстойника.

2. Перечислите виды отстойников и условия их применения.

Литература:

1. Сомов М. А. Водоснабжение.-М.:АСВ. 2004 (п. 5.6 «Отстаивание воды»)

2. Николадзе Г.И. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1989 г. (п. 13.2 «Осветление воды осаждением. Конструкции отстойников»)

Практическая работа №14

Расчёт скорых фильтров

Цель работы: определить основные параметры скорого фильтра.

 

В результате выполнения работы студенты должны ׃

знать ׃

¾ назначение фильтра в системе очистки природной воды;

¾ типы фильтров;

¾ виды фильтрующей загрузки;

¾ конструкцию фильтра;

уметь ׃

¾ определять тип фильтра;

¾ определять площадь и высоту фильтрующей загрузки.

 

Общие сведения

Расчет скорых фильтров

Вода, поступающая для полного осветления на фильтры, после выхода из отстойников или осветлителей должна содержать не более 8... 12 мг/л взвешен­ных веществ. После фильтрования мутность воды, предназначенной для питье­вых целей, не должна превышать 1,5 мг/л, согласно СанПиН. Помимо взвешен­ных веществ фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов, понижать цветность воды до допускаемой СанПиНом нормы - 20°, снижать со­держание в воде хлорорганических соединений, если таковые образуются в ре­зультате предварительного хлорирования исходной воды.

Классификация скорых фильтров и их основные параметры приведены в табл.3. В практике водоподготовки, как правило, применяются скорые безна­порные фильтры с одно- или двухслойной фильтрующей загрузкой. Схема ско­рого фильтра приведена ниже.

Загрузка фильтров принимается по данным [1, табл. 21], поддерживающие слои - [ 1, табл. 22].

Суммарная площадь скорых фильтров определяется по формуле

 

F_ф = Q _cyт ^/(Т _cт V H – n _np q _np - n _np τ _np V _h),

 

где q_np =3,6ωτ1, τ1 - продолжительность промывки, равная 0,1 ч, ω определя­ется по[1, табл. 23];

Q _cyт -расчетная производительность станции, м³/сут;

Т_ст-продолжительность работы станции в течение суток, ч;

V_H- расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по[1, табл. 2 1];

n_пр- число промывок каждого фильтра за сутки при нормальном режиме эксплуата­ции, равное 2 (принимается 1...2 промывки в сутки);

q_np- удельный расход во­ды на одну промывку, одного фильтра, м³/ч;

τ_np- время простоя фильтра в свя­зи с промывкой, принимаемое для фильтров, промываемых водой и воздухом -0,5 ч [К п. 6.98].

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м³/сут должно быть не менее четырех, для станций производительностью более 8... 10 тыс. м³/сут количество фильтров определяется по формуле

Nф =

 

При этом должно обеспечиваться соотношение

 

V _ф = V_h N _ф /(N _ф – N ₁),

 

где N1-количество фильтров, находящихся в ремонте, определяется по [1, п. 6.95]; Vф - скорость фильтрования при форсированном режиме должна быть не более указанной в [ 1, табл. 21].

Площадь одного фильтра

 

F = F _ф : N _ф ≤ 100...120м² [1, п. 6.99].

 

Расчет распределительной системы фильтра

Распределительная система служит для равномерного распределения про­мывной воды по площади фильтра и для сбора профильтрованной воды. Количество промывной воды, необходимой для одного фильтра:

 

q_np= FW

 

Диаметр коллектора D_колраспределительной системы определяем по ре­комендуемой скорости входа промывной V_кол= 0,8... 1,2 м/с [ 1, п. 6.106].

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распредели­тельной системы при расстоянии между осями ответвления m(рекомендуется принимать m =0,25...0,35 м [1,п. 6.105]) и наружном диаметре коллектора D_кол,составит

f _отв =,

 

где Lф - длина фильтра.

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление, определя­ется по формуле

 

q_отв= f _отв W.

 

Диаметр труб ответвлений d_omв, принимаем по [2] таким, чтобы скорость движения воды в них не превышала рекомендуемую скорость 1,6...2 м/с [1, п. 6.106].

На ответвлениях трубчатого дренажа следует предусматривать при нали­чии поддерживающих слоев - отверстия диаметром 10... 12 мм, при их отсутст­вии - щели шириной на 0,1мм меньше минимального размера зерен фильт­рующей загрузки [1, п. 6.105].

Общая площадь отверстий должна составить 0,25...0,5 % рабочей площади фильтра, площадь щелей - 1,5...2 % рабочей площади фильтра [1, п. 6.105].

Отверстия располагаются в два ряда в шахматном порядке под углом 45° книзу от вертикали. Щели должны размещаться равномерно поперек оси и по периметру трубы не менее чем в два ряда.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстоянии между осями ответвлений 1₀ = 250...350 мм [1] составит h₀.

При длине каждого ответвления 1_отв = Lф– D_кол. шаг оси отверстий на от­ветвлении должен составлять 150...200 мм по рекомендациям [1, п. 6.105], меж­ду щелями - 20 мм.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах следует предусматривать установку стояков: воздушников диаметром 75... 150 мм с установкой на них запорной арматуры или автоматических устройств для выпуска воздуха.

 

Таблица 10 Классификация фильтров

Тип фильтра	Характеристика фильтрующего слоя	Ско-рость фильтрова-ния, м/ч	Конструкции фильтров	Площадь, м^2	Назначение фильтра
по скорости	по напору	диаметр зерен, мм	высота фильтрующего слоя, м
Ско-рые	Безнапорные с кварц. загрузкой	0,5…1,2 0,7…1,6 0,8…2,0	0,7…0,8 1,3…1,5 1,8…2,0		Прямо-угол. или круг. ж/б	4…120 5…60	Для полного осветления воды с коагулирован. взвесью
Безнапорные с двухслойной загрузкой: антрацитовой (верхний слой), кварцевой (нижний слой0	0,8…1,8 0,5…1,2	0,4…0,5 0,6…0,7		То же	То же	То же
Безнапорные двухпоточные (фильтры АКХ)	0,5…1,5	1,45…1,65		То же	То же	То же
Напорные (Р≤6 атм): вертикальные, горизонтальные	0,8…1,8 0,8…1,8	1,2 0,75	10…12 10…12	Стальные, цилиндрические, верти-кальные, горизон-тальные	0,8…9,1 15…30	Для частичного осветления воды, используют для тех-нических целей
Сверх-скорые	Напорные фильтры системы Г.Н. Никифорова (Р>2,5 атн)	0,5…1	0,45	25…50	Стальные, ци-линдрические, вертикальные	или	Для частичного осветления воды или для полного освет-ления воды с крупной взвесью

 

Рис.4 Схема скорого фильтра:

1 - слой фильтрующей загрузки; 2 - поддерживающий гравийный слой; 3 -дренажная распределительная система; 4 - сборно-распределительный ло­ток; 5 - сборный карман; 6 - трубопровод подачи воды на осветление; 7 -запорная арматура автоматического действия; 8 - трубопровод отвода про­мывной воды; 9 - трубопровод подачи воды на промывку фильтра; 10 -трубопровод отвода осветленной воды

 

На коллекторе фильтра также следует предусматривать стояки - воздуш­ники диаметром 50...75 мм, а их количество должно быть при площади фильт­ра до 50 м²- один, при большей площади - два: в начале и конце коллектора [1, п. 6.109].