10.3. Расчёт радиального отстойника

В радиальный отстойник осветляемая вода подводится снизу в центр и изливается через воронку, обращенную широким концом кверху. Вокруг воронки располагается цилиндр-успокоитель радиусом 1,5...2,5 м.

Суммарную площадь отверстий определяют по скорости движения воды в них 1 м/с, при этом диаметр отверстий принимают 40...50 мм. Наличие такого цилиндра способствует более равномерному распределению воды по рабочей высоте отстойника. Вода медленно движется от центра к периферии и сливается в периферийный желоб с затопленными отверстиями или треугольными водосливами.

Рис. 10.7. Радиальный отстойник с тонкослойными модулями:

1 – вращающаяся ферма со скребками; 2 – сборный кольцевой желоб; 3 – тонкослойные модули; 4 – центрально расположенный распределительный стакан; В – ходовой мостик с глухим дном и дырчатой стенкой

Для равномерного отбора осветленной воды по периметру периферийного кольцевого желоба в стенках его на высоте 120...150 мм от поверхности воды устраивают отверстия диаметром 25...30 мм или треугольные водосливы высотой 40...60 мм, располагаемые на расстоянии 100...150 мм в осях. Общую площадь отверстий определяют по скорости движения воды в них 0,7 м/с. Скорость движения воды в желобе принимают 0,5...0,6 м/с.

Для удаления осадка служит медленно вращающаяся металлическая ферма с укрепленными на ней скребками, сгребающими осадок к центру отстойника, откуда он непрерывно или периодически выпускается или откачивается. Одним концом ферма опирается на опору в центре отстойника, а другим – на тележку, двигающуюся по стенке отстойника.

Расчет радиального отстойника производят в следующем порядке. Устанавливают необходимый процент задержания взвеси отстойником. Затем подсчитывают скорость выпадения взвеси u, соответствующую задержанию заданного процента ее, после чего определяют площадь, м², радиального отстойника

, (10.25)

где = 0,2 – коэффициент; q – расход воды, поступающей в отстойник, м³/с; u_о = = 0,5–0,6 – скорость выпадения взвеси, мм/с; A_в.з – площадь вихревой зоны отстойника, м², радиус которой принимают на 1 м больше радиуса распределительного цилиндра, где вследствие вихреобразного движения воды осаждения взвеси почти не происходит.

По вычисленному значению А_р.о находят радиус отстойника.

Глубину Н_ц отстойника в центре можно определить по формуле

, (10.26)

где h = l,2–l,3 – глубина отстойника периферийного желоба, м; R – радиус отстойника, м; i = 0,04–0,05° – уклон дна отстойника.

Диаметр отверстий в стенке цилиндра-успокоителя принимают 30…40 мм, а общую площадь их находят по скорости движения воды в отверстиях, равной 0,3…0,4 м/с. Для равномерного отбора осветленной воды по периметру кольцевого желоба устраивают отверстия диаметром 25…30 мм на глубине 120…150 мм.

10.4. Пример теоретического расчета радиальных отстойников

Расчет радиального отстойника заключается в определении его диаметра из условия задержания отстойником заданного процента взвешенных веществ.

Расчет отстойников можно производить по так называемой нагрузочной формуле

(10.27)

где F_p.o – площадь радиального отстойника в м²; – коэффициент, учитывающий влияние вертикальной составляющей скорости потока на эффект осаждения взвеси; Q – производительность отстойника в м³/ч; u_о – расчетная скорость осаждения взвеси в мм/сек; f – площадь центральной зоны, где вследствие высокой турбулентности потока не происходит осаждения взвеси, м².

Указанную расчетную формулу получают исходя из следующих условий:

Рис. 10.8. Расчетная схема радиального отстойника

а) все допущения, которые были сделаны при выводе расчетной формулы для горизонтальных отстойников, действительны для радиальных отстойников;

б) в качестве расчетных величин для горизонтальной и вертикальной составляющих скорости потока принимают значения их в среднем сечении отстойника, отстоящем от его центра на расстоянии:

, (10.28)

где r₀ – радиус центральной зоны повышенной турбулентности, R – радиус отстойника.

На основании геометрического подобия фигур можно записать

, (10.29)

где  * – среднее квадратичное значение вертикальной составляющей скорости потока в среднем сечении отстойника; v – скорость движения воды в среднем сечении отстойника, равная:

. (10.30)

Подставив значение v в формулу (8.29), получим

, (10.31)

откуда

. (10.32)

После несложных преобразований получим:

, (10.33)

где

. (10.34)

Если Q будет выражено в м³/ч, a u_o – в мм/сек, то полученная формула преобразуется в расчетную формулу (10.27).

Описанный метод расчета радиальных отстойников является неточным в связи с тем, что значение коэффициента  определяется приближенно, так как вместо фактического значения ω, которое всегда неизвестно, условно принимают значение * относительно среднего сечения отстойника, предварительно рассчитанного при  = 1.

Указанные недостатки расчета были учтены В.А. Клячко и Г.Д. Павловым (ВНИИ ВОДГЕО), которые предложили рассчитывать радиальные отстойники с учетом непрерывного изменения горизонтальной и вертикальной составляющих скорости потока по длине радиуса отстойника.

Зная количество воды Q, которое необходимо осветлить в отстойнике, можно вычислить горизонтальную составляющую скорости движения воды в любой точке отстойника, исходя из равенства

, (10.35)

где x – расстояние от центра отстойника до точки, для которой определяется горизонтальная скорость; Н – глубина отстойника в центре; i – уклон дна отстойника.

Скорость осаждения взвеси в радиальном отстойнике будет равна:

, (10.36)

где u₀ – расчетная скорость осаждения взвеси;  – средняя величина вертикальной составляющей скорости движения воды в отстойнике, зависящая от значения x.

Для радиальных отстойников средняя величина вертикальной составляющей скорости потока может быть принята равной ¹/₂₆ величины горизонтальной скорости:

. (10.37)

После подстановки в формулу (10.36) значения w (x) получим:

. (10.38)

Решив совместно уравнения (10.35) и (10.38), получим:

. (10.38 а)

где Q – производительность отстойника, м³/ч; u_o – расчетная скорость осаждения взвеси, мм/сек.

В результате интегрирования выражения (10.38 а) в пределах от 0 до R имеем равенство вида:

. (10.39)

Рис. 10.9. График для определения радиуса радиальных отстойников

При x = R ордината у = h (где h – высота отстойника у сборного желоба), тогда H = H – i·R.

После подстановки этого значения у в формулу (10.39) получим уравнение

. (10.40)

В этом уравнении третье выражение можно исключить, так как величина его относительно мала. В окончательном виде получаем следующее расчетное уравнение для радиальных отстойников:

. (10.41)

Для упрощения расчета формулу (10.41) можно заменить равенством

, (10.42)

откуда

, (10.43)

где Q выражено в м³/сек, а u_o – в мм/сек.

На рис. 10.9 приведен график зависимости R от Q / u_o, построенный в соответствии с формулой (10.43). При выводе расчетного уравнения (10.41) не учитывалось наличие в центре отстойника зоны больших скоростей, в которой осаждения взвеси практически не происходит, поэтому для получения искомой площади отстойника необходимо к основной площади круга с радиусом R прибавить площадь центральной зоны:

. (10.44)

Рис. 10.10. График для определения площади центральной турбулентной зоны

радиальных отстойников

Площадь центральной зоны, величина которой зависит от производительности отстойника и расчетной скорости осаждения взвеси, можно определить по графику, показанному на рис. 10.10.

Радиус центральной зоны должен быть не меньше увеличенного на 1 м радиуса водораспределительного устройства.

Расчетный радиус отстойника будет:

. (10.45)

Уклон дна отстойника, как правило, принимают i = 0,04…0,05.

Глубина отстойника составляет 3…3,5 м.

Определенную по формуле (10.45) величину радиуса следует округлять до ближайшего значения (табл. 10.1).

Таблица 10.1