5.Скорые фильтры

Скорые фильтры могут использоваться для задержания как взвешенных (при осветлении воды), так и растворенных веществ (при обезжелезивании подземных вод). В первом случае в качестве фильтрующей загрузки следует использовать зернистые материалы с размером зерен в пределах 0,5 – 2,0 мм (кварцевый песок, дробленый керамзит, антрацит), во втором – можно применять, кроме того более крупнозернистые материалы (недробленый керамзит, колотый гранитный щебень) с размером фракций до 5-10 мм.

Фильтры рассчитываются на работу при нормальном и форсированном режиме (один и более фильтров в ремонте). Тип фильтра (или загрузки, крупность зерен и высота слоя) и соответствующая скорость фильтрования при нормальном режиме принимается по таблице 10.1[3] в зависимости от выбранной схемы очистки воды.

Общая площадь фильтрования F,м², определяется по формуле:

F=Q/(T*_н-3,6*n**t₁-n*t₂*_н),

где Q – расчетная производительность станции, м³/сут;

T – продолжительность работы станции в течение суток, ч;

_н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч (принимается по таблице 10.1[3]);

n – число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации (принимается 2);

 - интенсивность промывки фильтра, л/с*м² (принимается по таблице 10.1[3]);

t₁ – продолжительность промывки, ч(принимается по таблице 10.1[3]);

t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой, принимается при водной промывке 0,33 ч.

Таблица 5.1. – Технологические параметры фильтров.

Тип фильтра	Характеристика фильтрующего слоя		Скорость фильтрования		Интенсивность водяной промывки, л/с*м2	Продолжительность промывки t1, мин	Относительное расширение, l, %
	размеры зерен, dЗ, мм	высота слоя, HЗ, м	при нормальном режиме,Н, м/ч	при форсированном режиме, Ф, м/ч
Однослойные песчаные фильтры	0,5 – 1,2	0,7 –0,8	5 - 6	6 – 7,5	12 - 14	6 - 5	45

F=4140/(24*5-3,6*2*12*0,1-2*0,33*5)=38,3 м²

Число промывок n зависит от продолжительности фильтроцикла (т.е. времени работы фильтра между промывками), которая принимается при нормальном режиме 8 – 10 часов.

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м²/сут должна быть не менее 4. На станциях меньшей производительности допускается принимать меньшее количество фильтров. Ориентировочно количество фильтров может быть вычислено по формуле:

N=F/F₁, шт,

где F₁ – площадь одного фильтра. Принимается типовая ячейка фильтра с размерами в осях 4,523; в свету 2,14,3 м².

N=38,3/2,1х4,3 = 38,3/9,03 =4,25 шт.

Скорость фильтрования при форсированном режиме _ф, м/ч, определяется по формуле:

_ф=_н*[N/(N-N₁)], м/ч,

где N₁ – количество фильтров, находящихся в ремонте (при количестве фильтров на станции до 20 N₁=1, при количестве фильтров на станции >20 N₁=2),

_н – скорость фильтрования при нормальном режиме, равная 5м/ч.

_ф=5*[5/(5-1)]=6,25, м/ч.

Если вычисленное значение _ф будет больше допустимого, то следует принять меньшее значение _н и сделать соответствующий пересчет. Т. к. полученное значение _ф меньше допустимого, то принимаем это значение и пересчет делать не нужно.

При числе фильтров менее шести и режиме работы их с постоянной скоростью фильтрования над принятым уровнем воды в фильтрах следует предусматривать дополнительную высоту слоя воды Н_доп, м, необходимую для приема воды при выключении фильтра на промывку:

Н_доп = W/∑F, м,

где ∑F – суммарная площадь сооружений, в которых происходит накопление воды, м²;

W – объем воды, накапливающийся за время простоя промывного фильтра:

W = F₁*_н* t₂ = 9,03*5*0,33 = 14,9 м²;

Н_доп = 14,9/5*9,03 = 0,3 , м,

Полная высота фильтра H_ф, м, определяется по формуле:

H_ф=H_др+H_з+H_в+Н_стр,

где H_др – высота дренажного слоя, м;

H_з – принятая по табл. 10.1[3] высота фильтрующего слоя, м;

H_в – высота слоя воды над загрузкой, не менее 2 м;

Н_стр – превышение строительной высоты фильтра над уровнем воды, не менее 0,5 м.

H_ф=0,3+0,7+2+0,5=3,5, м.

Дренажная система фильтра, предназначенная для сбора фильтрата, а также для подачи промывной воды при промывке, рассчитывается по промывному расходу, q_пром, л/с, который определяется по формуле:

q_пром=*F₁

q_пром=12*9,03 = 108,36 л/с или 390 м³/ч.

Количество желобов для сбора и отведения промывной воды определяется из условия, что расстояния между осями соседних желобов не превышает 2,2 м. Для скорых фильтров количество желобов равно n_ж=B₁/2.2.Полученное значение округляется в сторону увеличения. Расход промывной воды, приходящийся на один желоб, q_ж=q_пром/n_ж. Ширина желоба B, м, определяется по формуле:

B=K*⁵q²_ж/(1,57+a)³ ,

где q_ж – расход по желобу, м³/с;

K – коэффициент, принимаемый равным для желобов с полукруглым сечением – 2, для пятиугольных желобов – 2,1;

a – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимаемое в пределах 1 – 1,5.

n_ж=4,5/2,2=2,052;

q_ж=108,36/6=54,18

B=2*⁵(0,54)²/(1,57+1)³=0,35 м.

После определения ширины желоба B и по принятому отношению высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины определяют его полную высоту.

Расстояние от верхней кромки желобов до поверхности фильтрующей загрузки вычисляется по формуле:

h_ж=(H_з*l)/100+0.3, м,

где l – относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке в %, принимаемо по таблице 10.1[3].

h_ж=(0,7*45)/100+0,3=0,615, м.

Если h_ж получиться меньше, чем полная высота желоба с учетом толщины стенок, то h_ж конструктивно принимается на 5 см больше его полной высоты.

Верх желоба проектируется строго горизонтальным, дно – с уклоном в сторону сборного канала (кармана).

Расстояние от дна желоба до дна кармана, H_кан, м, определяется по формуле:

H_кан=1,73*³[q²_кан/(g*A²)]+0.2,

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

А – ширина канала, принимаемая не менее 0,7.

H_кан=1,73*³[(0,10836)²/(9,81*(1)²)]+0,2=0,38 м

Промывка фильтров осуществляется чистой водой с помощью специальных насосов или из водонапорной башни. При использовании насосов забор воды осуществляется из РЧВ или из отводящего коллектора фильтрованной воды. Принимаем 1 рабочих насос и 1 резервный марки 1Д500-63Б со следующими параметрами: подача = 400 м³/ч; напор = 44м; частота вращения рабочего колеса = 1500 об/мин; мощность насоса = 110 кВт; вес: насоса = 570кг, агрегата = 1450 кг; размеры: L = 2320мм, В = 890мм, Н = 955мм, d_вх = 250мм, d_вых = 150мм.