Дырчатые трубы для сбора и отвода воды

из зоны отделения осадка в вертикальном осадкоуплотнителе размещаются так, чтобы их верхняя образующая была ниже уровня воды в осветлителе не менее 0,3м и выше верха осадкоприемных окон не менее 1,5м.

Расход воды через каждую сборную дырчатую трубу будет:

Q_сб = ((1-К) Q_расч – Q_ос)/2,

где Q_ос – потеря воды при продувке, равная 2,05%.

Q_ос = 167∙2,05/100 = 3,42 м³/ч;

Q_сб = ((1 – 0,7)167 – 3,42)/2 = 23,34 м³/ч, или q_сб = 6,5 л/сек = 0,0065м³/сек.

Скорость движение воды в устье сборной трубы должна бать не более 0,5 м/сек. Принимаем d_сб = 125мм, тогда V_сб = 0,49м/сек. Диаметр отверстий 15 – 20мм. Площадь отверстий при скорости входа воды в них V₀ = 1,5м/сек должна быть: Sf_о = q_сб/V₀ = 0,0065/1,5 = 0,0043м² = 43см². При отверстиях диаметром 18мм площадь каждого будет f₀ = 2,54см². Потребное количество отверстий

n₀ = 43/2,54 = 17. Принимаем 17 отверстий с шагом 7,69/17 = 0,45м.

Фактическая скорость входа воды в отверстия:

V’_отв = q_сб/ f₀n = 0,0065/(0,000254∙17) = 1,5м/сек.

(скорость V’_отв принимается не менее 1,5 м/сек).

Определение высоты осветлителя.

Высота осветлителя, считая от центра водораспределительного коллектора до верхней кромки водосборных желобов, равна:

Н_осв = (b_кор – 2b_ж)/2tg a/2, где

b_кор – ширина коридора осветлителя;

b_ж – ширина одного желоба;

a - центральный угол, образуемый прямыми, проведенными от оси водораспределительного коллектора к верхним точкам кромок водосборных желобов; принимается не более 30°.

Высота пирамидальной части осветлителя будет:

h_пир = (b_кор - a)/2tg a₁ /2, где

a – ширина коридора понизу, принимается равной 0,4;

a₁ – центральный угол наклона стенок коридора, равный 70° (принимается в пределах 60 - 90°).

Н_осв = (2,6-2∙0,17)/2(tg 30°/2) = 4,2м

h_пир = (2,6-0,4)/2(tg 70°/2) = 1,57м.

Высоту защитной зоны над слоем взвешенного осадка принимаем h_защ = 1,5м (обычно эта величина лежит в пределах 1,5 – 2м).

Тогда высота зоны взвешенного осадка выше перехода наклонных стенок осветлителя в вертикальные будет:

h_верт = H_осв – h_защ – h_пир = 4,2 – 1,57 – 1,5 = 1,13м.

Такая высота недостаточна – нужна не менее 1,5м.

Поэтому принимаем H_осв = 4,75м; тогда угол a = 27°13’ < 30° и h’_верт = 1,7м.

Общая высота зоны взвешенного осадка:

h_з.в.о = h_верт + h_пир /2 = 1,7+1,57/2 = 2,49м,

т.е. находится в рекомендуемых границах (2 – 2,5м).

Верхнюю кромку осадкоприемных окон располагаем на 1,5м ниже поверхности воды в осветлителе. Тогда нижняя кромка этих окон высотой 0,2м будет размещаться на уровне 4,75-1,5-0,2 = 3,05м от дна осветлителя или на уровне 3,05-0,2 = 2,85м выше оси водораспределительного коллектора.

Низ осадкоприемных окон должен быть на 1,5 – 1,75м выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикальные. В данном проекте эта высота будет равной 4,75 - (1,57+1,5+0,2) = 1,48м.

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе.

Объем осадкоуплотнителя составит:

W = l_кор (b_о.у h_верт+2(h_пир∙0,5b_о.у /2)) = 7,69(2,5∙1,7+2(1,57∙0,5∙2,5/2)) = 48 м³.

Количество осадка, поступающего в осадкоуплотнитель:

Q_ос = С∙Q_расч = 0,305∙167 = 50,9кг/ч.

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе:

Т = W∙d_ср /Q_ос = (48∙24)/50,9 = 22,6ч,

Т.е. более 3ч, которые приняты при определении концентрации осадка в воде, продуваемой из осадкоуплотнителя.

Дырчатые трубы для удаления осадка из осадкоуплотнителя.

Эти трубы размещаются по продольной оси дна в месте, где сходятся наклонные стенки осадкоуплотнителя.

Диаметр труб рассчитывают из условия отведения накопившегося осадка в течение не более 15 – 20 мин (0,25 – 0,33 ч) при скорости в конце трубы не менее 1м/сек и скорости в отверстиях труб не менее 3 м/сек.

При объеме осадкоуплотнителя W = 48 м³ и его опорожнении за 15 мин

(0,25 ч) через каждую осадкосбросную трубу должен пропускаться расход

Q_ос = W/2t = 48/(2∙0,25) = 96 м³/ч или q_ос = 27 л/сек = 0,027м³/сек.

При скорости движения воды в конце трубы v = 1,17 м/сек, т.е. более 1м/сек, диаметр трубы должен быть 175 мм.

Площадь отверстий при скорости v₀ = 3 м/сек составит

S f₀ = q₀/ v₀ = 0,027/3 = 90 см².

Принимаем отверстия диаметром 20 мм и площадью f₀ = 3,14 см².

Потребное количество отверстий n₀ = Sf₀ /f₀ = 90/3,14 = 29 шт.

Принимаем 29 отверстий с шагом по оси 7,69/29 = 0,27 м, т.е. менее 0,5м (максимально допустимый).

 

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.