Расчет вертикального смесителя.

В вертикальном смесителе обеспечивается относительно полное растворение частиц извести, так как они некоторое время движутся во взвешенном состоянии в турбулентном восходящем потоке воды. Наиболее крупные частицы находятся в нижней части смесителя — в зоне повышенных скоростей, а по мере их растворения становятся все мельче и постепенно переносятся вверх, где скорости убывают. Угол между наклонными стенками нижней части смесителя принимают в пределах 30 – 40°.

Воду вводят из подводящей трубы в нижнюю часть смесителя со скоростью 1 – 1,2 м/сек. Диаметр смесителя или размеры прямоугольного смесителя в плане определяют по скорости восходящего движения жидкости на уровне водосборного устройства. Эту скорость принимают равной 25 – 28 мм/сек.

Вода, прошедшая через вертикальный смеситель, собирается периферийным лотком с затопленными отверстиями или затопленной воронкой, которые обеспечивают выделение воздуха из воды. Размеры сборного периферийного лотка рассчитывают по скорости движения в нем воды не более 0,6 м/сек.

Продолжительность пребывания воды в вертикальном смесителе при осветлении воды коагуляцией должна быть 1,5 – 2 мин, при умягчении воды известкованием – до 3 мин.

 

 

Рассчитаем вертикальный смеситель при расходе воды 16038 м³/сут., расчетные расходы воды с учетом собственных нужд очистной станции будут:

часовой: Q_час = 668 м³/ч.,

секундный: q_сек = 668 / 3600 = 0,186м³/сек = 186 л/сек.

Q_см=Q_полн / 2 = 668/2 =334 м³/ч

1. Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя:

f_в=Q_см/(V*3.6)=334/(30*3.6)=3,09 м²

Где v – скорость восходящего движения воды, мм/сек.

2. Если принять верхнюю часть смесителя круглой в плане, то диаметр ее будет иметь размер: D_см=√(4* f_в /π)= √(4*3,09/3,14)=1,98

3. Определим диаметр нижней части смесителя по таблицам Шевелева для стальных электросварных труб.

Трубопровод 1 (см. рис.), подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя с входной скоростью v_н = 1 – 1,2 м/сек, должен иметь внутренний диаметр 300 мм. Тогда при расходе воды q_сек = 186 л/сек, входная скорость

v_н = 2,46 л/сек.

Так как внешний диаметр подводящего трубопровода равен:

D_вн = 270 мм (ГОСТ 10704—63), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть D_вн = d_вх + 28 мм = 270 + 28 = 298 мм

4. Принимаем величину центрального угла а = 30°. Тогда высота нижней части смесителя:

h_н=0,5(b_в-b_н)/(2*tg 30/2)=(1,98-0,298)/0,5359=3,1 м

5. Объем нижней части смесителя:

Wн=(1/3)*hн*(fв+fн+√fв*fн)= 1/3*3,1 (3,09+0,07+√3,09*0,07)=3,28 м³

fн=3,14*2,98²/4= 0,07 м2

6. Полный объем смесителя:

W=Qсм*t/60=334*1,5/60=8,35 м³

где t—продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин (менее 2 мин).

7. Объем верхней части смесителя:

Wв=W-Wн=8,35-3,28=5,07 м³

8. Высота верхней части смесителя:

Hв=Wв/fв=5,07/3,09=1,64м

9. Полная высота смесителя:

hс=hн+hв= 3,1+1,64=4,74 м

10. Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке v_л=0,6 м/сек.

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет:

Qл=Qсм/2=334/2=167 м³/ч

11. Площадь живого сечения сборного лотка:

ωл=167/(0,6*3600)=0,077 м²

Задаемся шириной и определяем высоту воды в лотке b_л=2/3h_л

hл=ωл:bл=√(0,077/(2/3))=0,34 м

Уклон дна лотка принят i = 0,02.

 

12. Площадь всех затопленных отверстии в стенках сборного лотка:

Fо=Qсм/(vо*3600)=334/3600=0,09 м²

Где v_о—скорость движения воды через отверстия лотка, равная 1 м/сек.

Отверстия приняты диаметром d_о = 80 мм, т.е. площадью

13. Общее потребное количество отверстий:

N_отв=F_отв/f_отв=0,09/0,005=18

Эти отверстия размещаются по боковой поверхности лотка на глубине

h_о= 110 мм от верхней кромки лотка до оси отверстия.

14. Внутренний периметр лотка:

P=2π(R-(b_п+0,06))=2*3,14*(0,99-(0,34+0.06))=3,52 м=3705 мм

15. Шаг оси отверстий:

e_отв=P/ N_отв=3705/18=205,8 мм

16. Расстояния между отверстиями:

l_o = e_отв-d_отв=205,8-80=125,8 мм

Из сборного лотка вода поступает в боковой карман. Размеры кармана принимаются конструктивно с тем, чтобы в нижней части его разместить трубу 2 (см. рис.) для отвода воды, прошедшей смеситель.

Расход воды, протекающей по отводящей трубе для подачи в камеру хлопьеобразования, q_сек = 90 л/сек. Скорость в этом трубопроводе должна быть 0,8—1 м/сек, а время пребывания—не более 2 мин. Принят стальной трубопровод наружным диаметром 350 мм (ГОСТ 10704 – 63) при скорости движения в нем воды 0,87 м/сек.

 

 

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.