4. Камеры хлопьеобразования и отстойники

4.1. Вертикальные отстойники

В данном проекте применяем камеры хлопьеобразования с механическими мешалками, встроенными в отстойники. Время пребывания воды в камерах –

10-30 мин. Камеры хлопьеобразования должны быть оборудованы трубопроводами для опорожнения.

После камер хлопьеобразования вода поступает в отстойники, где происходит выпадение основной массы взвешенных веществ, содержание которых в воде, прошедшей отстаивание, снижается до 8 – 15 мг/л.

В зависимости от содержания взвешенных веществ воды поверхностных источников водоснабжения подразделяются на: маломутные (до 50 мг/л); средней мутности (от 50 до 250 мг/л); мутные (от 250 до 1500 мг/л); высокомутные (более 1500 мг/л). В зависимости от величины цветности воды подразделяются на мало цветные (до 35 град.); средней цветности (от 35 до 120 град.) и высокой цветности (более 120 град.).

Вертикальные отстойники принимаются на водоочистных станциях производительностью до 5000 м³/сут. Могут быть круглыми или прямоугольными в плане, в центре отстойника предусматривается камера хлопьеобразования водоворотного типа вынос 3,5 – 4,5 м. Из камеры вода поступает в нижнюю часть отстойника, а затем проходит через отстойник в направлении снизу вверх. Для выпадения взвеси в восходящем потоке необходимо, чтобы скорость осаждения взвеси U_o была больше скорости восходящего потока воды. Обычно принимаются скорости восходящего потока не более 0,5 – 0,6 мм/с.

Осадок скапливается в нижней контактной части отстойника, откуда периодически удаляется по трубопроводу диаметром 150 – 200 мм.

Площадь поперечного сечения зоны осаждения определяется по формуле:

F=βq/(3,6υ_р*N), м²,

где β – коэффициент, учитывающий объемное использование вертикальных отстойников, принимаемый равным от 1,3 до 1,5 (нижний предел – при отношении диаметра к высоте отстойника – 1, верхний – при отношении диаметра к высоте – 1,5);

q – расчетный расход воды, м³/час;

υ_р- расчетная скорость восходящего потока в мм/с, которая не должна быть более величин скоростей выпадения взвеси ( табл. 8.1. [3] );

N – расчетное количество отстойников.

F=1,4*172,5/(3,6*0,5*5)=26,8, м².

При оборудовании отстойника тонкослойными блоками площадь отстаивания определяется по удельным нагрузкам q_уд, отнесённым к площади зеркала воды, занятой тонкослойными блоками: для маломутных и цветных вод, обработанных коагулянтом, 3 – 3,5 м³/ч*м²; для вод средней мутности 3,6 – 4,5 м³/ч*м²; для мутных вод 4,6 – 5,5 м³/ч*м².

F=q/q_уд = 172,5/4,6 = 37,5, м².

Число отстойников 5 рабочих, 1 резервный.

Принимаем меньшую площадь отстойника F = 28,6, м².

Расчет камеры хлопьеобразования ведется одновременно с расчетом отстойников. Число камер N принимается равным числу вертикальных отстойников

( N = 5 ). Площадь камеры хлопьеобразования вычисляется по формуле

f_к.х. = (q*t)/(60*N*H_к), м²,

где t – время пребывания воды в камере реакции (10 – 20 мин);

H_к – высота камеры, принимаемая равной 0,9H (H – высота зоны осаждения вертикального отстойника, равная 4 – 5 м);

N – число камер хлопьеобразования (отстойников).

f_к.х. = (172,5*20)/(60*5*(0,9*4)) = 3,19, м².

Диаметр камеры хлопьеобразования равен

d_к.х. = 2√f_к.х. /π = 2√3,19/3,14 = 2, м.

Полная площадь вертикального отстойника в плане составляет

F_отст. = F + f_к.х. = 26,8 + 3,19 = 29,99 , м².

Находим сторону отстойника в плане:

B_отст. = √F _отст. = √F + f_к.х. = √29,99 = 5,48 м.

Высота призматической нижней части отстойника составит:

h_п = (B _отст. – b_н)/2*tg(90º - β), м,

где b_н – ширина нижней части осадочной призмы, равная наружному диаметру трубопровода d, отводящего осадок (b_н =0,5 м);

β – угол наклона стен нижней части отстойника (β = 50 - 55º).

h_п = (5,48 – 0,5)/2*tg(90º - 50) = 2,97, м.

Объем призматической нижней части определяется по формуле

W_ос = ⅓ h_п (F_отст. + f_н +√F _отст. * f_н ) = ⅓*2,97*(29,99+0,5+√29,99*0,5) = 34 , м³.

Период работы отстойника между сбросами осадка должен быть не менее

6 часов, а при содержании взвешенных веществ более 1000 мг/л не должен превышать 24 часа и определяется по формуле

T = (W_ос *N*δ)/q*(C – m), час,

где δ – концентрация уплотненного осадка в г/м³, которая принимается по

табл. 8.2.[3] (δ = 20000 г/м³);

m – количество взвешенных веществ в воде, выходящей из отстойника, (принимается в пределах 8 – 15 мг/л);

C – концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей к отстойник, определяется по формуле

С = М + КД_к + 0,25Ц + В, г/м³,

где М – количество взвешенных веществ в исходной воде, М = 280 г/м³;

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

К – переводной коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия (глинозема) – 0,5;

Ц – цветность исходной воды, Ц = 110 град.;

В – количество нерастворенных веществ, вводимых с известью, В = 0.

С = 280 + 0,5*45 + 0,25*110 + 0 = 330, г/м³;

T = (34 *5*20000)/172,5*(330 – 10) = 61,6, час.

Количество осадка, которое нужно удалить из каждого отстойника за одну чистку, составит

Р_ос = q*T*(C – m)/N*1000*1000 = 172,5*24*(330 – 10)/5*1000*1000 = 0,26,т.

Расчет желобов:

q_c = q/5 = 172,5/5 = 34,5 м³/час = 0,0096м³/с.

Площадь живого сечения желоба:

f_ж = q_c /2*υ = 0,0096/2*0,6 = 0,008, м².

Принимая ширину желоба b_ж = 0,2м, можно определить высоту слоя воды в нем:

h_ж = f_ж / b_ж = 0,008/0,2 = 0,04, м.

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборных лотков составит:

F_о = q_отст ^час /υ_с*3600 = 34,5/1*3600 = 0,096, м².

f_о = πd²/4 = 3,14*0,06²/4 = 0,0028, м².

Количество отверстий:

n_о = F_о / f_о = 0,0096/0,0028 ≈3.

Внутренний периметр лотка равен:

Р_n = 4(В – 2* b_ж ) = 4(5,48 – 2*0,2) = 20,32, м.

Расстояние между осями отверстий определяется из соотношения:

l_о = P_n/n_о = 20,32/3 = 10,16, м.