3.2. Расчет сооружений первой ступени
3.2.1. Расчет горизонтальных отстойников
При расходах более 30-50 тыс.м3/сут в качестве первой ступени очистки экономически оправдано применение горизонтальных отстойников.
Расчет отстойников необходимо производить для двух периодов: минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды и наибольшей мутности при наибольшем расходе воды, соответствующем этому периоду.
Для плавного перемешивания смеси обрабатываемой воды с растворами коагулянта и флокулянта и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта и взвеси в крупные хлопья в отстойниках надлежит предусматривать встроенные камеры хлопьеобразования гидравлического типа.
В горизонтальных отстойниках следует предусматривать гидравлические камеры хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые или со слоем взвешенного осадка. Для горизонтального отстойника при очистке вод средней мутности и мутных вод принимают камеры хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка.
3.2.1.1 Расчет отстойной части
Расчет горизонтальных отстойников также, как и осветлителей со
взвешенным осадком, необходимо производить для двух периодов: минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды и наибольшей мутности при наибольшем расходе воды, соответствующем этому периоду.
Расход воды, поступающий на горизонтальные отстойники, Qго,
м3/ч, определяется по формуле:
где Кос – коэффициент, учитывающий расход воды, сбрасываемой с
осадком при его удалении из отстойника.
При определении коэффициента Кос значение коэффициента разбавления осадка Кр следует принимать с учетом типа удаления осадка из отстойника:
Кр =1,5 - при гидравлическом удалении осадка;
Площадь всех отстойников в плане составит, м2:
Для стандартных условий
где αго – коэффициент объемного использования отстойников, принимаемый равным 1,3;
uо – скорость выпадения взвеси (гидравлическая крупность взвеси),
uо = 0,7 мм/с.
Для температуры 20°С
Принимаем наибольшее значение площади отстойников Fго = 7824,1 м2
Длина отстойника, м:
Принимаем длину отстойника 95 м.
где Нср – средняя высота зоны осаждения, м; принимается равной 3,5 м в зависимости от высотной схемы станции;
Vср – расчетная скорость горизонтального движения воды в начале
отстойника, мм/с; принимается для мутных вод 11 мм/с.
Ширина одной секции отстойника Bго принимается кратной шагу колонн, но не более 6 м. Принимаем Bго=6 м. Также делается проверка соотношения Lго/Bго, которое должно находится в интервале 10-25.
Lго/Bго=95/6=15,8
Тогда количество секций горизонтального отстойника составит:
Сбор осветленной воды предусматривают системой горизонтально
расположенных дырчатых труб с затопленными отверстиями, расположенными на всю длину отстойника при оснащении его тонкослойными блоками. Расстояние между осями труб не более 3 м.
Скорость движения осветленной воды в конце желобов и труб следует принимать 0,6- 0,8 м/с, в отверстиях - 1 м/с. Верх желоба с затопленными отверстиями должен быть на 10 см выше максимального уровня воды в
отстойнике, заглубление трубы под уровень воды необходимо определять
гидравлическим расчетом. Отверстия в трубах располагаются горизонтально по оси. Диаметр отверстий должен быть не менее 25 мм.
Расчет устройств для сбора осветленной воды ведут исходя из расхода, приходящейся на один желоб или трубу:
где nж – число желобов (труб) в одной секции отстойника.
Зная расход и исходя из указанных выше требований, расчет дырчатых труб для сбора осветленной воды проводится аналогично расчету водосборных дырчатых труб осветлителя со взвешенным осадком, расположенных в зоне осадкоуплотнителя (см. п.4.2 указаний). Ниже рассмотрен расчет водосборных желобов с затопленными отверстиями.
Площадь сечения каждого желоба составит, м2:
где Vж – скорость движения воды в желобе, м/с; принимается Vж = 0,7 м/с.
Высота слоя воды, м, в каждом желобе составит:
где hв – высота расположения отверстий выше дна желоба, м; принимается hв = 0,05-0,08 м.
Ширина каждого желоба, м:
Площадь всех отверстий в водосборном желобе (трубе), м2:
где Vо.ж – скорость выхода воды из отверстий желоба (трубы), м/с;
принимается Vо.ж = 1, 0 м/с.
Общее количество отверстий в водосборном желобе (трубе):
≈107
шт.
где f о.ж – площадь одного отверстия в желобе, м2;
dо.ж – диаметр отверстий коллектора, м; принимается равным не
менее 0,025 м.
Шаг оси отверстий, м:
где lж – длина желоба, м; составляет 2/3 длины отстойника.
Расстояние между отверстиями в желобе, м:
Излив воды из водосборных желобов или труб происходит в сборный карман и должен быть свободным (незатопленным). Расстояние от дна желоба до дна кармана определяют по формуле:
где Bкар – ширина кармана, м; принимается 0,7 м;
qкар – расход через карман одной секции отстойника, м3/с:
Удаление осадка из отстойника рекомендуется производить гидравлическим способом, по возможности без выключения его из работы. Продольный уклон дна отстойника принимаем 0,005.
Объем зоны накопления и уплотнения осадка Wос:
При гидравлическом удалении или напорном смыве осадка продолжительность работы отстойника между чистками Т принимают 12 ч.
δср – средняя концентрация уплотненного осадка, мг/л
Мост – остаточная мутность воды после ее осветления, мг/л; принимаем Мост = 11 мг/л.
СВ – концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в отстойник, с учетом добавления реагентов, мг/л:
где
М – мутность исходной воды; М = 120 мг/л,
Кк – коэффициент, принимаемый для очищенного сернокислого алюминия; принимаем Кк = 0,5
Вщ – количество нерастворенных веществ, вводимых при подщелачивании, при использовании соды Вщ = 0 мг/л.
Для гидравлического удаления осадка предусматривают сборную
систему из перфорированных труб, обеспечивающую удаление его в течение 20-30 мин. Дно отстойника между трубами сборной системы осадка надлежит принимаем плоским. Расстояние между осями труб следует принимать 2 м - при плоском днище.
Исходя
из этого назначают число осадкосборных
труб nос,
расстояние между ними составит, м:
Расход осадка через каждую перфорированную трубу составит, м3/с :
где t – время отведения накопившегося осадка (20-30 мин), t = 1200 с;
Исходя из расхода qос и рекомендуемой скорости Vос ≥ 1 м/c, рассчитывают диаметр перфорированной осадкосборной трубы, м , округляя его до стандартного:
Рассчитываем суммарную площадь отверстий, их требуемое количество и шаг между отверстиями. При этом скорость движения осадка в отверстиях перфорированных труб следует принимать 1,5-2 м/с, диаметр отверстий - не менее 25 мм, расстояние между отверстиями - не более 0,3-0,5 м. Отверстия следует располагать в шахматном порядке вниз под углом 45° к оси трубы. Отношение суммарной площади отверстий к площади сечения труб надлежит принимать равным 0,5-0,7. В начале осадкосборной трубы следует предусматривать отверстие диаметром не менее 15 мм для выпуска воздуха.
Отвод осадка из отстойника производится на сооружения обработки
осадка для его обезвоживания.
Площадь всех отверстий в осадкосборной трубе, м2:
где Vо.с – скорость выхода воды из осадкосборной трубы, м/с;
принимается Vо.с = 1,5 м/с.
Общее количество отверстий в осадкосборной трубе:
где f о.с – площадь одного отверстия в осадкосборной трубе, м2;
dо.с – диаметр отверстий осадкосборной трубе, м; dо.с = 0,025 м.
Шаг оси отверстий, м:
где lж – длина осадкосборной трубы, м, равна длине отстойника.
Расстояние между отверстиями в желобе, м:
Высота отстойника определяется как сумма высот зоны осаждения
и уплотнения осадка с учетом величины превышения строительной высоты
над расчетным уровнем воды 0,3-0,5 м и дополнительной высоты для приёма воды при выключении фильтров на промывку.
Строительная высота отстойника, м, составит:
где hдоп – дополнительная высота отстойника, м:
где Wдоп – объем воды, накапливаемый за время промывки одного
фильтра, м3:
где Nф – количество скорых фильтров на станции, шт;
t2 – время простоя фильтра в связи с промывкой, 1/3 ч.
hб – высота бортика отстойника, м; принимается равной 0,3 м;
hос – высота зоны накопления и уплотнения осадка, м:
В перекрытии отстойников следует предусматривать люки для
спуска в отстойники, отверстия для отбора проб на расстоянии не более 10 м друг от друга и вентиляционные трубы.