Выбор технологической схемы.

ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Основная цель водоснабжения.

Вся жизнедеятельность человека связана с использованием воды, потребность в которой всё возрастает. Одной из основных задач водоснабжения является обеспечение населения водой, отвечающей определённым санитарно-гигиеническим требованиям. Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, её кондиционирование до требований потребителя, транспортирование и подачу воды потребителям в необходимых количествах, под требуемым напором и при соблюдении требований надёжности. Решение проблем очистки природных и сточных вод заключается в разработке и широком внедрении в проектирование новых надежных, эффективных и высокоэкономичных технологических процессов, конструкций сооружений, установок и аппаратов. Широкое внедрение вычислительной техники позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности систем водоснабжения.

 

1.2. Охрана природных вод.

Охрана водных объектов представляет собой комплекс мероприятий по сохранению количества, качества и режима вод в установленных пределах. Они обеспечиваются законодательными, технологическими, санитарными, экономическими и другими мерами. Указанные меры предусматривают мероприятия по предотвращению или снижению попадания загрязняющих веществ в водные объекты и регулирование качества воды в источнике. Водоохранные предприятия будут тем надежнее и эффективнее, чем на более ранней стадии водохозяйственной деятельности они будут осуществлены.

 

1.3. Системы водоснабжения

Системы водоснабжения можно разделить на хозяйственно – питьевые, производственные и противопожарные. Помимо того вода используется для мойки улиц, проездов, площадей, а также поливки зеленых насаждений и других целей. В зависимости от вида объекта, снабжаемого водой, системы бывают городскими, поселковыми, промышленными и т.п. В зависимости от питания, от источника питания водой объекта они подразделяются на системы, забирающие воду из поверхностных источников и из подземных источников. По способу подачи воды потребителям эти системы могут быть напорными и безнапорными. Возможны комбинации этих схем подачи. Система водоснабжения состоит из сооружений для забора воды из источника, ее транспортирования, обработки, хранения и регулирования подачи.

 

1.4. Рациональное использование воды

Суммарное водопотребление по стране составляет менее 10% наличных ресурсов. Казалось бы, нет оснований для беспокойства о дефиците свежей воды, в действительности положение достаточно сложное. Оно в значительной мере связано с неравномерностью распределения поверхностного стока по территории страны. Пресные подземные воды служат источниками водоснабжения большинства городов и поселков, но их доля в общем водопотреблении составляет менее половины, так как наиболее крупные города используют поверхностные источники.

Внешнее относительно благополучное состояние и перспектива снабжения потребителей во многом не отражает реального положения вещей. Причина нерационального расходования воды и неудовлетворительного обеспечения ею потребителей носит комплексный характер, включающий социальные, технические, экономические, организационные и другие аспекты. В значительной мере неблагополучное положение снабжения водой вызвано несовершенством методов экономического стимулирования рационального использования. Максимального устранения потерь и рационального использования воды можно достичь на гибких системах водоснабжения, которые правильно построены и грамотно эксплуатируются, при налаженном учете подачи и потребления. В комплекс мер, обеспечивающих рациональное использование воды, дополнительно следует включить: формирование общественного мнения, снижение потребления воды питьевого качества на предприятиях, повторное использование сточных вод после очистки до требуемых пределов, для орошения садово-парковой растительности, создание замкнутых систем промышленного водоснабжения.

Немалую роль могут сыграть законодательные акты муниципальных органов и водопроводных служб о рациональном использовании воды, разрешения строительства объектов и их подключения к водопроводу. Эти акты должны подкрепляться финансовой основой. Введение сезонного тарифа стимулирует более рациональное использование воды в жаркие периоды года. Полное или частичное осуществление указанных выше мер, как показывает международный и отечественный опыт, позволят за короткий период получить значительную экономию воды без ущерба для нормального образа жизни и функционирования всего хозяйства.

 

 

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ.

Обработка воды с целью её пригодности для питья, хозяйственных и производственных целей представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения её первоначального состава. Под обработкой воды понимают не только её очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путём обогащения её недостающими ингредиентами. Всё многообразие методов обработки воды можно подразделить на следующие основные группы:

· Улучшение органолептических свойств воды

· Обеспечение эпидемиологической безопасности

· Кондиционирование минерального состава

Необходимость в выборе метода обработки исходной воды возникает в случае её несоответствия требованиям потребителя. В основу выбора метода обработки воды положено сопоставление качества воды источника водоснабжения с данными СанПиНа или требованиями технологии потребителя. Результаты сопоставления определяют выбор методов улучшения качества воды. При этом возможны случаи, когда конкурентоспособными оказываются несколько методов обработки воды. В этом случае выбор метода обработки производят по данным технико-экономического анализа, руководствуясь соображениями минимальных затрат и высокого технологического эффекта.

Способы и степень очистки воды, состав и конструкция очистных сооружений в каждом конкретном случае зависят от тех требований, которые предъявляются к качеству воды, и от качества природной воды. Основными процессами улучшения качества воды для хозяйственно-питьевых целей являются осветление, обесцвечивание, обезжелезивание, дефторирование, обеззараживание и фторирование.

Выбор технологической схемы осуществляется по следующим показателям:

1. Производительность станции очистки Q_полезн = 15300 м³/сут

2..Мутность исходной воды М = 350 мг/л

3. Цветность исходной воды Цв = 60 град

4. Требуемая цветность воды Цв = 20 град

Подходит следующая технологическая схема:

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОЧИСТНОЙ СТАНЦИИ.

 

Водоочистные станции должны рассчитываться на равномерную работу в течение суток, если их производительность составляет не менее 3000 м³/сут. Производительность очистной станции:

Q_полн = a ∙ Q_полезн + Q_доп

α –коэффициент для учета расхода воды на собственные нужды станции (при сбросе осадка из отстойников или при продувке осветлителей). При обороте воды а составляет 1,02 – 1,03. Без оборота воды a составляет 1,06 – 1,08. Принимаем a = 1,02.

Q_полезн – расход, который подается потребителю в город, м³/сут.

Q_доп – расход на пополнение пожарного запаса.

Q_доп = 3,6 ∙ n ∙ q_пож ∙ t_пож ∙ 24 / Т, м³/сут.

n - число одновременных пожаров в населенном пункте и на промышленном предприятии (принимается по СНиП n = 2)/

q_пож – расход воды в л/c на один пожар, соответственно в населенном пункте и на промышленном предприятии (СНиП таблица 5) q_пож = 20 л/с.

t _пож– расчетная продолжительность пожара в часах (принимается для всех случаев 3 часа).

Т – время восстановления пожарного запаса, для города = 24ч.

Q_доп = 3,6 ∙ 2 ∙ 20 ∙ 3 ∙ 24 / 24 = 432 м³/сут.

Q_полн = 1,02 ∙ 15300 + 432 = 16038 м³/сут

 

РЕАГЕНТНОЕ ХОЗЯЙСТВО.

Определение доз реагентов.

 

Для ускорения выпадения взвеси применяется коагулирование, осуществляемое путём добавки в обрабатываемую воду химических реагентов (коагулянтов), образующих хлопья, которые, оседая, увлекают за собой взвесь. В качестве коагулянта используется сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃∙18H₂O – неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленоватого цвета, получаемые путём обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислоты. Он должен иметь не менее 9% Al₂O_3, что соответствует содержанию порядка 30% чистого сульфата алюминия. В нём также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35% воды.

 

Флокулянт.

Процесс осветления (коагулирования и осаждения взвеси) можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов, в частности, полиакриламидом (ПАА).

Технический полиакриламид – прозрачный, бесцветный (или желто-коричневый), вязкий и тягучий гель, содержащий 7-9% полимера, поставляется в деревянных бочках емкостью нетто 100-150 кг. Бочки с ПАА нужно хранить при положительных температурах (но не выше 25°С) в вертикальном положении, загрузочным люком вверх.

Дозу флокулянтов следует принимать по безводному продукту при вводе перед отстойниками по табл.17 СНиПа в зависимости от мутности.

Доза безводного ПАА составит:

Дф = 0,4 мг/л.

Флокулянт следует вводить в воду после коагулянта. Время разрыва между дозированием этих реагентов должно составлять 2-3 мин.

 

Технический полиакриламид

Прозрачный, бесцветный (или желтовато – коричневый), вязкий и тягучий гель, содержащий 7-9% полимера. Поставляется и транспортируется в деревянных бочках емкостью 100-150 килограмм. Хранение при плюсовых температурах (но не выше 25°С), в вертикальном положении. Технический ПАА растворяют в воде с применением быстроходных мешалок.

 

Расчет дозы извести.

При низкой щёлочности исходной воды для обеспечения успешной коагуляции, её приходится подщелачивать, для чего в неё вводят известь или соду в количествах, определяемых по формуле:

Д_ш= е_щ ∙ (Дк / е_к – Щ_исх) + 1

е_щ – количество щелочи, необходимое для подщелачивания воды на 1 мг∙экв/л и равное 28 мг/л для извести СаО

Щ_исх = 2,95 мг∙экв/л — минимальная щелочность исходной воды

е_к – эквивалентный вес безводного коагулянта, равный 57 мг/л для Al₂(SO₄)₃

Д_щ =28∙(42,5 / 57 – 2,95) + 1 = - 61 мг/л,

Подщелачивание не требуется, т. к. получилась отрицательная доза.

 

Мешалка УРП - 2М.

Производительность мешалки:

(7 %)

 

(100 %)

 

(7 %)

Запас t=15- 20 минут

 

м³

Принимаем два бака (1 резервный) по 12,9 м³ каждый, со следующими размерами: шириной b=2,3 м, длиной l=2,5 м, высотой h=1,5 м и S=8,6 м² .

1 – бак с мешалкой; 2 – циркуляционный насос; 3 – расходный бак; 4 – насос - дозатор.

РАСЧЕТ МИКРОФИЛЬТРА

Основная цель микрофильтрования – удаление планктона, содержащегося в поверхностных водах. При этом, конечно, удаляются взвешенные частицы большого размера и частицы растительного, животного происхождения, содержащиеся в воде. Эффективность снижения содержания взвешенных веществ в результате микрофильтрования составляет 50... 80%, в среднем около 65%. Скорость вращения барабана МФ принимается 0,1... 0,5 м/с. Барабаны МФ погружают в воду на 2/3 диаметра в камеру, которая предназначена для сбора фильтрата. Интенсивность фильтрования назначается в пределах 10.. 25 л/(см²) полезной площади микросетки, погруженной в воду. Микрофильтры задерживают до 75% диатомовых и до 95% сине-зеленых водорослей и до 100% задерживается зоопланктон. Микрофильтры целесообразно использовать при содержании фитопланктона более 1000 клеток в 1 см³ исходной воды. Потери напора на микросетке составляют до 0,2 м.вод.ст., а общие потери напора на установке достигают 0,5 м.вод.ст. Расход воды на промывку микрофильтров составляет до 1,5% количества профильтрованной воды. Вода для промывки сетки подается под напором 0,15... 0,2 МПа.

Микрофильтры представляют собой барабаны, боковая поверхность которых образует стальной каркас, в котором закрепляются фильтрующие элементы.

Каждый фильтрующий элемент является прямоугольной рамкой, обтянутой тремя сетками: поддерживающими из нержавеющей стали с ячейками размером 2х2мм и рабочей с размером отверстий 40х40мк.

Характеристика микрофильтра производительностью 15000 м³/сут.:

Марка: БС 3∙1,5

Размер барабана (диаметр х длину) в м.: 3,05х1,7

Электродвигатель: марка: АОЛ-42-6

Мощность в квт: 2,8

Габаритные размеры в мм.:

Длина: 2606

Ширина: 4060

Высота: 1700

Число фильтрующих элементов: 18

 

РАСЧЕТ ОСВЕТЛИТЕЛЯ СО СЛОЕМ

ВЗВЕШЕННОГО ОСАДКА

 

 

1 – камера осветления

2 – камера осадкоуплотнения

3 – телескопические трубы для подачи исходной воды на осветление

4 – желоба для сбора осветленной воды в камерах осветления

5 – окна для удаления избытка осадка из камер осветления в осадкоуплотнитель

6 – козырьки на окнах

7 – слой взвешенного осадка, проходя через который вода осветляется

8 – дырчатый трубопровод для отвода осадка из осадкоуплотнителя

9 – трубы для удаления осветленной воды из осадкоуплотнителя

10 – сборный лоток осветленной воды

11 – отвод осветленной воды

 

 

Количество воды, теряемой при сбросе осадка из осадкоуплотнителя, т.е. при так называемой продувке осветлителя:

q_ос = (К_р(С – m)/d_ср)∙100%

С – максимальная концентрация взвешенных веществ в мг/л;

m – количество взвеси в воде, выходящей после обработки в осветлителе, равное 8 – 12 мг/л;

d_ср – средняя концентрация взвешенных веществ в осадкоуплотнителе, принимаемая в зависимости от времени уплотнения Т в ч. Для вод с содежанием взвеси более 400 мг/л Т=3ч.

К_р – коэффициент разбавления осадка при его удалении, равный 1,2 – 1,5.

С = М+КД_к+0,25Ц+И

М – количество взвешенных веществ в исходной воде в мг/м³;

К – переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия 0,55.

Д_к – доза коагулянта в пересчете на безводный продукт в мг/м³;

Ц – цветность воды в град;

И – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды, мг/л. В данном курсовом проекте подщелачивания не требуется.

С = 300+0,55∙42,5+0,25∙60 = 338 мг/л

В рассматриваемом случае, когда С = 338 мг/л, принимаем Т = 3ч, таким образом, средняя концентрация осадка d_ср = 19000г/м³.

q_ос=(1,2∙(338 – 10)/19000)∙100 = 2,07%

Потеря воды при продувке (т.е. при сбросе осадка):

668∙2,07/100 = 13,8 м³/ч

Площадь осветлителей:

F_осв = F_з.о+F_з.от = К∙Q_расч/3,6V_з.о + (1-К)Q_расч/3,6a∙V_з.о

F_з.о – площадь зоны осветления в м²;

F_з.от – площадь зоны отделения осадка в м²;

Q_расч – расчетный расход воды в м³/ч;

V_з.о – скорость восходящего потока воды в зоне осветления в мм/сек.

V_з.о = 0,8 мм/сек

К – коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем. К = 0,7

a - коэффициент снижения скорости восходящего потока воды в зоне отделения осадка вертикального осадкоуплотнителя по сравнению со скоростью воды в зоне осветления, равный 0,9.

F_осв = 0,7∙668/3,6∙0,8 + (1 – 0,7)668/3,6∙0,9∙0,8 = 162,36 + 77,32 = 239,68 м².

Так как площадь одного осветлителя в плане не должна превышать

100 – 150 м², принимаем четыре осветлителя.

Площадь каждого из двух коридоров осветлителя:

f_кор = 162,36: 4: 2» 20 м²

Площадь осадкоуплотнителя:

f_о.у = 77,32/4 = 19,3 м²

Ширину коридора принимаем в соответствии с размерами балок b_кор = 2,6м; тогда длина коридора l_кор = 20/2,6 = 7,69 м.

Ширина осадкоуплотнителя выше окон для приема осадка:

b_о.у = 19,3/7,69» 2,5м.

Водораспределительный дырчатый коллектор, размещенный в нижней части коридоров осветлителя:

q_кол = 668: 4: 2» 74,5 м³/ч» 83,5 л/сек

Скорость входа воды в дырчатый коллектор должна быть в пределах 0,5 – 0,6м/сек; диаметр коллектора принят d_кол = 600мм.

Скорость выхода воды из отверстий должна быть V₀ = 1,5 – 2 м/сек; принимаем V₀ = 1,5 м/сек.

Тогда площадь отверстий распределительного коллектора составит:

f₀ = q_кол/ V₀ = 0,0835/1,5 = 0,055 м² = 550см².

Принимаем диаметр отверстий 35мм, тогда площадь одного отверстия составит 9,62 см², а количество отверстий в каждом коллекторе будет

n₀ = 550/9,62» 58 шт.

Отверстия размещают в два ряда по обеим сторонам коллектора в шахматном порядке; но и направлены вниз под углом 45° к горизонту. Отношение суммы площадей всех отверстий в распределительном коллекторе к площади его поперечного сечения:

n₀∙pd²₀/4: pd²_кол/4 = n∙d²₀/d²_кол = 58∙0,001225/0,36 = 0,2 т.е. находится в допускаемых пределах (0,2 – 0,4).

Расстояние между осями отверстий в каждом ряду:

е = 2l: n₀ = 2∙7,69/58» 0,26 м или 260 мм (согласно СНиП величина не должна быть не более 0,5 м).

Водосборные желоба с затопленными отверстиями для сбора воды. Желоба размещены в зоне осветления, в верхней части осветлителя, вдоль боковых стенок коридоров.

Расход воды на каждый желоб:

q_ж = К(Q_час:4)/2∙2 = 0,7(668:4)/(2∙2) = 29 м³/ч или 0,01м³/сек

(при производительности одного осветлителя 167 м³/ч).

Ширина желоба прямоугольного сечения b_ж = 0,9 q_ж^0,4 = 0,9∙0,01^0,4 » 17см.

Затопленные отверстия размещаются в один ряд по внутренней стенке желоба на 7см ниже его верхней кромки. Тогда глубина желоба в начале и конце его будет:

h_нач = 7+1,5 b_ж/2 = 19,75см

h_кон = 7+2,5 b_ж/2 = 28,25см

Площадь отверстий в стенке желоба равна:

Sf_отв = q_ж/mÖ(2gh), где

h – разность уровней воды в осветлителе и в желобе, равная 0,05м;

m - коэффициент расхода, равный 0,65.

Sf_отв = 0,01/0,65Ö(2∙9,81∙0,05) = 0,0155м² = 155см².

При диаметре каждого отверстия 35мм и его площади f₀ = 9,62 см² количество отверстий будет: n = Sf_отв/ f₀ = 155/9,62» 17 шт.

Шаг отверстий е = l/n = 7,69/17» 0,45м = 45см.

Осадкоприемные окна.

Площадь их определяют по общему расходу воды, который поступает вместе с избыточным осадком в осадкоуплотнитель,

Q_ок = (1-К) Q_расч = (1 – 0,7)∙167 = 50,1.

С каждой стороны в осадкоуплотнитель будет поступать Q’_ок =50,1/2» 25,05м³/ч воды с избыточным осадком.

Площадь осадкоприеных окон с каждой стороны осадкоуплотнтеля будет:

f_ок = Q’_ок/ V_ок = 25,05/36 = 0,7 м² (где V_ок – скорость движения воды с осадком в окнах, равная 36 – 54м/ч).

Принимаем высоту окон h_ок = 0,2м. Тогда общая длина их с каждой стороны осадкоуплотнителя l_ок = 0,7/0,2 = 3,5 м.

Устраиваем с каждой стороны осадкоуплотнителя по горизонтали 10 окон для приема избыточного осадка размером каждое 0,2х0,35м.

При длине осадкоуплотнителя 7,69м и 10 окнах шаг оси окон по горизонтали составит 7,69/10 = 0,769м. Расстояние между двумя соседними окнами при ширине окна 0,3м будет 0,769 – 0,35 = 0,419м.

Расчет скорого фильтра.

Вода поступает на фильтры для окончательного осветления. После фильтрования мутность воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 2 мг/литр. Помимо взвешенных веществ фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до требований ГОСТ, то есть до 20°. Промывка фильтра производится 1-3 раза в сутки обратным током воды.

Схема скорого фильтра с боковым каналом:

 

1 – подача исходной воды

2 – отвод фильтрата

3 – подача промывной воды

4 – отвод промывной воды

 

1. Определение размеров фильтра.

Полезная суммарная площадь скорого фильтра:

F = Q_сут^полез/(Т∙v_р.н – n_пр ∙ q_пр – n_пр ∙t_пр∙v_р.н),

где Т – продолжительность работы станции в течение суток, Т = 24 часа.

v_р.н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме работы,

равная 6 м/ч;

n_пр – количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

q_пр = 3, 6 ∙ w ∙ t₁ = 3, 6 ∙ 14 ∙0,1 = 5,04;

w - интенсивность промывки, w = 14 л/с∙м²

t₁ – продолжительность промывки, равная 0,1 ч.

t_пр – время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33 ч.

 

F = 15300/(24∙6 – 2∙5,04 – 2∙0,33∙6) = 117,7 м²

Количество фильтров должно быть:

N_ф = 0,5∙

 

Тогда:

N_ф = 0,5∙√117,7 = 6 шт.

Площадь одного фильтра будет равна:

F₁ = F/N_ф = 117,7/6 = 19,6 м²

Его размеры в плане: 4,42´4,42 метра.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

v_р.ф. = v_р.н∙(N_ф/(N_ф – N₁))

Тогда

v_р.ф. = 6∙(6/(6 – 1)) = 7,2 м/ч ≤ 7,5 м/ч,

где N₁ – количество фильтров, находящихся в ремонте (N₁=1).

 

2. Подбор состава загрузки фильтра.

Загрузка фильтра принимается согласно данным табл. 21 СНиП:

Высота фильтрующего слоя Н_ф = 700 мм с минимальным диаметром зерен d_min = 0,5 мм и максимальным d_max = 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зерен d_э = 0,7 мм, а коэффициент неоднородности К_н = 2.

Поддерживающие слои имеют общую высоту 500 мм и крупность зерен 2-32 мм.

 

3. Расчет распределительной системы фильтра.

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

 

Интенсивность промывки принята w = 14 л/с∙м². Тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра, будет:

q_пр = F∙w = 19,6∙14 = 274,4 л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды: d_кол = 500 мм, что при расходе 274,4 л/с соответствует скорости v_кол = 1,32 м/с.

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстоянии между ними m = 0,27 м (рекомендуется m = 0,25 – 0,35м) и наружном диаметре коллектора D_кол = 630 мм, составит:

f_отв = В∙ (0,25-0,35) = 4,42 ∙ 0,27 = 1,19 м²,

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление:

q_отв = f_отв ∙ w = 1,19 ∙ 14 = 16,7 л/с.

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв = 80 мм, при скорости входа воды в ответвления v = 1,6 - 2,0 м/с.

В нижней части ответвлений под углом 45° к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм.

При площади одного фильтра F = 19,6 м² суммарная площадь отверстий составит:

Sf_oтв = (0,30 ∙ 19,6)/100 = 0,0588 м² = 588 см².

При диаметре отверстий d_отв = 14 мм площадь отверстия:

f_oтв⁽¹⁾ = π ∙ d_отв ² / 4 = 3,14 ∙ 1,4² /4 = 1,54 см².

 

Следовательно, общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра

n_отв = Sf_oтв/ f_oтв = 588/1,54 = 382 шт.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстояниях между осями ответвлений 0,27 м составит:

N_отв = L / 0,27 = 4,42 /0,27 = 17.

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление:

n_отв⁽¹⁾ = n_отв / N_отв = 382/17 = 23 шт.

При длине каждого ответвления l_отв = В = 4,42 м, шаг оси отверстий на ответвлении будет:

е_о = l_отв/ n_отв⁽¹⁾ = 4,42 / 23 = 0,192 м = 192 мм (рекомендуется е_о = 150 – 200 мм).

Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке под углом 45° к вертикальной оси трубы.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах распределительной системы предусматривают установку стояков – воздушников диаметром 75 – 150 мм с автоматическим устройством для выпуска воздуха.

h₁=f/0,8; f=q_пром/V=0,275/1,32=0,2 м²; h₁=0,2/0,8=0,25 м

 

4. Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра.

Сбор и отвод загрязненной воды при промывке скорого фильтра осуществляется при помощи желобов, размещаемых над поверхностью фильтрующей загрузки.

Конструкция желобов должна предотвращать помехи нормальному расширению загрузки фильтра, вызванному поступлением промывной воды, препятствовать возможности выноса зерен загрузки вместе с промывной водой.

Ширину желоба определяем по формуле:

, м,

где b = 1,57 + а – величина, одинаковая для желобов как с треугольным, так и с полукруглым основанием;

а – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины; принимается в пределах от 1 до 1,5;

К – коэффициент, принимаемый равным для желобов с треугольным основанием 2,1, а с полукруглым основанием 2. В нашем случае К = 2,1.

 

В расчете скорого фильтра принимаем 3 желоба с треугольным основанием. Тогда расстояния между осями желобов составят В / n_ж = 4,42/3 = 1,5 м.

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

q_ж = q_пр / n_ж = 274,4 /3 = 91,5 л/с = 0,09 м³/с.

 

Принимая а = 1,5, найдем ширину желоба:

В = 2,1*⁵Ö(0,09²/(1,57 + 1,5)³) = 0,4 м.

Высота прямоугольной части желоба:

h_пр = 0,75*В = 0,75∙0,4 = 0,3 м.

Полезная высота желоба:

h = 1,25*В = 1,25∙0,4 = 0,5 м.

Конструктивная высота желоба с учетом толщины стенки:

h_к = h + 0,08 = 0,5 + 0,08 = 0,58 м.

Размеры желоба составляют: В=0,4 м; h_ж^констр=0,58; V=0,56 м/с.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н_ф = 0,7 м и е = 45% вычисляется по формуле:

Dh_ж = Н_ф ∙ е / 100 +0,3 = 0,7 ∙ 45 / 100 + 0,3 = 0,62 м,

 

Так как необходимо соблюдать условие Dh_ж ≥ h_к + (0,05 - 0,06) м, нужно принять

Dh_ж = 0,58+0,06=0,64 м с тем, чтобы расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра было 0,05-0,06 м.

 

5. Расход воды на промывку фильтра.

р = ((w∙f∙t₁∙60∙N)/(Q_час∙T_p∙1000))∙100%,

где Т_р – продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная:

Т_р = Т₀ – (t₁ + t₂ + t₃);

Т₀ – продолжительность рабочего фильтроцикла, обычно принимаемая равной 8 – 12 ч при нормальном режиме и не менее 6 ч при форсированном режиме работы фильтра;

t₁=0,1ч;

t₂=0,33ч;

t₃ – продолжительность сброса первого фильтрата в сток, t₃ = 0,17 ч.

Следовательно,

Т_р = 12 – (0,1 + 0,33 + 0,17) = 11,4 ч.

При Q_час = 668 м³/час, w = 14 л/сек∙м², N_ф = 6 шт. и f = 19,6 м² расход воды на промывку фильтра:

р = ((14∙19,6∙6∙60∙6)/(668 ∙ 11,4∙1000))∙100% = 7,78%.

 

6. Расчет сборного канала.

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток.

Поскольку фильтр имеет площадь f = 19,6 м² < 40 м², он устроен с боковым сборным каналом, непосредственно примыкающим к стенке фильтра.

При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе из желобов.

Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

м

 

где q_кан – расход воды в канале в м³/сек, принимаемый равным 0,244 м³/сут.

b_кан – минимально допустимая ширина канала, принимаемая равной 0,8 м.

g = 9,81 м/сек²

Тогда:

Н_кан = 1,73*³Ö(0,275²/(9,81*0,8²)) = 0,4 м.

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения f_кан = 0,4∙0,8 = 0,32 м² составит V_кан = q_кан/f_кан = 0,275/0,32 = 0,86 м/с.

 

7. Определение потерь напора при промывке фильтра.

Потери напора слагаются из следующих величин:

1). Потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра:

h_р.с = ((2,2/k_n ²) + 1)∙(v²_кол/2g) + (v²_б.о./2g),

где v_кол – скорость движения воды в коллекторе в м/с;

v_б.о. – скорость, в боковых ответвлениях в м/с;

k_n - отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора; k_n = Sf_oтв / f_кол = 0,0588 /0,20 = 0,29 (0,15≤ k_n≤2).

При v_кол = 1,32 м/с и v_б.о. = 1,47 м/с

h_р.с = ((2,2/0,29²) + 1)∙(1,32²/(2∙9,81)) + (1,47²/(2∙9,81)) = 2,5 м;

 

2). Потери напора в фильтрующем слое высотой Н_ф по формуле А.И. Егорова:

h_ф = (a + b∙w)∙H_ф, м.

Здесь а = 0,76 и b = 0,017 – параметры для песка с крупностью зерен 0,5 – 1 мм.

При w = 14 л/с∙м² и Н_ф = 0,7 м

h_ф = (0,76 + 0,017∙14)∙0,7 = 0,7 м.

3). Потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой Н_п.с = 0,5 м по формуле В.Т. Турчиновича:

h_п.с. = 0,022∙Н_п.с∙w = 0,022∙0,5∙14 = 0,15м;

4). Потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

При q = 274,4 л/с, d = 450 мм и v = 1,6 м/с гидравлический уклон

i = 0,00740. Тогда при общей длине трубопровода l = 100м (при подаче промывными насосами от РЧВ).

h_п.т. = i∙l = 0,00740 ∙ 100 = 0,740 м;

5). Потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

h_м.с. = Sz∙(v²/2g)

Коэффициенты местных сопротивлений равны:

z₁ = 0,984 – для колена;

z₂ = 0,26 – для задвижки;

z₃ = 0,5 – для входа во всасывающую трубу;

z₄ = 0,92 – для тройника.

Таким образом,

h_м.с. = (2∙0,984 + 3 ∙ 0,26 + 0,5 + 2 ∙ 0,92)∙(1,6²/(2∙9,81)) = 0,56 м.

Следовательно, полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит:

Sh = 2,5 + 0,7 + 0,15 + 0,740 + 0,56 = 4,65 м

Геометрическая высота подъема воды h_г от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет:

h_г = h_рчв + H_ф + H_п + Dh_ж = 4,5 + 0,7 + 0,5 + 0,62 = 6,32 м,

здесь h_рчв 3,5 - 4,5 м.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра, равен:

Н = h_г + Sh + h_з.н = 6,32 + 4,65 + 1,5 = 12,47 м,

где h_з.н = 1,5 м – запас напора (на первоначальное загрязнение фильтра).

 

8. Подбор насосов для промывки фильтра.

Для подачи промывной воды в количестве 274,4 л/с принято два одновременно действующих центробежных насоса марки 12 НДс производительностью 720 м³/ч (200 л/сек) каждый с напором 21 м, при скорости вращения n = 960 об/мин. Мощность на валу насоса 48 КВт, мощность электродвигателя 55 КВт; КПД насоса = 0,87.

Кроме двух рабочих насосов устанавливается один резервный агрегат.

 

 

Обеззараживание воды.

Для удаленияорганических веществ из воды снижения интенсивности вкусов и запахов в качестве окислителей можно применить хлор.

Для установки хлораторов на водоочистных станциях устраиваются специальные помещения, так называемые хлораторные, которые должны находится обязательно на 1 этаже, т.к. хлор тяжелее воздуха и при утечке устремляется вниз. В хлораторной необходима установка вентилятора, рассчитанного на 12-кратный обмен воздуха за 1 ч с отсосом его на уровне пола в месте, противоположном входу в помещение.

Необходимо предусмотреть запасный выход из хлораторной непосредственно наружу. При хлораторной устраивается тамбур, где устанавливаются шкафы для спецодежды и освещения. Электроосвещение должно быть газозащитным с герметической аппаратурой.

Хлорирование производится в два этапа: предварительное с дозой Дхл1 =2 мг/л при поступлении воды на очистную станцию и с дозой Д хл2 =1 мг/л для обеезараживания воды после фильтрования (СНиП 2.04.02.-84 п. 6.146).

Вместе с тем установка для подачи хлора должна предусматривать возможность ввода хлора в один этап, т.е. либо перед поступлением воды на очистную станцию, либо после фильтрования воды.

Расчетный часовой расход хлора для хлорирования воды определяется по формуле:

первичного

Q_хл1 = Q_сут ∙ Д_хл1 / (1000 ∙ 24) = 16038 ∙ 2 / (1000 ∙ 24) = 1,34 кг/ч.

Q_сут = 16038 м³/сут – суточный расход.

вторичного

Q_хл2 = Q_сут ∙ Д_хл2 / (1000 ∙ 24) = 16038 ∙ 1 / (1000 ∙ 24) = 0,67 кг/ч.

 

Общий расход хлора:

Q_хл = 1,34 + 0,67 = 2,01 кг/ч = 48,24 кг/сут.

Количество хлораторов должно быть не менее двух. Обязательна установка резервных хлораторов. В аппаратной устанавливаются 3 вакуумных хлоратора с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один - резервный.

Выпуск хлора происходит по трубке, опущенной внутрь баллона. Поэтому при установке в рабочее положение баллон надо перевернуть вентилем вниз.

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются 2 промежуточных хлорных баллона. Они требуются в больших установках для задержания загрязнений перед поступлением хлорного газа в хлоратор из расходных хлорных баллонов. В них жидкий хлор испаряется.

Хлорные баллоны устанавливаются на специальные весы для дополнительного контроля за расходом хлора.

Кол-во расходных баллонов с хлором определяется по формуле:

N б = Q хл / S бал = 2,01/0,5 = 4 шт.,

Sб – 0,5-0,7 кг/ч-съем хлора с одного без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении +18 C.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются стальные бочки-испарители. Такая бочка имеет емкость 500 л и вмещает до 625 кг хлора. Съем хлора с 1 м² боковой поверхности бочки составляет S хл = 3 кг/ч. Боковая поверхность бочки составит при принятых размерах 3,65 м².

Съем хлора с одной бочки составит:

q б = F б* S хл,

F б - боковая поверхность бочки;

S хл - съем хлора с 1 м² боковой поверхности бочки.

q б = 3,65*3 = 10,95 кг/ч.

Для обеспечения подачи хлора в количестве 2,63 кг/ч нужно иметь 2,01/10,95 ≈ 1 бочку-испаритель. Чтобы пополнить расход хлора из бочки его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разряжение в бочке путем отсоса хлор-газа эжектором. Это мероприятие позволяет увеличивать съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сокращается количество единовременно действующих расходных баллонов:

N б.ед = Q хл/ 5 = 2,01/5 = 1 шт.

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором:

N б.сут = Q хл/55 = 48,24/55 =0,88= 1 шт.

В помещении хлораторной должны находиться также резервные баллоны в количестве не менее 50% от суточной потребности. Следовательно, необходимо установка 2-х баллонов для первичного и вторичного хлорирования.

Склад хлора не должен иметь непосредственного сообщения с хлораторной.

Основной запас хлора хранится вне очистной станции на расходном складе, рассчитаном на месячную потребность в хлоре:

N б = Q хл*30/55 = 48,24*30/55 = 26 шт.

Доставка баллонов с расходного склада на очистную станцию производится по мере надобности автомашиной или другими видами транспорта.

 

 

Высотная схема.

 

Высотная схема очистной станции — это графическое изображение в профиле всех ее сооружений с взаимной увязкой высоты их располо