Расчет осветлителя со слоем взвешенного осадка

Расчет осветлителей со слоем взвешенного осадка производится с учетом годовых колебаний качества обрабатываемой воды.

Для зоны осветления и зоны отделения осадка следует принимать наибольшие значения площади, полученные при расчете для двух периодов:

– для периода минимальной мутности при зимнем (минимальном) расходе воды;

– для периода наибольших расходов при соответствующей этому периоду наибольшей мутности.

Площадь осветлителя, А, м², определяется по формуле

(34)

При отсутствии данных технологических исследований скорость восходящего потока в зоне осветления,V_осв, и коэффициент распределения воды между зоной осветления и зоной отделения осадка, К_р.в, следует принимать по таблице 7.4[2].

Площадь зоны осветления, А_осв, м², определяется по формуле

(35)

где – коэффициент распределения воды между зоной осветления и зоной отделения осадка, 0,7;

– скорость восходящего потока в зоне осветления, 1 м/с.

Для летнего периода:

Площадь зоны отделения осадка,А_отд, м², определяется по формуле

(36)

Площадь осветлителя для летнего периода составит

Производительность очистных сооружений в зимний период,q³,м³/ч,определяется по формуле

(37)

Площадь зоны осветления при зимнем периоде, ,м², будет равна

Площадь зоны отделения осадка, , м², будет равна

Площадь осветлителя для зимнего периода составит

К расчету принимается большая из двух площадей.Дальнейший рассчет ведется по зимнему периоду – А³=344,66 м².

Для летнего периода:

Для зимнего периода:

Число осветлителей принимается из условия, что площадь одного осветлителя должна находиться в пределах 100–150 м², тогда число осветлителей, , шт, составит

(38)

При числе осветлителей до 6 принимается 1 резервный.

Концентрация взвешенных веществ в воде поступающих в осветлители, С_В, г/м³, определяется по формуле

(39)

где М –количество взвешенных веществ в исходной воде, г/м³, (принимается равным минимальной мутности воды), 200г/м³;

–коэффициент, принимаемый:

0,5– для очищенного сернокислого алюминия;

1,2– для нефелинового коагулянта;

0,7– для хлорного железа;

– доза коагулянта по безводному продукту, г/м³, 45г/м³;

Ц–минимальная цветность исходной воды, град, 40 град;

В_и– количество нерастворимых веществ в воде, вводимых с известью, г/м³. Так как подщелачивание не выполняется, то В_и = 0.

Высоту слоя взвешенного осадка следует принимать от 2 до 2,5 м.(Это растояние от нижней кромки осадкоприемных окон до нижней части зоны взвешенного осадка). Низ осадкоприемных окон или кромку осадкоотводящих труб следует располагать на 1–1,5 м выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка осветлителя в вертикальные.

Угол между наклонными стенками нижней части зоны взвешенного осадка следует принимать от 60° до 70°.

Высоту зоны осветления следует принимать от 2 до 2,5 м.

Расстояние между сборными лотками или трубами в зоне осветления следует принимать не более 3 м.

Высота стенок осветлителей должна на 0,3 м превышать расчетный уровень воды в них.

Объем зоны накопления и уплотнения осадка, ,м³,при продолжительности уплотнения не менее 6 ч следует определять по формуле

(40)

где d — средняя по высоте осадочной части осветлителя концентрация твердой фазы в осадке, г/м³, в зависимости от мутности воды и продолжительности интервалов между сбросами осадка принимаемая по данным таблицы 7.3[2];

Т_р — интервалы между сбросами осадка,48 ч;

— мутность воды, выходящей из осветлителя, г/м³, принимаемая от 8 до 15 г/м³, 15г/м³;

Площадь каждого из двух коридоров осветления, f_осв, м², определяется по формуле

(41)

Площадь коридора осадкоуплотнения, f_отд, м², определяется по формуле

(42)

Ширина коридоров осветленияпринимается в соответствии с унифицированными размерами балок,

Длина осветлителя, L_осв, м, определяется по формуле

(43)

В соответствии с унифицированными ж/б элементамиуточненная длина осветлителя составит, .

Ширина осадкоуплотнителя выше осадкоприемных окон, В_отд, м, определяется по формуле

(44)

Расход воды в коллекторе, q_к, л/с, составит

(45)

Удаление осадка из осадкоуплотнителя необходимо предусматривать периодическими дырчатыми трубами. Распределение воды по площади осветления следует принимать дырчатыми трубами, укладываемыми на расстоянии не более 3 м друг от друга.

Диаметр дырчатого коллектора при скорости движения воды в нем 0,5–0,6 м/с принимается равным 300 мм. Отверстия в коллекторе принимаются диаметром не менее 25мм.

Площадь одного отверстия, м², составит

(46)

Площадь коллектора, , м², составит

(47)

Отношение площади отверстий к площади поперечного сечения коллектора принимается в пределах от 0,3 до 0,4.

Суммарная площадь отверстий, составит

(48)

Суммарное число отверстий,n₀, шт, составит

(49)

Расстояние между отверстиями, e, м, составит

(50)

Расстояние между отверстиямми должно быть не более 0,5 м.

Полная высота осветлителя, H_осв, м, определяется по формуле

(51)

где H_верт – высота слоя взвешенного осадка выше перехода наклонных стен осветлителя в вертикальные (от нижней кромки осадкоприемных окон до поверхности воды в осветлителе), 1-1,5м, принимется 1,5;

Н_защ – высота зоны осветления, принимается равной 1,5 м

Н_к–конструктивное превышение верхней части осветлителя над верхним уровнем воды, 0,5м.

H_пир – высота пирамидальной части осветлителя, м, определяется по фомуле

(52)

где a – ширина коридора понизу ниже водораспределительных труб, 0,2–0,5 м, принимается 0,2 м;

α – угол между наклонными стенками нижней части осветлителя (60°–70°), принимается 60º.

Высота слоя взвешенного осадка, h_во, м, определяется по формуле

(53)

Высота слоя взвешенного осадка должна находиться в пределах от 2 до 2,5м.

Скорость движения воды с осадком следует принимать в осадкоприемных окнах от 10 до 15 мм/с, в осадкоотводящих трубах — от 40 до 60 мм/с.

Сбор осветленной воды в зоне осветления следует предусматривать желобами с треугольными водосливами высотой от 40 до 60 мм, при расстоянии между осями водосливов от 100 до 150 мм и угле между кромками водослива 60°.

Расчетная скорость движения воды в желобах — от 0,5 до 0,6 м/с.

Расход воды в желобе,q_ж, м³/с, определяется по формуле

(54)

Ширина желоба, B_ж, м составит

(55)

Глубина желоба в начале, h_нач, см, составит

(56)

Глубина желоба в конце, h_кон, см, составит

(57)

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборных желобов, F_о, м²,определяется по формуле

(58)

где μ – коэффициент расхода, 0,65;

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

В стенках желобов расположены отверстия диаметром 25 мм, диаметр одного отверстия, f₀, м², составит

(59)

Число отверстий, n₀,шт, составит

(60)

Расстояние между отверстиями, e, м, составит

(61)

Сбор осветленной воды из осадкоуплотнителя следует предусматривать затопленными дырчатыми трубами, верх которых должен быть расположен не менее чем на 0,3 м ниже уровня воды в осветлителях и не менее чем на 1,5 м выше верха осадкоприемных окон.

Диаметр труб для отвода осветленной воды следует определять исходя из скорости движения воды не более 0,5 м/с, скорости входа воды в отверстия труб не менее 1,5 м/с, диаметра отверс­тий — от 15 до 20 мм.

Перепад отметок между низом сборной трубы и уровнем воды в общем сборном канале осветлителя следует принимать не менее 0,4 м.

Расход воды в одной трубе, q_тр, м³/ч, определяется по формуле

(62)

где К_р – коэффициент разбавления осадка 1,2-1,5. Принимается равным 1,3;

n – число водоотводящих труб,2 шт;

δ – средняя концентрация уплотненного осадка,г/м³, 40000 г/м³.

Диаметр труб для отвода осветлённой воды, принимается – 200 мм.Диаметр отверстий принимается 20 мм.

Площадь отверстий, f₀,м², при скорости движения воды в них не менее 1,5 м/с составит

(63)

Площадь одного отверстия, м², составит

(64)

Число отверстий, n,шт, составит

(65)

Расстояние между отверстиями, e, м, составит

(66)

Для сбора избыточного осадка из зоны осветления в зону осадкоуплотнения служат осадкоприемные окна, площадь которых с каждой стороны осадкоуплотнителя определяется по скорости движения осадка вместе с водой со скоростью 10-15 мм/с(36-54 м/ч) и по расходу, , м³/ч, который определяется по формуле

(67)

Суммарная площадь окон, f_ok, м², составит

(68)

Высота одного окна принимается равной0,4 м.

Общая длина окон, L_oк,м, определяется по формуле

(69)

Задаваясь длиной окна равной 0,4 м, определяется их число, n_ок,шт, по формуле

(70)

Объём осадкоуплотнителя, W, м³, определяется по формуле

(71)

Количество осадка, поступающего в осадкоуплотнитель за 1 час, q_ос, м³, определяется по формуле

(72)

Количество осадка поступающего в один осадкоуплотнитель, , м³/ч, определяется по формуле

(73)

Время пребывания осадка в осадкоуплотнителе, T, ч, определяется по формуле

(74)

где V_ср – средняя концентрация осадка по сухому веществу– 19 кг/м³.

Параметры труб для удаления осадка из осадкоуплотнителя следует определять из условия отведения накопившегося осадка не более чем за 15–20 мин. Диаметр труб для удаления осадка должен быть не менее 150 мм. Расстояние между стенками соседних труб или каналов следует принимать не более 3 м.

Среднюю скорость движения осадка в отверстиях дырчатых труб следует
принимать не более 3 м/с, скорость в конце дырчатой трубы — не менее 1 м/с,
диаметр отверстий — не менее 20 мм, расстояние между отверстиями — не более
0,5 м.Скорость движения воды в отверстии не менее 3 м/с.

На каждую сборную трубу приходится расход, , м³/с, определяемый по формуле

(75)

Принимаются трубы диаметром 150 мм со скоростью движения воды в них 1,39 м/с.

Расчет скорых фильтров

Фильтрованием называется пропускание очищаемой воды сквозь порис­тый материал (чаще всего кварцевый песок), в результате чего вода освобо­ждается от взвешенных, а иногда и от растворённых частиц.

Фильтры и их коммуникации должны быть рассчитаны на работу при нормальном и форсированном (когда часть фильтров находится в ремонте) режимах. На станциях с количеством фильтров до 20 следует предусматривать возможность выключения на ремонт одного фильтра, при большем количестве – двух фильтров.

Согласно таблице 8.1[2] принимаются скорые однослойные фильтры с загрузкой из кварцевого песка со следящими характеристиками:

— диаметр зерен – 0,7–1,6 мм;

— высота слоя – 1,5 м;

— коэффициент неоднородности – 1,6–1,8;

— скорость фильтрования при нормальном режиме – 5–6 м/ч;

— скорость фильтрования при форсированном режиме – 6–7 м/ч;

— скорость подачи при промывке, воды – 50–58 м/ч;

—скорость подачи при промывке, воздуха —;

—продолжительность промывки – 6 мин;

— относительное расширение фильтрующей загрузки – 30%.

Общая площадь фильтрования, А_ф, м², определяется по формуле

(76)

где Q— полная производительность станции, м³/сут, 22333,62м³/сут;

T_ст — продолжительность работы станции в течение суток, ч, 24 ч;

V_н — расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, 5 м/ч;

n_пр— число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, 2;

V_пр — скорость промывки, м/ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

t₁ — продолжительность промывки, ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

t_пр— время простоя фильтра в связи с промывкой, ч, принимаемое: для фильтров, промываемых водой 0,33 ч.

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м3/сут должно быть не менее четырех. При производительности станции более 8000–10 000 м3/сут количество фильтров ориентировочно допускается определять, с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных, в зависимости от компоновки фильтров).

Ориентировочно число фильтров, N_ф, шт, определяется по формуле

(77)

Площадь одного фильтра, , м², составит

(78)

Площадь фильтра принимается в соответствии с типовыми ячейками фильтра: 5×12; 5×9; 6×6; 5×6.

Принимается размер типовой ячейки фильтра с размерами в плане =5×6=30м²

Уточненное число фильтров, N_ф, шт, составит

(79)

Скорость фильтрования при форсированном режиме,V_ф, м/ч, определяется по формуле

(80)

где N₁ — количество фильтров, находящихся в ремонте, 2 шт.

Площадь одного фильтра следует принимать не более 60 м².

Высота слоя воды над поверхностью загрузки принимается 2 м. Превышение строительной высоты над расчетным уровнем воды — не менее 0,5 м.

Принимается трубчатая дренажная система, состоящая из коллектора ибоковыхответвлений, расположенных по обеим сторонам от коллектора.

Диаметр коллектора рассчитывается по промывному расходу, q_пром, л/с, определяется по формуле

(81)

где ω –интенсивность подачи промывной воды равная 15 л/с на 1 м².

При скорости движения воды при промывке 0,8–1,2 м/с и по промывному расходу равному 450 л/с принимается коллектор диаметром 800 мм.

Число ответвлений дренажа, n_отв, шт, определяются по формуле

(82)

где В₁– длинная сторона типовой ячейки, 6м.

Расход воды в одном ответвлении, ,л/с, составит

(83)

Диаметр ответвлений при скорости движения воды в нем 1,6–2м/cпринимается равным 100 мм.

В нижней части ответвлений расположены отверстия диаметром 10–12 мм в два ряда в шахматном порядке.Площадь одного ответвления, , рассчитывается по формуле

(84)

Общая площадь всех отверстий должна составлять 0,25–0,5% от рабочей площади фильтра. Суммарная площадь отверстий, м², определяется по формуле

(85)

Число отверстий, , шт, составит

(86)

На каждом ответвлении число отверстий, ,шт, составит

(87)

Шаг отверстий, e,м, составит

(88)

где – короткая сторона типовой ячейки, 5м;

–диаметр коллектора, м, 0,8 м.

Расстояние между осями отверстий должно находиться в пределах 150–200мм.

Дренажная система фильтра располагается в водоудерживающих слоях, толщина нижнего, самого крупнозернистого, слоя с учетом расстояния от низа ответвлений до дна фильтра– 75 мм принимается равной 75+50+100=225 мм.Крупность зёрен этого слоя 20 – 40 мм.

Остальные три слоя с размером фракций 10–20 мм, 5–10 мм, 2–5 мм принимаются по 100 мм каждый.

Суммарная высота поддерживающего слоя, ,м,составит

Полная высота фильтра, H_ф, м, составит

(89)

где –высота слоя загрузки, м, принимается равной 1,5 м;

– слой воды над толщей фильтрующей загрузки, м, принимается равной2 м;

h_к – конструктивное превышение стен фильтра над уровнем воды, м,принимается равной 0,5 м.

Для сбора и отведения промывной воды предусматриваются желоба полукруглого сечения, расстояние между осями соседних желобов не должно быть более 2,2 м. Число желобов, n_ж, шт, определяется по формуле

(90)

Расход воды в одном желобе, q_ж, м³/c, составит

(91)

Ширина желоба, В_жел, м, определяется по формуле

(92)

где К_жел — коэффициент для желобов с полукруглым лотком,2;

q_ж — расход воды по желобу, м³/с, 0,15м³/с;

а_жел — отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимается равным 1.

При принятом отношении, a_жел=1, высота желоба,H_жел, принимается равной ширине желоба H_жел=В_жел=0,53м.

Кромки всех желобов должны быть на одном уровне и строго горизонтальны.

Лотки желобов должны иметь уклон i=0,01 м к сборному каналу.

В фильтрах со сборным каналом расстояние от дна желоба до дна канала Н_кан, м, определяется по формуле

(93)

где q_кан – расход воды по каналу, м³/с;

В_кан – ширина канала, м, принимаемая равной1 м.

Уровень воды в канале с учетом подпора, создаваемого трубопроводом, отводящим промывную воду должен быть на 0,2 м ниже дна желоба.

Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов, Н_ж, м, определяется по формуле

(94)

где Н_з – высота фильтрующего слоя, м, 1,5 м;

а_з – относительное расширение фильтрующей загрузки, %, 30%.

Промывка фильтра осуществляется с помощью специальных промывных насосов. Вода для промывки забирается из РЧВ. Для удаления воздуха из дренажной системы предусматривается воздушник в виде трубы диаметром 100 мм. Опорожнение фильтра осуществляется с помощью трубы диаметром 150 мм, присоединяемой к трубопроводу промывной воды. Для оборота промывных вод предусматривается резервуар - усреднитель, который рассчитывается на хранение объема воды от двух промывок. Рядом с резервуаром-усреднителем устраивается оборотная насосная станция, которая перекачивает воду в начало очистных сооружений. Осадок, выпавший в резервуарах, периодически откачивается на шламовые площадки.