Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе.

Объем осадкоуплотнителя составит:

W=l_кор(b_о.уh_верт+2(h_пир∙0,5b_о.у/2)) = 7,69(2,5∙1,7+2(1,57∙0,5∙2,5/2)) = 48 м³.

Количество осадка, поступающего в осадкоуплотнитель:

Q_ос= С∙Q_расч= 0,305∙167 = 50,9кг/ч.

Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе:

Т = W∙_ср/Q_ос= (48∙24)/50,9 = 22,6ч,

Т.е. более 3ч, которые приняты при определении концентрации осадка в воде, продуваемой из осадкоуплотнителя.

Дырчатые трубы для удаления осадка из осадкоуплотнителя.

Эти трубы размещаются по продольной оси дна в месте, где сходятся наклонные стенки осадкоуплотнителя.

Диаметр труб рассчитывают из условия отведения накопившегося осадка в течение не более 15 – 20 мин (0,25 – 0,33 ч) при скорости в конце трубы не менее 1м/сек и скорости в отверстиях труб не менее 3 м/сек.

При объеме осадкоуплотнителя W= 48 м³и его опорожнении за 15 мин

(0,25 ч) через каждую осадкосбросную трубу должен пропускаться расход

Q_ос=W/2t= 48/(2∙0,25) = 96 м³/ч илиq_ос= 27 л/сек = 0,027м³/сек.

При скорости движения воды в конце трубы v= 1,17 м/сек, т.е. более 1м/сек, диаметр трубы должен быть 175 мм.

Площадь отверстий при скорости v₀ = 3 м/сек составит

 f₀ =q₀/v₀ = 0,027/3 = 90 см².

Принимаем отверстия диаметром 20 мм и площадью f₀ = 3,14 см².

Потребное количество отверстий n₀ =f₀/f₀ = 90/3,14 = 29 шт.

Принимаем 29 отверстий с шагом по оси 7,69/29 = 0,27 м, т.е. менее 0,5м (максимально допустимый).

Расчет скорого фильтра.

Вода поступает на фильтры для окончательного осветления. После фильтрования мутность воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 2 мг/литр. Помимо взвешенных веществ фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов и микрофлоры и понижать цветность воды до требований ГОСТ, то есть до 20. Промывка фильтра производится 1-3 раза в сутки обратным током воды.

Схема скорого фильтра с боковым каналом:

1 – подача исходной воды

2 – отвод фильтрата

3 – подача промывной воды

4 – отвод промывной воды

1. Определение размеров фильтра.

Полезная суммарная площадь скорого фильтра:

F=Q_сут^полез/(Т∙v_р.н–n_пр∙q_пр–n_пр∙t_пр∙v_р.н),

где Т – продолжительность работы станции в течение суток, Т = 24 часа.

v_р.н– расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме работы,

равная 6 м/ч;

n_пр– количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

q_пр= 3, 6 ∙∙t₁ = 3, 6 ∙ 14 ∙0,1 = 5,04;

 - интенсивность промывки, = 14 л/с∙м²

t₁– продолжительность промывки, равная 0,1 ч.

t_пр– время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33 ч.

F= 15300/(24∙6 – 2∙5,04 – 2∙0,33∙6) = 117,7 м²

Количество фильтров должно быть:

_Nф= 0,5∙

Тогда:

N_ф= 0,5∙√117,7 = 6 шт.

Площадь одного фильтра будет равна:

F₁=F/N_ф= 117,7/6 = 19,6 м²

Его размеры в плане: 4,424,42 метра.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

v_р.ф.=v_р.н∙(N_ф/(N_ф–N₁))

Тогда

v_р.ф.= 6∙(6/(6 – 1)) = 7,2 м/ч ≤ 7,5 м/ч ,

где N₁– количество фильтров, находящихся в ремонте (N₁=1).

2. Подбор состава загрузки фильтра.

Загрузка фильтра принимается согласно данным табл. 21 СНиП:

Высота фильтрующего слоя Н_ф= 700 мм с минимальным диаметром зеренd_min= 0,5 мм и максимальнымd_max= 1,2 мм. Эквивалентный диаметр зеренd_э= 0,7 мм, а коэффициент неоднородности К_н= 2.

Поддерживающие слои имеют общую высоту 500 мм и крупность зерен 2-32 мм.

3. Расчет распределительной системы фильтра.

В проектируемом фильтре распределительная система служит как для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра, так и для сбора профильтрованной воды.

Интенсивность промывки принята = 14 л/с∙м². Тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра, будет:

q_пр=F∙= 19,6∙14 = 274,4 л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды: d_кол= 500 мм, что при расходе 274,4 л/с соответствует скоростиv_кол= 1,32 м/с.

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстоянии между ними m= 0,27 м (рекомендуетсяm= 0,25 – 0,35м) и наружном диаметре коллектораD_кол= 630 мм, составит:

f_отв= В∙ (0,25-0,35) = 4,42 ∙ 0,27 = 1,19 м²,

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление:

q_отв=f_отв∙= 1,19 ∙ 14 = 16,7 л/с.

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв= 80 мм, при скорости входа воды в ответвленияv= 1,6 - 2,0 м/с.

В нижней части ответвлений под углом 45к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм.

При площади одного фильтра F= 19,6 м²суммарная площадь отверстий составит:

f_oтв= (0,30 ∙ 19,6)/100 = 0,0588 м²= 588 см².

При диаметре отверстий d_отв= 14 мм площадь отверстия:

f_oтв⁽¹⁾= π ∙d_отв²/ 4 = 3,14 ∙ 1,4²/4 = 1,54 см².

Следовательно, общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра

n_отв=f_oтв/f_oтв= 588/1,54 = 382 шт.

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстояниях между осями ответвлений 0,27 м составит:

N_отв=L/ 0,27 = 4,42 /0,27 = 17.

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление:

n_отв⁽¹⁾=n_отв/N_отв= 382/17 = 23 шт.

При длине каждого ответвления l_отв= В = 4,42 м, шаг оси отверстий на ответвлении будет:

е_о=l_отв/n_отв⁽¹⁾= 4,42 / 23 = 0,192 м = 192 мм (рекомендуется е_о= 150 – 200 мм).

Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке под углом 45к вертикальной оси трубы.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах распределительной системы предусматривают установку стояков – воздушников диаметром 75 – 150 мм с автоматическим устройством для выпуска воздуха.

h₁=f/0,8 ;f=q_пром/V=0,275/1,32=0,2 м²;h₁=0,2/0,8=0,25 м

4. Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра.

Сбор и отвод загрязненной воды при промывке скорого фильтра осуществляется при помощи желобов, размещаемых над поверхностью фильтрующей загрузки.

Конструкция желобов должна предотвращать помехи нормальному расширению загрузки фильтра, вызванному поступлением промывной воды, препятствовать возможности выноса зерен загрузки вместе с промывной водой.

Ширину желоба определяем по формуле:

, м,

где b= 1,57 + а – величина, одинаковая для желобов как с треугольным, так и с полукруглым основанием;

а – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины; принимается в пределах от 1 до 1,5;

К – коэффициент, принимаемый равным для желобов с треугольным основанием 2,1, а с полукруглым основанием 2. В нашем случае К = 2,1.

В расчете скорого фильтра принимаем 3 желоба с треугольным основанием. Тогда расстояния между осями желобов составят В / n_ж = 4,42/3 = 1,5 м.

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб:

q_ж=q_пр/n_ж= 274,4 /3 = 91,5 л/с = 0,09 м³/с.

Принимая а = 1,5, найдем ширину желоба:

В = 2,1*⁵(0,09²/(1,57 + 1,5)³) = 0,4 м.

Высота прямоугольной части желоба:

h_пр = 0,75*В = 0,75∙0,4 = 0,3 м.

Полезная высота желоба:

h= 1,25*В = 1,25∙0,4 = 0,5 м.

Конструктивная высота желоба с учетом толщины стенки:

h_к=h+ 0,08 = 0,5 + 0,08 = 0,58 м.

Размеры желоба составляют: В=0,4 м; h_ж^констр=0,58;V=0,56 м/с.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н_ф= 0,7 м и е = 45% вычисляется по формуле:

h_ж= Н_ф∙ е / 100 +0,3 = 0,7 ∙ 45 / 100 + 0,3 = 0,62 м,

Так как необходимо соблюдать условие h_ж ≥h_к + (0,05 - 0,06) м, нужно принять

h_ж= 0,58+0,06=0,64 м с тем, чтобы расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра было 0,05-0,06 м.

5. Расход воды на промывку фильтра.

р = ((∙f∙t₁∙60∙N)/(Q_час∙T_p∙1000))∙100%,

где Т_р– продолжительность работы фильтра между двумя промывками, равная:

Т_р= Т₀– (t₁+t₂+t₃);

Т₀– продолжительность рабочего фильтроцикла, обычно принимаемая равной 8 – 12 ч при нормальном режиме и не менее 6 ч при форсированном режиме работы фильтра;

t₁=0,1ч;

t₂=0,33ч;

t₃– продолжительность сброса первого фильтрата в сток,t₃= 0,17 ч.

Следовательно,

Т_р= 12 – (0,1 + 0,33 + 0,17) = 11,4 ч.

При Q_час= 668 м³/час,= 14 л/сек∙м²,N_ф= 6 шт. иf= 19,6 м²расход воды на промывку фильтра:

р = ((14∙19,6∙6∙60∙6)/(668 ∙ 11,4∙1000))∙100% = 7,78%.

6. Расчет сборного канала.

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, откуда отводится в сток.

Поскольку фильтр имеет площадь f= 19,6 м²< 40 м², он устроен с боковым сборным каналом, непосредственно примыкающим к стенке фильтра.

При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе из желобов.

Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

м

где q_кан– расход воды в канале в м³/сек, принимаемый равным 0,244 м³/сут.

b_кан – минимально допустимая ширина канала, принимаемая равной 0,8 м.

g= 9,81 м/сек²

Тогда:

Н_кан= 1,73*³(0,275²/(9,81*0,8²)) = 0,4 м.

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения f_кан= 0,4∙0,8 = 0,32 м²составитV_кан=q_кан/f_кан= 0,275/0,32 = 0,86 м/с.

7. Определение потерь напора при промывке фильтра.

Потери напора слагаются из следующих величин:

1). Потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра:

h_р.с= ((2,2/k_n²) + 1)∙(v²_кол/2g) + (v²_б.о./2g),

где v_кол– скорость движения воды в коллекторе в м/с;

v_б.о.– скорость, в боковых ответвлениях в м/с;

k_n- отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора;k_n=f_oтв /f_кол = 0,0588 /0,20 = 0,29 (0,15≤k_n≤2).

При v_кол= 1,32 м/с иv_б.о.= 1,47 м/с

h_р.с= ((2,2/0,29²) + 1)∙(1,32²/(2∙9,81)) + (1,47²/(2∙9,81)) = 2,5 м;

2). Потери напора в фильтрующем слое высотой Н_фпо формуле А.И. Егорова:

h_ф= (a+b∙)∙H_ф, м.

Здесь а = 0,76 и b= 0,017 – параметры для песка с крупностью зерен 0,5 – 1 мм.

При = 14 л/с∙м²и Н_ф= 0,7 м

h_ф= (0,76 + 0,017∙14)∙0,7 = 0,7 м.

3). Потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой Н_п.с= 0,5 м по формуле В.Т. Турчиновича:

h_п.с.= 0,022∙Н_п.с∙= 0,022∙0,5∙14 = 0,15м;

4). Потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

При q= 274,4 л/с,d= 450 мм иv= 1,6 м/с гидравлический уклон

i= 0,00740. Тогда при общей длине трубопроводаl= 100м (при подаче промывными насосами от РЧВ).

h_п.т.=i∙l= 0,00740 ∙ 100 = 0,740 м;

5). Потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

h_м.с.=∙(v²/2g)

Коэффициенты местных сопротивлений равны:

₁ = 0,984 – для колена;

₂ = 0,26 – для задвижки;

₃ = 0,5 – для входа во всасывающую трубу;

₄ = 0,92 – для тройника.

Таким образом,

h_м.с.= (2∙0,984 + 3 ∙ 0,26 + 0,5 + 2 ∙ 0,92)∙(1,6²/(2∙9,81)) = 0,56 м.

Следовательно, полная величина потерь напора при промывке скорого фильтра составит:

h= 2,5 + 0,7 + 0,15 + 0,740 + 0,56 = 4,65 м

Геометрическая высота подъема воды h_гот дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет:

h_г=h_рчв+H_ф+H_п+h_ж= 4,5 + 0,7 + 0,5 + 0,62 = 6,32 м,

здесь h_рчв3,5 - 4,5 м.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра, равен:

Н = h_г+h+h_з.н= 6,32 + 4,65 + 1,5 = 12,47 м,

где h_з.н= 1,5 м – запас напора (на первоначальное загрязнение фильтра).

8. Подбор насосов для промывки фильтра.

Для подачи промывной воды в количестве 274,4 л/с принято два одновременно действующих центробежных насоса марки 12 НДс производительностью 720 м³/ч (200 л/сек) каждый с напором 21 м, при скорости вращенияn= 960 об/мин. Мощность на валу насоса 48 КВт, мощность электродвигателя 55 КВт; КПД насоса = 0,87.

Кроме двух рабочих насосов устанавливается один резервный агрегат.