2.5 Расчет и конструирование основных сооружений станции

2.5.1 Угольные фильтры.

Угольные фильтры (УФ) – сооружения тонкой очистки воды. Основным

элементов здесь является фильтрующий материал.

Общая площадь угольных фильтров F определяется по формуле

F=Q/(T_ст· v_н-n_пр· q_пр- n_пр· t_пр· v_н), (2.8)

где Q – полезная производительность станции, согласно заданию Q=33000 м³/сут,

T_ст – продолжительность работы станции в течении суток, принимается T_ст=24 ч,

v_н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, согласно п.6 прил.4[1] v_н=10 м/ч,

n_пр – число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, принимается n_пр=2,

t_пр - время простоя фильтра в связи с промывкой, согласно [1] t_пр=0,33 ч,

q_пр – удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, определяется по формуле

q_пр =W· t· 60/1000, (2.9)

где W – интенсивность промывки фильтра, согласно таблице 3 прил.4 [1] W=14 л/(с· м²),

t – продолжительность промывки, согласно таблице 3 прил.4 [1] t=7 мин

Подставляя данные в формулу 2.9,определяется q_пр

q_пр=14· 7· 60/1000=5,88 м³/м²

По формуле 2.7 определяется общая площадь фильтров F=33000/(24· 10-2· 5,88-2· 0,33· 10)=148,2 м²

Устанавливается количество угольных фильтров N

N=0,5· =0,5· =6,1

следовательно, принимается 6 фильтров.

Рисунок 2.4. Угольный фильтр

Исходя из размеров фильтра в плане, площадь фильтра f=25,08 м²

Проверка скорости фильтрации, м/ч, при нормальном режиме производится по формуле

(2.10)

Подставляя данные в формулу 2.10, определяется V_н

=9,91 м/ч

Проверка скорости фильтрации, м/ч, при форсированном режиме производится по формуле

V_ф=V_н· N/(N-N₁), (2.11)

где N₁ – количество фильтров на станции, находящихся в ремонте, принимается N₁=1

V_ф=9,91· 6/(6-1)=11,89 м/ч

Сравниваются полученные V_н=9,9 м/ч и V_ф=11,89м/ч с допустимыми значениями V_н=10 м/ч и V_ф=12 м/ч. Полученные значения не превышают допустимые.

Для устройства дренажно-распределительной системы принимаются стальные трубы. Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке в нижней части трубы под углом 45⁰. В фильтре с центральным каналом перфорированные трубы примыкают к его нижнему отделению. Центральная труба должна быть оборудована устройствами для удаления воздуха.

Расход промывной воды Q_пр определяется по формуле

Q_пр=f·W, (2.12)

где f – площадь угольного фильтра, f=25,08 м²,

W – интенсивность промывки фильтра, согласно таблице 3 прил.4 [1] W=14 л/(с·м²),

Q_пр=25,08·14=351,12 л/с

Диаметр трубопроводов, подводящих и отводящих промывную жидкость, определяется по формуле

d= , (2.13)

где Q – расход промывной жидкости, Q=0,351 м³/с

V – скорость движения жидкости, согласно [1] принимается V=1 м/с

d= =0,668 м

Принимается диаметр коллекторов 700 мм.

Так как полная длина фильтра составляет 3,8 м, следовательно, учитывая расстояние между перфорированными трубами 292 мм, принимается 13 труб на каждую сторону фильтра.

Рисунок 2.5. Конструкция дренажно-распределительной системы

Расход для одной перфорированной трубы рассчитывается по формуле

Q_перф=Q_пр/n_перф , (2.14)

где Q_пр – расход промывной жидкости, Q_пр=0,351 м³/с

n_перф - количество перфорированных трубопроводов, n_перф =26

Q_перф=0,351/26=0,0135 м³/с

Диаметр трубопроводов, подводящих и отводящих промывную жидкость, определяется по формуле

d_перф= , (2.15)

где Q_перф – расход промывной жидкости в перфорированной трубе, Q_перф=0,0135 м³/с

V_перф – скорость движения жидкости в перфорированной трубе, согласно [1] принимается V=1,8 м/с

Подставляя данные в формулу 2.15, получается

d_перф= =0,098 м

Принимается диаметр перфорированных труб 100 мм.

Длина перфорированных труб определяется по формуле

l_перф=(B_ф-d_кол-2· 0,1)/2, (2.16)

где B_ф – длина фильтра, B_ф=6,6 м,

d_кол – диаметр подводящих и отводящих промывную жидкость коллекторов, d_кол=700 мм,

0,1 – запас от торца перфорированного трубопровода до стенки фильтра

Подставляя данные в формулу 2.16, получается

l_перф=(6,6-0,7-2· 0,1)/2=2,85 м

Количество отверстий перфорированного трубопровода определяется из конструктивных соображений. Диаметр отверстий принимается 10 мм. Отверстия располагаются в два ряда в шахматном порядке в нижней части трубы под углом 45⁰. Расстояние между осями отверстий на одной стороне принимается равным l₁=150 мм, следовательно исходя из длины трубопровода l_перф=2,85 м, количество отверстий принимается

n₁=l_перф/l₁=2,85/0,15=19

На другой стороне трубопровода отверстия располагают в шахматном порядке относительно первой стороны с шагом осей l₂=158 мм, следовательно

n₂=l_перф/l₂=2,85/0,158=18

Общее число отверстий N_общ= n₁·+n₂=18+19=37

Рисунок 2.6. Перфорированная труба

Конструкция желоба принимается полукруглой формы.

Ширина желоба определяется по формуле

, (2.17)

где К_жел – коэффициент, принимаемый для полукруглых лотков равным 2,

a_жел – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, согласно п.6.111[1] принимается a_жел=1,25

q_жел – расход воды по желобу, определяется по формуле

q_жел =Q_пр/3, (2.18)

где Q_пр – расход промывной жидкости, Q_пр=0,351 м³/с,

3 – количество желобов.

q_жел =0,351/3=0,117 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.17, получается

=0,455 м

Расстояние от дна желоба до дна канала определяется по формуле , (2.19)

где q_кан – расход воды в канале, q_кан=0,351 м³/с,

B_кан – ширина канала, принимается 0,8 м.

Подставляя данные в формулу 2.19, получается

=0,67 м

Расстояние от фильтрующей поверхности до кромок желобов H_ж определяется по формуле

H _ж=(H_з· a_з/100)+0,3, (2.20)

где a_з – относительное расширение фильтрующей загрузки в процентах, согласно п.6 прил.4[1] принимается a_з=35%

H_з – высота фильтрующего слоя, определяется по формуле: H_з= v_рф · t_у/60,

где v_рф – расчетная скорость фильтрации, согласно п.6 прил.4[1] принимается v_рф=9,91 м/ч,

t_у – время прохождения воды через слой угля, согласно п.6 прил.4[1] принимается t_у=12,5 мин.

H_з=9,91· 12,5/60=2,06 м

Подставляя данные в формулу 2.20, получается

H _ж=(2,06· 35/100)+0,3=1,02 м

Диаметр подводящих и отводящих воду от угольного фильтра трубопроводов d_тр рассчитывается по формуле

d_тр= , (2.21)

где v_в – скорость движения воды в трубопроводе, согласно [1] v_в=1,25 м/с

Q₁ – расход воды в подводящих и отводящих трубопроводах, определяется по формуле

Q₁ =f_факт·V_форс , (2.22)

где f_факт – фактическая площадь угольного фильтра, f_факт =25,08 м²

V_форс – скорость фильтрации при форсированном режиме, V_форс=11,89 м/ч

Q₁ =25,08·11,89=298,2 м³/ч =0,083 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.21, получается

d_тр= =0,294 м

Принимается d_тр=300 мм

Диаметр исходного коллектора d_ис.кол определяется по формуле

d _ис.кол = , (2.23)

где v₂ – скорость движения воды в трубопроводе, согласно [1] v_в=1,25 м/с

Q₂ – расход воды в коллектор, определяется по формуле

Q₂ =f_факт·V_норм·N_ф, ,

где f_факт – фактическая площадь угольного фильтра, f_факт =25,08 м²

V_норм – скорость фильтрации при нормальном режиме, V_норм=9,91 м/ч

N_ф – количество фильтров, N_ф=6

Q₂ =25,08·9,91·6=1491,26 м³/ч=0,414 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.23, получается

d _ис.кол = =0,649 м

Принимается d _ис.кол =700 мм

Согласно таблице 22 и п.6.104 [1], высота поддерживающего слоя угольного фильтра h_пс=75+75+125+170=495 мм

Общая высота угольного фильтра H определяется по формуле H=h_пс+ h_фс+ h_в+ h_з , (2.24)

где h_фс – высота фильтрующего слоя, согласно расчетам h_фс=2,6 м,

h_в – высота слоя воды над поверхностью загрузки, h_в=2 м,

h_з – строительный запас, определяется из трех условий.

Допустимый cтроительный запас определяется по формуле

h_доп=W₀/∑F_ф , (2.25)

где W₀ – общий объем фильтра, определяется по формуле

W₀=t_пр· f_факт·V_норм,

где t_пр- время простоя фильтра в связи с промывкой, согласно [1] t_пр=0,33 ч,

f_факт – фактическая площадь угольного фильтра, f_факт =25,08 м²,

V_норм – скорость фильтрации при нормальном режиме, V_норм=9,91 м/ч,

W₀=0,33·25,08·9,91=82,02 м³

При отключении из работы двух фильтров, общий объем составит W₂=2· W₀=2·82,02=164,04 м³

∑F_ф – фактическая площадь рабочих фильтров, определяется по формуле

∑F_ф= f_факт· N_ф,

где f_факт – фактическая площадь угольного фильтра, f_факт =25,08 м²,

N_ф – количество фильтров, N_ф1=5 в первом случае и N_ф2=4 во втором

∑F_ф1= f_факт· N_ф1=25,08·5=125,4 м²

∑F_ф2= f_факт· N_ф2=25,08·4=100,32 м²

Подставляя полученные данные в формулу 2.25, получается

h_доп1=W₀/∑F_ф1=82,02/125,4=0,65 м

h_доп2=W₂/∑F_ф2=164,04/100,32=1,64 м

Согласно [1] h_з=0,4 м, что не удовлетворяет условиям допустимого строительного запаса, следовательно принимается к расчетам h_доп2=1,64 м

Подставляя данные в формулу 2.24, получается:

H=0,495+2,6+2+1,64=6,735 м

2.5.2 Контактные осветлители

Контактные осветлители являются сооружениями первой ступени

очистки. Конструкция контактных осветлителей близка к скорому фильтру, только подача воды на рабочем процессе осуществляется в нижнюю часть сооружения. Контактные осветлители, промываемые водой и воздухом, надлежит предусмаривать с поддерживающими слоями.

Расход воды Q_ко, м³/сут, поступающей на контактные осветлители, определяется по формуле

Q_ко=Q+3,6·W·t·n_пр·f_факт·N_ф , (2.26)

где Q – полезная производительность станции, согласно заданию Q=33000 м³/сут,

W – интенсивность промывки фильтра, согласно [1] W=14 л/(с*м²),

t – продолжительность промывки, согласно [1] t=7 мин

f_факт – фактическая площадь угольного фильтра, f_факт =25,08 м²,

N_ф – количество фильтров, N_ф=6

n_пр – число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, принимается n_пр=2

Подставляя значения в формулу 2.26, получается

Q_ко=33000+3,6·14·0,12·2·25,08·6=34820,2 м³/сут

Общая площадь контактных осветлителей F_ко определяется по формуле

F_ко=Q_ко/(Т_ст·V_н-n_пр·(q_пр+t_пр·V_н+t_ст·V_н/60)), (2.27)

где Q_ко - расход воды поступающей на контактные осветлители, Q_ко=34820,2 м³/сут,

Т_ст – время работы станции, Т_ст=24 ч,

V_н – скорость фильтрации при нормальном режиме, согласно [1] V_н=5м/ч для конструкции контактного осветлителя с поддерживающими слоями без желобов с водовоздушной промывкой,

n_пр – число промывок одного осветлителя в сутки при нормальном режиме эксплуатации, принимается n_пр=2,

t_пр – продолжительность промывки, согласно [1] принимается t_пр=0,5ч,

t_ст – продолжительность сброса первого фильтрата, согласно [1] t_ст=7 мин,

q_пр – удельный расход воды на одну промывку одного контактного осветлителя, при водовоздушной промывке определяется по формуле

q_пр=(W₂·t₂+ W₃·t₃) ·60/1000, (2.28)

где W₂, W₃ – интенсивность подачи воды на втором и третьем этапах промывки, согласно [1] W₂=3 л/(с·м²) и W₃=6 л/(с·м²),

t₂, t₃ – время подачи промывной воды на втором и третьем этапе промывки, согласно [1] t₂=7 мин, t₃=7 мин

q_пр=(3·7+6·7) ·60/1000=3,78 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.27, получается

F_ко=34820,2/(24·5-2·(3,78+0,5·5+7·5/60))=327,65 м²

Устанавливается количество контактных осветлителей N:

N=0,5· =0,5· =9,1

следовательно, принимается 10 осветлителей.

Исходя из размеров фильтра в плане, площадь осветлителя f=32,9 м². Осветлители принимаются с центральным каналом. Конструкция осветлителя представлена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7. Контактный осветлитель с поддерживающими слоями

Проверка скорости фильтрации, м/ч, при нормальном режиме производится по формуле.

(2.29)

где - фактическая площадь осветлителей, м²

=4,98 м/ч

Проверка скорости фильтрации, м/ч, при форсированном режиме производится по формуле

V_ф=V_н· N/(N-N₁), (2.30)

где N₁ – количество осветлителей на станции, находящихся в ремонте, принимается N₁=1

V_ф=4,98· 10/(10-1)=5,53 м/ч

Для устройства дренажно-распределительной системы принимаются стальные трубы. Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке в нижней части трубы под углом 45⁰. В осветлителе с центральным каналом перфорированные трубы примыкают к его нижнему отделению. Центральная труба должна быть оборудована устройствами для удаления воздуха.

Расход промывной воды Q_пр определяется по формуле

Q_пр=f_ко·W₃, (2.31)

где f_ко – площадь контактного осветлителя, f_ко=32,9 м²,

W₃ – интенсивность подачи воды на третьем этапе промывки, согласно[1] W₃=6 л/(с*м²)

Q_пр=32,9·6=197,4 л/с

Диаметр трубопроводов, подводящих и отводящих промывную жидкость, определяется по формуле

d= , (2.32)

где Q – расход промывной жидкости, Q=0,197 м³/с

V – скорость движения жидкости, согласно [1] принимается V=1 м/с

d= =0,5 м

Принимается диаметр коллекторов 500 мм.

Так как полная длина фильтра составляет 3,5 м, следовательно, учитывая расстояние между перфорированными трубами 291 мм, принимается 11 труб на каждую сторону фильтра.

Расход для одной перфорированной трубы рассчитывается по формуле

Q_перф=Q_пр/n_перф , (2.33)

где Q_пр – расход промывной жидкости, Q_пр=0,197 м³/с

n_перф - количество перфорированных трубопроводов, n_перф =22

Q_перф=0,197/22=0,0089 м³/с

Диаметр трубопроводов, подводящих и отводящих промывную жидкость, определяется по формуле

d_перф= , (2.34)

где Q_перф – расход промывной жидкости в перфорированной трубе, Q_перф=0,0089 м³/с

V_перф – скорость движения жидкости в перфорированной трубе, согласно [1] принимается V=1,8 м/с

Подставляя данные в формулу 2.34, получается

d_перф= =0,08 м

Принимается диаметр перфорированных труб 100 мм.

Длина перфорированных труб определяется по формуле

l_перф=(B_ко-d_кол-2· 0,1)/2, (2.35)

где B_ко – длина фильтра, B_ф=4,7 м,

d_кол – диаметр подводящих и отводящих промывную жидкость коллекторов, d_кол=500 мм,

0,1 – запас от торца перфорированного трубопровода до стенки осветлителя.

Подставляя данные в формулу 2.35, получается

l_перф=(4,7-0,5-2· 0,1)/2=2 м

Количество отверстий перфорированного трубопровода определяется из конструктивных соображений. Диаметр отверстий принимается 10 мм. Отверстия располагаются в два ряда в шахматном порядке в нижней части трубы под углом 45⁰. Расстояние между осями отверстий на одной стороне принимается равным l₁=154 мм, следовательно исходя из длины трубопровода l_перф=2 м, количество отверстий принимается

n₁=l_перф/l₁=2/0,154=13

На другой стороне трубопровода отверстия располагают в шахматном порядке относительно первой стороны с шагом осей l₂=167 мм, следовательно

n₂=l_перф/l₂=2/0,167=12

Общее число отверстий N_общ= n₁+n₂=12+13=25

Диаметр подводящих и отводящих воду от контактного осветлителя трубопроводов d_тр рассчитывается по формуле

d_тр= , (2.36)

где v_в – скорость движения воды в трубопроводе, согласно [1] v_в=1,25 м/с

Q₁ – расход воды в подводящих и отводящих трубопроводах, определяется по формуле

Q₁ =f_факт·V_форс , (2.37)

где f_факт – фактическая площадь контактного осветлителя, f_факт =32,9 м²

V_форс – скорость фильтрации при форсированном режиме, V_форс=5,53 м/ч

Q₁ =32,9·5,53=181,94 м³/ч =0,051 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.36, получается

d_тр= =0,227 м

Принимается d_тр=250 мм

Диаметр исходного коллектора d_ис.кол определяется по формуле

d _ис.кол = , (2.38)

где v₂ – скорость движения воды в трубопроводе, согласно [1] v_в=1,25 м/с

Q₂ – расход воды в коллекторе, определяется по формуле

Q₂ =f_факт·V_норм·N_ф, ,

где f_факт – фактическая площадь контактного осветлителя, f_факт =32,9 м²

V_норм – скорость фильтрации при нормальном режиме, V_норм=4,98 м/ч

N_ф – количество осветлителей, N_ф=10

Q₂ =32,9·4,98·10=1638,42 м³/ч=0,455 м³/с

Подставляя данные в формулу 2.38, получается

d _ис.кол = =0,681 м

Принимается d _ис.кол =700 мм

Согласно таблице 25[1], высота поддерживающих слоев контактного осветлителя h_пс=1,2+0,3+0,15+0,1+0,2=1,95 м

Общая высота угольного фильтра H определяется по формуле H=h_пс+ h_фс+ h_в+ h_з , (2.39)

где h_фс – высота фильтрующего слоя, согласно расчетам h_фс=0,9 м,

h_в – высота слоя воды над поверхностью загрузки, h_в=0,4 м,

h_з – строительный запас, h_з=0,4 м

H=1,95+0,9+0,4+0,4=3,65 м

Промывка контактных осветлителей осуществляется водой, прошедшей через него, для чего проектируются специальные резервуары. Емкость резервуаров рассчитывается по формуле

V_БПВ=((W₂·t₂+ W₃·t₃) ·60·f_ко·2)/1000, (2.40)

где W₂, W₃ – интенсивность подачи воды на втором и третьем этапах промывки, согласно [1] W₂=3 л/(с·м²) и W₃=6 л/(с·м²),

t₂, t₃ – время подачи промывной воды на втором и третьем этапе промывки, согласно [1] t₂=7 мин, t₃=7 мин,

f_ко – площадь одного контактного осветлителя, f_ко=32,9 м²,

2 – количество промывок одного контактного осветлителя,

V_БПВ=((3·7+6·7) ·60·32,9·2)/1000=248,7 м³

Принимается два резервуара для промывки контактных осветлителей емкостью по 250 м³.

Диаметр трубопровода, отводящего воду от резервуаров, рассчитывается по формуле

d _БПВ = , (2.41)

где v₃ – скорость движения воды в трубопроводе, v₃=1,25 м/с,

Q₃ – расход воды на промывку контактного осветлителя,

Q₃= V_БПВ/(2·t_пр),

t_пр – время промывки контактного осветлителя, t_пр=12 мин,

Q₃= 248,7/(2·720)=0,173 м³/с

d _БПВ = =0,42 м

Принимается стандартный диаметр d _БПВ =450 мм.

2.5.3 Смесители

Смесители предназначены для равномерного распределения вводимых

реагентов по всему объему обрабатываемой воды за короткий период времени (не более 2 мин).

В проекте принимается вертикальный вихревой смеситель с наружным водосборным лотком.

Общая площадь зеркала воды в смесителях определяется по формуле

F_см=Q_cм/V_ст, (2.42)

где Q_cм – расход воды в смесителе, м³/с,

Q_cм=Q_ко+Q_cоб.ко,

Q_ко – расход воды, проходящий через контактные осветлители, Q_ко=34820,2 м³/сут,

Q_cоб.ко – расходы воды на собственные нужды контактных осветлителей,

Q_cоб.ко=(3,6·(W₂·t₂+ W₃·t₃) ·2· f_ко·N_ко)/60,

W₂, W₃ – интенсивность подачи воды на втором и третьем этапах промывки, согласно [1] W₂=3 л/(с·м²) и W₃=6 л/(с·м²),

t₂, t₃ – время подачи промывной воды на втором и третьем этапе промывки, согласно [1] t₂=7 мин, t₃=7 мин,

f_ко – площадь одного контактного осветлителя, f_ко=32,9 м²,

N_ко – количество контактных осветлителей, N_ко=10,

Q_cоб.ко=(3,6·(3·7+6·7) ·2· 32,9·10)/60=2487,34 м³/сут

Q_cм=34820,2+2487,34=37307,44 м³/сут

V_ст – скорость восходящего потока воды на уровне сборных устройств, согласно п. 3.6.1 [3] V_ст=0,035 м/с

F_см=0,431/0,035=12,33 м

Согласно п.3.6.1[3] приняты к установке один рабочий и один резервный

смесители, вариант их расположения в плане – совмещенный. Смеситель представлен на рисунке 2.8.

Диаметр трубопроводов d_тр определяется по формуле

, (2.43)

где Q_cм – расход воды в смесителе, Q_cм=0,431 м³/с,

V_т – скорость входа и выхода воды из подводящего и отводящего трубопроводов, согласно п.6.45 [1] для подводящего трубопровода V_т=1,35 м/с, для отводящего V_т=0,9 м/с,

n_см – количество смесителей на станции, n_см=1

1 – подача известкового молока, 2 – отверстия, 3 – водосборный лоток, 4 – переливная труба, 5 – боковой карман, 6 - отводящий трубопровод, 7 – подача исходной воды, 8 – спускной трубопровод

Рисунок 2.8. Смеситель

Принимается стандартный диаметр d_под=600 мм

Принимается стандартный диаметр d_отв=800 мм

Общий объем смесителя определяется по формуле

, (2.44)

где – расход воды, проходящей через один смеситель, =0,431 м³/с,

t – продолжительность пребывания воды в смесителе, согласно п.6.41 [1] принимается t=90 с,

м³

При заданных размерах смесителя в плане и угле конусности α=30…45° объем и высота конической части смесителя.

Объем конической части смесителя определяется по формуле

W_к=1/3·h_к·(₁+F₂+ ), (2.45)

где h_к – высота конической части смесителя, м, определяется по формуле

h_к=(а-b)/(2·tg(α/2)),

a – ширина верха конической части смесителя, м

а= = =3,51 м

b – ширина низа конической части смесителя, м

b=d_подв+2·h_конст,

h_конст – конструктивный запас, h_конст=0,15 м,

b=0,6+2·0,15=0,9 м

h_к=(3,51-0,9)/(2·tg(35/2))=4,14 м

F₁, F₂ – площади нижней и верхней части усеченного конуса соответственно, м²

F₁=b²=0,9²=0,81 м²

F₂=a²=3,51²=12,33 м²

Подставляя полученные данные в формулу 2.45, определяется W_к

W_к=1/3·4,14·(0,81+12,33+ )=22,49 м³

По разности ( ) устанавливается объем призматической части смесителя W_ц и её высота h_ц

W_ц= =38,75-22,49=16,26 м³

h_ц=W_ц/F₂=16,26/12,33=1,32 м

Полученная высота h_ц=1,32 м удовлетворяет условиям п.6.45 [1].

Конструктивно смеситель выполняется на 0,3…0,5 м выше уровня воды в нем.

При ширине водосборного лотка B_л=0,4 м устанавливается его высота по формуле

h_л=Q_см/(V_л·B_л), (2.46)

где Q_см - расход воды в смесителе, Q_cм=0,431 м³/с,

V_л – скорость движения воды в конце лотка, согласно п.6.45 [1] V_л=0,6 м/с

h_л=0,431/(0,6·0,4)=1,8 м

Лоток подходит к сборному карману с двух сторон, угол наклона дна i=0,02.

Принимается диаметр водопропускных отверстий в боковой стенке лотка в пределах d_отв=100 мм, скорость воды в отверстии V_отв=1 м/с.Определяется площадь одного отверстия

f_отв=(π·d²_отв)/4=(3,14·0,1²)/4=0,00785 м²

Определяется необходимая площадь всех отверстий

f_необх= Q_см/V_отв=0,431/1=0,431 м²

Определяется количество отверстий

N_отв= f_необх/ f_отв=0,431/0,00785=56 штук

Расстояние между отверстиями определяется по формуле

l=a/(0,25· N_отв), (2.47)

где а - ширина верха конической части смесителя, а=3,51 м

l=3,51/(0,25· 56)=0,250 м

Принимается по 28 отверстий с шагом 250 мм на каждую сторону смесителя. Отверстия располагаются по боковым и задней стенке смесителя.

Отверстия затоплены на глубину 10-15 см.

Размеры бокового кармана принимается конструктивно из условий размещения отводящего трубопровода. Размер бокового кармана определяется из условия

B_кар=d_отв+2·h_конст=0,8+2·0,15=1,1 м

Скорость движения воды в кармане принимается 1 м/с.

Смеситель оборудуется переливным трубопроводом, оканчивающимся в верхней части раструбом, диаметр которого определяется из условия

d_пер=0,5·d_отв=0,5·0,8=0,4 м

Принимается стандартный диаметр d_пер=400 мм.

Превышение верха раструба над расчетным уровнем воды в смесителе составляет не менее 10 см.

2.5.4 Микрофильтры

Микрофильтры предназначены для удаления из воды планктона.

Расход воды, поступающий на микрофильтры, определяется по формуле

Q_мф=Q_см+Q_соб.мф, (2.48)

где Q_см – расход воды в смесителе, Q_cм=0,431 м³/с,

Q_соб.мф – расход воды на собственные нужды микрофильтра, согласно п.6.14 [1] Q_соб.мф= Q_см·0,015=0,431·0,015=0,006 м³/с

Q_мф=0,431+0,006=0,437 м³/с

Исходя из полученного расхода, определяется марка микрофильтра – МФ 11-1, производительность 15000 м³/сут. Принимается к установке 3 рабочих и один резервный микрофильтр. Размеры барабана микрофильтра - d=3 м, l=1,5 м. Конструкция микрофильтра приведена на рисунке 2.8.

1 – трубопровод, подающий исходную воду, 2- трубопровод, отводящий осветленную воду, 3 – подводящий канал, 4 – отводящий канал, 5 – водопропускные отверстия, 6 – барабан с сеткой, 7 – выпускной патрубок, 8 – желоб для сбора промывной воды

Рисунок 2.8. Микрофильтр

Ширина микрофильтра определяется по формуле

B_мф=B_сет+2·0,5, (2.49)

где B_сет – ширина барабана, B_сет=3 м,

B_мф=3+2·0,5=4 м

Длина микрофильтра определяется по формуле

L_мф=L_сет+2·0,7, , (2.50)

где L_сет – длина барабана, L_сет=1,5 м,

L_мф=1,5+2·0,7=2,9 м

Высота микрофильтра определяется по формуле

H=h_зап+ h_воды+2/3·D_сет, , (2.51)

где h_зап – строительный запас, согласно [1] h_зап=0,4 м,

h_воды - высота слоя воды под барабаном, h_воды=0,5 м,

D_сет – диаметр барабана, D_сет=3 м,

H=0,4+ 0,5+2/3·3=2,9 м

Площадь поперечного сечения воды в канале определяется по формуле

W_кан=Q_мф1/v_кан, , (2.52)

где Q_мф1 – расход воды, проходящий через микрофильтр, Q_мф1=0,146 м³/с, v_кан – скорость движения воды в канале, v_кан=0,6 м/с,

W_кан=0,146/0,6=0,243 м²

Глубина воды в канале определяется по формуле

h_кан= W_кан/B_кан, , (2.53)

где W_кан - площадь поперечного сечения воды в канале, W_кан=0,243 м²,

B_кан – ширина канала, принимается B_кан=0,7 м,

h_кан=0,243/0,7=0,35 м

Диаметр подводящих и отводящих трубопроводов d_тр определяется по формуле

, (2.54)

где Q_мф – расход воды в микрофильтре, Q_мф=0,437 м³/с

V_т – скорость движения воды в трубопроводе, согласно п.3.6.3 [3] V_т=1,25 м/с

n_мф – количество микрофильтров, n_мф=3

=0,15 м

Принимается стандартный диаметр d_тр=150 мм.

Диаметр подводящих и отводящих коллекторов d_кол определяется по формуле

, (2.55)

где Q_мф – расход воды в микрофильтрах, Q_мф=0,437 м³/с,

V_т – скорость движения воды в трубопроводе, согласно п.3.6.3 [3] V_т=1,25 м/с

=0,67 м

Принимается стандартный диаметр d_кол=700 мм.

Диаметр трубопровода, отводящего грязную промывную воду принимается d_кан=150 мм.

Расстояние от боковой поверхности барабана микрофильтра до стенок и дна камеры принимается не менее 0,5 м, от торцов барабана до стенок – не менее 0,7 м.

Барабан на 2/3 диаметра погружен в воду.

Потери напора в микрофильтре составляют 0,2 м.

2.5.5 Входные камеры

На станциях контактного осветления предусматриваются входные камеры. Они служат для создания требуемого напора перед микрофильтрами, смешения и контакта воды с реагентами, а также для выделения из воды воздуха.

Наименьший объем входной камеры W_вк определяется по формуле

Q_вк=Q_мф·t_пр, (2.56)

где Q_мф – расход воды в микрофильтрах, проходящий через входную камеру Q_мф=0,437 м³/с,

t_пр – время пребывания воды во входной камере, согласно п.6.127 [1] t_пр=300 с,

W_вк=0,437·300=131,1 м³

Во входной камере предусматривается два отделения.

Объем одной части входной камеры W_1вк=W_вк/3=131,1/3=43,7 м³

Размеры входной камеры в плане принимаются равными размерам одного микрофильтра, так как входная камера располагается в одном здании с микрофильтром. Размеры входной камеры в плане 4x4 м. Конструкция входной камеры представлена на рисунке 2.10.

1 – трубопровод подачи исходной воды, 2 – сетка, 3 – трубопровод отвода воды из ВК, 4 – спускной трубопровод, 5 – переливная труба, 6 – подводящий трубопровод, 7 – отводящий канал.

Рисунок 2.10. Входная камера

Дно входной камеры проектируется с наклонными стенками. Входная камера оборудуется сетками с отверстиями 3 мм, приспособлениями для промывки сеток, спускной и переливной трубами.

Спускной трубопровод для опорожнения входной камеры принимают 150 мм.

Ширина нижней части входной камеры b=150+2·150=450 мм.

Высота конической части входной камеры определяется по формуле

h_к=(а-b)/(2·tg(α/2)), (2.57)

где a – ширина верха конической части входной камеры, a=4 м,

b – ширина низа конической входной камеры, b=0,45 м,

α – угол конусности, α=65°

h_к=(4-0,45)/(2·tg(65/2))=2,79 м

Объем нижней части входной камеры определяется по формуле

W_к=1/3·h_к·(F₁+F₂+ ), (2.58)

где h_к – высота конической части входной камеры, h_к=2,79 м,

F₁,F₂ – площади нижней и верхней части усеченного конуса соответственно, м²

F₁=b²=0,45²=0,2 м²

F₂=a²=4²=16 м²

W_к=1/3·2,79·(0,2+16+ )=16,73 м³

По разности (W_1вк- W_к) устанавливается объем призматической части входной камеры W_пр и её высота h_пр

W_пр= W_1вк- W_к=43,7-16,73=26,97 м³

h_пр=W_пр/F₂=26,97/16=1,68 м

Рабочая площадь сеток F_сет определяется по формуле

F_сет= Q_мф/V_сет, (2.59)

где Q_мф – расход воды в микрофильтре, проходящий через входную камеру Q_мф=0,146 м³/с,

V_сет – скорость движения через сетки, согласно п.3.6.4 [3] V_сет=0,25 м/с,

F_сет=0,146/0,25=0,584 м²

Диаметр подводящих и отводящих трубопроводов d_тр определяется по формуле

, (2.60)

где V_т – скорость движения воды в трубопроводе, согласно п.3.6.4 [3] V_т=1,25 м/с,

n – количество трубопроводов, n=3

=0,385 м

Принимается стандартный диаметр d_тр=400 мм.