Системы и сооружения водоснабжения. Учебно-методическое пособие

По крупности загрузки фильтры различают с мелкозернистой, среднезернистой и крупнозернистой загрузкой. По насыпной плотности зерен загрузки фильтры бывают с тяжелой загрузкой (с плотностью зерен больше плотности воды: кварцевый песок, антрацит, керамзит, горелые породы и т.д.) и плавающей загрузкой (с плотностью зерен меньше плотности воды: вспененный пенополистирол, редоксид, шунгизит и т.д.).

Скорые фильтры бывают безнапорные (с открытым зеркалом воды) и напорные — при производительности станции до 5000 м3/сут, цветности воды до 50° и содержании взвешенных веществ

вводе источника до 20 мг/л.

Втаблице 16 приведены свойства фильтрующих материалов. Характеристики фильтрующих слоев скорых фильтров и расчетные скорости фильтрования приведены в [2, табл. 15; 4; 9–11].

При отключении на ремонт одного (при количестве фильтров на станции до 20) или двух фильтров (при большем их количестве) скорые фильтры работают в форсированном режиме.

Расчетную площадь фильтров F, м2, определяют по формуле

где T — продолжительность работы станции в течение суток, ч; Vр.н — расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по [2, табл. 15]; n — число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации, принимаемое 2…3 [2]; ωп — интенсивность промывки фильтра, л/(с·м2), принимаемая по [2, табл. 15]; t1 — продолжительность промывки, t1 = 0,1 ч; t2 — время простоя в связи с промывкой, t2 = 0,33 ч для однопоточных и t2 = 0,5 ч для двухпоточных фильтров.

Количество фильтров на станции определяют по формуле

где F — площадь всех фильтров, м2.

При определении размеров скорых фильтров следует пользоваться рекомендациями [11, 18]. Расчетную скорость фильтрования Vр.н, м/ч, при форсированном режиме определяют по формуле

где Vр.н — расчетная скорость фильтров, м/ч, принимаемая по [2]; N1 — число фильтров, находящихся в ремонте.

Состав загрузки фильтров принимаем по [2, табл. 15].

Высота слоя воды над поверхностью загрузки в открытых фильтрах должна быть не менее 2 м. При этом следует учитывать, что при включении фильтра на промывку на остальных фильтрах уровень воды может увеличиться на 20 %.

Дренажные (распределительные) системы применяют с поддерживающими слоями: гравий, щебень и безгравийными: пористый полимербетон, щелевые трубы, колпачки и др.

31

Расстояние между осями дренажных труб принимают 250…350 мм.

Диаметр коллектора распределительной системы определяют из расчета скорости движения воды в начале коллектора 1…1,2 м/с. Потери напора, м, при промывке фильтра определяют по [2, 9, 11].

Скорость движения воды в отверстиях принимают 1,8…2 м/с. Для сбора и отвода промывной воды предусматривают желоба полукруглого или пятиугольного сечения. Расстояние между осями соседних желобов принимают не более 2,2 м. Ширину желоба определяют по формуле

где k — коэффициент, принимаемый равным для желобов с полукруглым лотком k = 2, для пяти угольных желобов k = 2,1; qж — расход воды по желобу, м3/с; α — отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимаемое в пределах 1…1,5.

Высоту кромки желоба hкр, м, над поверхностью фильтрующей загрузки вычисляют по формуле

где H — высота фильтрующего слоя, м; е — относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке, %, принимаемое по [2, табл. 16].

Промывная вода по желобам поступает в сборный канал. При площади фильтра до 40 м2 устраивают боковой сборный канал, располагаемый между фильтрами или по фронту при числе более 2; при площади фильтра более 40 м2 — центральный. В этом случае фильтр состоит из двух отделений.

Расстояние от дна желоба до дна сборного канала Нкан, м, для исключения подпора воды в нем определяется по формуле

где qкан — расход воды в канале, м3/c; A — ширина канала (минимум 0,7 м); g = 9,81 м/с2. Промывку фильтров осуществляют насосами из бака либо из водонапорной башни. При исполь-

зовании промывных насосов забор воды осуществляют из резервуаров чистой воды или из отводящего трубопровода фильтрованной воды.

При использовании для промывки бака его вместимость рассчитывают на две промывки для одного фильтра и три — при одновременной промывке двух фильтров.

Внастоящее время разработано свыше 100 конструкций фильтров с плавающей пенополистирольной загрузкой (ФПЗ), отличающихся областью применения, технологическими возможностями, разнообразием конструктивных элементов, условиями размещения пенополистирольной загрузки в корпусах, способами промывки пенополистирольной загрузки (ФПЗ-1, ФПЗ-3, ФПЗ-4, АФПЗ-4) [4, 5].

Наиболее экономичными и простыми в эксплуатации являются фильтры с восходящим фильтрационным потоком и относительно однородной пенополистирольной загрузкой (ФПЗ-1) с диаметром гранул рабочего слоя 0,7…1,5 мм и поддерживающим верхним слоем, состоящим из гранул диаме-

тром 2,5…6,0 мм.

Выбор конструкции ФПЗ следует производить в зависимости от фазово-дисперсного состояния примесей в обрабатываемой воде, назначения очистки и высотной технологической схемы станции.

Исходные данные для инженерного расчета ФПЗ различных конструкций в первом приближении могут быть приняты по [4]. Скорости фильтрования и продолжительность фильтроцикла уточняются в процессе эксплуатации фильтра.

Втаблице 17 приведены свойства плавающей загрузки из гранул пенополистирола марки ПСВ [4]. Для сорбционной очистки при постоянном присутствии в воде органических примесей проекти-

руют стационарные сорбционные фильтры (адсорберы) с неподвижным слоем сорбционной загрузки. В сорбционных фильтрах, работающих в направлении движения воды сверху вниз, нижняя дренажная система выполняется аналогично скорым фильтрам. Высота надфильтрового пространства принимается в пределах 1,5…2 м из расчета 40…50 % расширения загрузки при обратной водной

промывке.

32

Контактные осветлители применяют при содержании взвешенных веществ до 70 мг/л, цветности воды до 70° ПКШ и при любой производительности станции. При использовании контактных осветлителей очистку воды осуществляют по одноступенчатой схеме. Перед контактными осветлителями устанавливают барабанные сетки, а при наличии планктона — микрофильтры, характеристики которых приведены в прил. 5. Хлор для первичного хлорирования в этом случае подают в контактную камеру, рассчитываемую на время пребывания воды в ней не менее 5 мин [2, п. 9.98].

Контактные осветлители, промывка которых производится только водой, обычно выполняют без поддерживающих слоев (КО-1), при промывке водой и воздухом— с поддерживающими слоями (КО-3).

Площадь контактных осветлителей Fк.о, м2, определяют по формуле (48) для КО-1 и по формуле

(49) для КО-3.

где Qо.с — расчетная полезная производительность станции, м3/сут; T — продолжительность работы станции в течение суток, ч; Vр.н — расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по [2, п. 9.101]; n — число промывок каждого осветлителя в сутки, принимаемое равным 2…3 [2]; ωп — интенсивность промывки, принимаемая равной 15…18 л/(с·м2) [2, п. 9.104]; t1 — продолжительность промывки, ч, принимаемая по [2]; t2 — продолжительность сброса первого фильтрата, мин, принимаемая по [2, п. 9.104]; ωв.в — интенсивность промывки водой, принимаемая равной 3…3,5 л/(с·м2) по [2, п. 9.104] при водовоздушной промывке; ωв — интенсивность промывки, принимаемая равной 6…7 л/(с·м2) по [2, п. 9.104], при подаче только воды при водовоздушной промывке; t3 и t4 — время промывки водой и воздухом и только водой соответственно, принимаемое по [2, п.9.104].

В КО-1 сбор и отвод загрязненной промывной воды предусматривают с помощью желобов полукруглого или пятиугольного сечений. Расчет желобов КО производят по аналогии с фильтрами.

При водовоздушной промывке (КО-3) принимают систему горизонтального отвода промывной воды с пескоулавливающим желобом и определяют размеры его конструктивных элементов. Распределительные системы для подачи промывной воды и воздуха предусматривают раздельными. При проектировании распределительной системы подачи воздуха определяют количество воздуха, подаваемого на продувку, диаметр коллектора и распределительных труб, количество и длину распределительных труб, которые принимаются равными количеству и длине распределительных труб (ответвлений) подачи воды. Скорость движения воды в распределительных трубах принимают 13…17 м/с, количество и шаг отверстий dо = 3…5 мм, располагаемых под углом 45о к вертикальной оси, рассчитывают исходя из скорости выхода воздуха из отверстий — 45…50 м/с.

5.3.Удалениеизводыорганическихпримесей

Основными антропогенными загрязнениями, поступающими в поверхностные водоисточники с неочищенными или недостаточно очищенными хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами, ливневым и талым стоком с водосборов, поверхностным стоком с территорий промплощадок, агропромышленных комплексов, хвостохранилищ, мелиоративных сельхозугодий и др.,

33

являются фенолы, пестициды, нефтепродукты, азотные соединения (азот аммонийный, нитриты и нитраты), соли тяжелых металлов и поверхностно-активные вещества. Многие из них обладают кумулятивными свойствами и могут в значительной степени изменять гидрохимический режим водоисточника.

Для удаления из воды органических загрязнений применяют обработку физическими, химическими и комбинированными методами. К физическим методам относится УФ-облучение воды с использованием разных типов установок (прил. 6), а к химическому — озонирование воды. В практике водоподготовки наибольшее распространение находит система получения озона, работающая на воздухе.

Процесс получения озона предусматривает компремирование, очистку и обезвоживание воздуха, синтез и растворение озона [11, 13]. Технические характеристики оборудования озонаторной приведены в прил. 7. Озон, используемый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в аппаратах, называемых озонаторами, в результате воздействия на него «тихого» (т.е. рассеянного без искр) электрического заряда, сопровождающегося выделением озона. Озоно-воздушную смесь вводят в воду либо через эжекторы, либо через сеть пористых труб или распределительных каналов, укладываемых по дну контактного резервуара. Озон в отличие от хлора не обладает пролонгирующим действием.

Остаточный непрореагировавший озон подвергается деструкции газа различными способами. Чистый озон взрывоопасен. Озон токсичен и может поражать органы дыхания. Концентрация остаточного озона после выхода воды из контактной камеры должна быть 0,1…0,3 мг/л. Передозировка озона не опасна, так как через короткое время он превращается в кислород.

Озонаторную следует проектировать в соответствии с рекомендациями [9, 11, 13]. Потребность в озоне Qоз, г/ч, рассчитывают по формуле

где Доз — доза вводимого озона, г/м3 (определяется результатами технологического моделирования или ориентировочно 1…4 мг/л); Qч — расход воды, м3/ч; Kоз — коэффициент использования озона, принимают равным 0,95.

По значению Qоз выбирают генератор озона, его марку и требуемый расход воздуха, по которому подбирают следующее оборудование: компрессоры, влагоотделители, холодильные машины, блоки сушки и очистки воздуха, аппараты каталитического разложения озона.

Количество озонаторов N, шт, определяют:

Количество контактных камер озонирования, которые включают рекуперационную и основную (1–2) секции, принимают не менее двух.

Объем рекуперационного отделения Wр, м3, рассчитывают на время пребывания воды tр = 2 мин:

где Qо.с — производительность станции, м3/мин.

Площадь рекуперационного отделения Fp, м2, определяют по формуле

где Н — высота слоя воды в контактной камере, м, принимают не менее 4,5 м. Ширину камеры Вр, м, принимают конструктивно кратно 6 м. Тогда длина Lр, м:

F

Lр = Bр . (54)

р

34

Аналогично рассчитывают объем и размеры первой и второй секции. При этом время пребывания в первой секции принимают t1 = 4…5 мин, во второй t2 = 8…11 мин.

Общую длину контактной камеры L, м, определяют по формуле

где Lз — запас по длине, Lз = 1 м.

Равномерное распыление озоно-воздушной смеси в контактной камере обеспечивается с помощью пористых труб с размером пор 40 мкм или пористых элементов (диспергаторов). Интенсивность подачи озоно-воздушной смеси принимают 35…40 м3/(м2·ч).

Количество распределительных труб рассчитывают исходя из расхода озоно-воздушной смеси, ширины камеры с шагом между ними 0,3…0,6 м.

5.4.Очисткаподземныхвод

Для подземных вод характерны повышенные концентрации железа, марганца, растворенных газов (углекислоты, сероводорода, метана и др.), минеральных солей, неорганических и органических соединений. Кроме того, встречаются соединения бора, брома, стронция и др.

Кметодам обработки подземных вод относят обезжелезивание, деманганацию, фторирование и обесфторивание, умягчение, обессоливание, обесборивание, дебромирование, дегазацию, стабилизационную обработку воды и др.

Обезжелезивание воды производится при содержании в ней железа более 0,3 мг/л. Методы, применяемые в технологии обезжелезивания воды, классифицируют на безреагентные и реагентные [17].

Условия применения безреагентных методов обезжелезивания воды: упрощенная аэрация и фильтрование; вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование; «сухая фильтрация»; фильтрование на каркасных фильтрах (рН — не менее 6,6; щелочность — не менее 1,5 мг-экв/л, содержание железа (III) не более 10 % общего и концентрация железа (II) в бикарбонатной или карбонатной форме до 3 мг/л); фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха; аэрация и двухступенчатое фильтрование; мембранные методы. К реагентным относят следующие методы: глубокая аэрация, окисление, фильтрование; известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование; фильтрование через модифицированную загрузку; электрокоагуляция; катионирование. Технологические схемы установок обезжелезивания и область их применения приведены в [4, 9, 17].

Выбор метода обезжелезивания зависит от количества и формы существования железа, определяемого диаграммой Пурбе, качественного состава подземной воды и производительности станции (установки) и принимается на основе результатов технологических изысканий [2, п.9.146–9.147; 4; 8]. Условия применения безреагентных методов обезжелезивания воды приведены в [4, 9, 17].

В состав станций (установок) обезжелезивания входят различные аэрационные установки (устройства), фильтровальные сооружения, оборудование для подачи воздуха и обеззараживания воды.

Каэрационным устройствам относят: бак-аэратор, вакуумно-эжекционный аппарат, брызгальный бассейн, устройство для упрощенной аэрации, градирни (контактные и вентиляторные), биореактор со струйной-вакуумной эжекцией и др. Они предназначены для насыщения подземной воды кислородом воздуха и удаления растворенных газов. Примеры расчета аэрационных установок приведены в [4, 9, 18, 20]. Наличие углекислого газа ухудшает процесс обезжелезивания.

При исходной концентрации углекислоты в воде не более 20 мг/л рекомендуются применять свободный излив на водную поверхность (или через водослив) с высоты 0,4…0,5 м; при концентрациях от 20 до 50 мг/л — разбрызгивание факелом или струями; при высоких исходных концентрациях растворенной углекислоты в подземной воде (от 50 до 200 мг/л) применяются насадочные (вентиляторные и контактные градирни), барботажные, вихревые дегазаторы [18, 20].

Брызгальные установки для обезжелезивания воды применяют в тех случаях, когда в воде со-

держится двууглекислое железо Fe(НСО3)2 в количестве от 5 до 15 мг/л и требуется ее аэрация [20]. В состав станции обезжелезивания воды, помимо брызгальной установки для аэрации воды, обеспечивающей насыщение ее воздухом, необходимым для окисления двухвалентного железа, содержащегося в воде, в трехвалентное, и удаление части свободной углекислоты, входят контакт-

35

ные резервуары, в которых происходит завершение процесса окисления двухвалентного железа в трехвалентное и гидролиз последнего с образованием хлопьевидного осадка гидрата окиси железа Fe(ОН)3, и фильтры для удаления из воды выпавшего хлопьевидного осадка.

Брызгальные установки делятся на закрытые (размещаемые над контактными резервуарами и над центральными каналами фильтров) и открытые. Закрытые брызгальные установки выполняют

ввиде открытых каналов (аэраторов) прямоугольного сечения, в вертикальных стенках или днище которых устроены отверстия для истечения воды либо в контактный резервуар, либо в центральный распределительный канал фильтра. Диаметр отверстий следует принимать в пределах 0,5…1 см, а напор над центром тяжести отверстия — 1 м. Выбор типа установки зависит от назначения очищенной воды, климатических и санитарных условий, а также от температуры подземной воды. Открытые брызгальные установки могут размещаться на земле в выемке в виде искусственных водоемов,

вкоторые вода подается по сети распределительных трубопроводов, оборудованных соплами или в виде бассейнов на перекрытии контактных резервуаров.

Одним из распространенных типов брызгальной установки является брызгальный бассейн, размещаемый на перекрытии контактного резервуара [4, 17, 20]. Бассейн оборудуется тангенциальными или одновинтовыми соплами высотой 152…155 мм и диаметром насадки 26…29 мм, изготавливаемыми из стали, чугуна или бронзы. Величина свободного напора у сопла изменяется в пределах от 4,5 до 7 м. Сопла размещают в шахматном порядке, таким образом, чтобы веерообразные факелы равномерно заполняли все пространство бассейна. Высота факела может достигать 2,7 м.

Пример. Рассчитать закрытую брызгальную установку при заданной производительности 25 000 м3/сут, или 1042 м3/ч, или 289,4 л/с. Установка размещена над контактными резервуарами. Содержание двухвалентного железа в исходной воде составляет 9 мг/л, щелочность воды — 2,7 мг-экв/л, рН = 7,45, температура — 5 оС, перманганатная окисляемость — 6,8 мгO/л, запах сероводородный интенсивностью 3 балла.

Подземная вода поступает в брызгальную установку в виде аэратора, истекает из отверстий и разбрызгивается над контактным резервуаром.

Расчет контактного резервуара заключается в определении его объема и габаритов. Объем контактного резервуара зависит от концентрации в воде двухвалентного железа, кислорода, рН и температуры воды [4, 20]. Рекомендуемая глубина контактного резервуара 4…5 м. Для наиболее полного использования всего объема резервуара в нем устраиваются направляющие перегородки.

Суммарный объем контактного резервуара

Wк.р = Qt60 = 104260 30 = 521 м3,

где t — время пребывания воды в контактном резервуаре, мин.

Принимаем два резервуара размерами в плане 7,5×7,5 и глубиной 4,6 м и, соответственно, два аэратора длиной по 6 м каждый. Остальные размеры аэраторов определяются технологическим рас-

четом [18, 20].

Расчет установки состоит в определении величины поверхности струй аэратора для удаления необходимого количества свободной углекислоты в целях повышения рН обезжелезиваемой воды до 7,5.

Величину поверхности струй O, м2, вычисляют по формуле (56):

где g — количество удаляемого из воды газа, г/с; KСО2 — поверхностный коэффициент десорбции СО2, г/с ∙ г/л ∙ м2, зависящий от температуры воды; Сср — средняя движущаяся сила процесса десорбции, г/л.

Находим критическую щелочность воды Щкр:

где Fe2+ — содержание двухвалентного железа в исходной воде, мг/л.

36

Щелочность подземной воды больше расчетной критической, поэтому содержание свободной углекислоты Снач в подземной воде определяем по номограмме [4, 20], Снач составляет 12,4 мг/л. Концентрация свободной углекислоты Сопт в воде, соответствующая рН = 7,5, составляет 11,6 мг/л при данной щелочности воды.

Количество углекислоты Со в подземной воде с учетом выделяемой углекислоты при гидролизе железа в процессе аэрации:

Cо =1,57CFe +Cнач =1,57 9+12,4= 26,5 мг/л.

Количество свободной углекислоты Су, подлежащей удалению из воды для повышения ее рН до 7,5, находим следующим образом:

Cу =1,57CFe +(Cнач −Cопт )=1,57 9 +(12,4 −11,6)=13,33 мг/л.

Количество свободной углекислоты g, удаляемой одним аэратором,

где 2,27 — поверхностный коэффициент десорбции при температуре 5 оС (прил. 8). Гидравлический расчет аэратора заключается в определении количества отверстий принятого диа-

метра, обеспечивающих при данных напорах над ними заданную производительность установки. Отверстия dо = 0,5 см располагают в шахматном порядке в количестве 18…20 шт. на 1 м стенки

аэратора длиной 6 м через 5 см в горизонтальном направлении и 10 рядов по высоте. Общее количество струй в аэраторе составляет:

N = (18 4 +19 5 +20 1)÷12= 2244шт.

Длина струй, при которой будет получена необходимая поверхность струй 47 м2:

Установка для обезжелезивания воды аэрацией на вентиляторной градирне. Включение в состав технологической схемы обезжелезивания вентиляторной градирни целесообразно при щелочности воды более 2 мг-экв/л, при рН воды после аэрации выше 7, при перманганатной окисляемости воды менее 0,15[Fe2+] + 3 мгO/л, содержании аммонийных солей менее 1 мг/л и сероводоро-

да — 0,2 мг/л.

Пример. Рассчитать установку обезжелезивания воды при заданной производительности 9000 м3/сут (375 м3/ч). Содержание в исходной воде двухвалентного железа составляет 9 мг/л, карбонатной жесткости — 6 мг-экв/л.

37

Вода направляется на вентиляторную градирню, загруженную кольцами Рашига (прил. 9), где происходит аэрация и выделение свободной углекислоты. После пропуска через градирню вода поступает в контактный резервуар, откуда насосом подается в напорный фильтр, где заканчивается образование хлопьев гидроокиси и их задержание в слое кварцевого песка [4, 9].

Необходимая площадь вентиляторной градирни Fгр

Fгр = Qq = 37560 = 6,25м2 ,

где Q — производительность установки, м3/ч; q — удельный расход воды, м3/ч, на 1 м2 площади вентиляторной градирни, принимаемой при насадке из колец Рашига. Высота слоя насадки при общей щелочности (равной карбонатной жесткости) 6 мг-экв/л принимается 3 м (прил. 9).

Площадь поверхности загружаемой насадки определяют в зависимости от количества свободной углекислоты Су, подлежащего удалению из воды, количества свободной углекислоты Сопт в воде, соответствующего оптимальному значению рН = 7,5, и коэффициента десорбции.

Производительность вентиляторов градирни Qмакс

Qмакс =QQв =375 10 = 3750 м3 / ч,

где Qв — необходимая производительность вентилятора на 1 м3 обрабатываемой воды, обычно принимают равной 10 м3.

Напор, развиваемый вентилятором hвент, должен быть

hвент = hкр 30 =3 30 = 90 м вод. ст.

Емкость контактного резервуара, м3

Wк.р = Qt60 = 3756030 =187,5,

где t — время пребывания воды в контактном резервуаре, мин.

Размеры в плане контактного резервуара объемом 187,5 м3 при глубине слоя воды 4 м будут

6,9×6,9 м.

Для загрузки фильтров используется кварцевый песок с крупностью зерен 0,8…1,8 мм при высоте фильтрующего слоя 1000 мм [2].

При скорости фильтрования 6 м/ч необходимая площадь фильтров ∑F, м2, составит 62,5 м2. Принимаем семь рабочих фильтров и один резервный диаметром D = 3,4 м и площадью каждый 9,07 м2.

Установка обезжелезивания с перегородчатым дегазатором барботажного типа. При высо-

ких исходных концентрациях растворенной углекислоты в подземной воде (от 50 до 200 мг/л) применяются насадочные, барботажные и вихревые дегазаторы [4, 18, 21]. Перегородчатые дегазаторы являются разновидностью барботажных дегазаторов.

Пример. Выполнить расчет установки обезжелезивания воды производительностью Q = 15 000 м3/сут (625 м3/ч), включающей перегородчатый дегазатор. Вода характеризуется высоким содержанием углекислоты [СО2]исх — 94 мг/л, содержанием двухвалентного железа 5,4 мг/л. Требуемое содержание углекислоты в воде после ее обработки [СО2]треб = 28 мг/дм3.

Количество перегородок Nп в дегазаторе при значении удельного расхода воды qуд = 10 м3/м3 принимаем равным 4 шт. [21].

Конечное содержание углекислоты [СО2]кон, мг/л, на выходе из дегазатора при скорости противотока Vв = 20,0 м/ч вычисляем следующим образом:

[CO2 ]кон = 9,99 +0,997[CO2 ]исх −4,55qуд −7,81Nп −0,001[CO2 ]2исх +0,27qуд2 −0,018[CO2 ]исх qуд , [CO2 ]кон = 9,99 +0,997 94 −4,55 10 −7,81 4 −0,001(94)2 +0,27 102 −0,018 94 10 = 28.

Таким образом, назначенной скорости противотока достаточно для удаления углекислоты до требуемого значения.

38

Площадь живого сечения дегазаторов ω, м2, составляет:

где Нв — высота слоя обрабатываемой воды, м, которая определяется исходя из требуемого количества перегородок:

Hв = (Nпер +1)0,4 = (4 +1)0,4 = 2 м,

где 0,4 — оптимальное расстояние между перегородками, м [21]; Нвозд — высота, необходимая для устройства системы распределения воздуха (трубчатая система с отверстиями dо = 5 мм) и отвода воды, определяется конструктивно по диаметрам трубопроводов.

Диаметр трубопровода подачи воздуха рассчитывается по скорости 10…15 м/с, диаметр отвер-

стий — 15…20 м/с; Нстр — строительная высота, м, Нстр = 0,5 м; Нрасш — высота расширения столба воды при продувке воздухом, м, определяется по формулам или ориентировочно равна (0,3…0,6) Нв.

Тогда высота дегазатора:

Hд = 2 +1,1+ 0,5 ÷ 2+0,5 = 4,61 м.

Определяем расход воздуха Qвозд, м3/ч, подаваемого в дегазатор, исходя из принимаемого удельного расхода воды qуд = 10 м3/м3:

Qвозд = qчqуд =625,6 10 = 6256.

Для подачи воздуха принята воздуходувка ТВ-42-1,4 (одна рабочая, одна резервная) производи-

тельностью 3600 м3/ч (ТУ 26-12-741–86).

Фильтры для обезжелезивания воды. Фильтровальные сооружения являются одними из основных сооружений в составе технологической схемы обезжелезивания воды. Тип фильтровального сооружения определяется качеством очищаемой воды, производительностью установки или станции обезжелезивания, а также технологией и принятым методом обезжелезивания [4, п. 15.3,

табл. 15.12; 19].

В схемах с упрощенной аэрацией, применением на первой ступени брызгальных установок, градирен, дегазаторов и др. проектируют фильтры с открытым зеркалом воды или напорные. Конструкция и элементы обезжелезивающего фильтра аналогичны конструкции скорого фильтра для осветления воды. Состав фильтрующих слоев загрузки скорых фильтров и расчетные скорости фильтрования приведены в [2, п. 9.152; 4, п. 15.3]. Расчетом определяют площадь, количество и размеры фильтров, параметры распределительной системы (диаметры и длины коллектора и ответвлений, диаметр, количество и шаг отверстий), системы сбора и отвода промывной воды (количество и размеры желобов), потери напора при промывке и подбирают промывные насосы. Примеры расчета каркасно-засыпных фильтров и скорых фильтров, работающих по принципу «сухой фильтрации», а также контактных трехслойных фильтров КФ-5 приведены в [4, 9].

Расчет фильтров для обезжелезивания воды производится по формулам (42)–(47). Характеристику фильтрующего слоя и скорость фильтрования ориентировочно надлежит принимать по [2]. Для однородной загрузки используется кварцевый песок высотой 1000 мм при диаметре зерен 0,8…1,8 мм; 1200 мм — при диаметре зерен 1,0…2,0 мм. Скорость фильтрования воды для нормального режима принимается равной соответственно 5…7 и 7…10 м/ч.

Пример. Выполнить расчет фильтров. Производительность установки 15 000 м3/сут (625 м3/ч). Скорость фильтрования 10 м/ч. Фильтры приняты скорые однослойные с песчаной загрузкой. Скорость фильтрования принимаем 6 м/ч, число промывок в сутки — две. Интенсивность водяной промывки принята 12 л/с на 1 м2.

39

Определяем суммарную площадь фильтров и их количество по формулам (42) и (43):

N = 12 154,74 = 6,2 шт.

Принимаем 6 фильтров с площадью 154,74 : 6 = 25,8 м2.

Принимаем фильтры с боковым сборным каналом и размерами в плане 4×6 м, площадью 24 м2 и скоростью фильтрования

Vн.р = 246256 = 4,3 м/ч.

Скорость фильтрования при форсированном режиме

Vр.ф = 4,3 6 6−1 = 5,16 м/ч.

Высоту фильтрующего слоя песка принимаем 1000 мм с крупностью частиц 0,8…1,8 мм. Эквивалентный диаметр зерен равен 0,7…0,8 мм, а коэффициент неоднородности kн = 1,8…2. Высоту поддерживающих слоев принимаем по [2, табл. 14].

Расход промывной воды, необходимой для промывки одного фильтра, составляет

qпр = Fωп = 24 12 = 288 л/с.

Диаметр коллектора распределительной системы определяем по скорости входа промывной воды dкол = 600 мм, V = 1,19 м/с, fкол = 2826 см2, наружный диаметр 640 мм [15]. Коллектор размещаем вдоль длинной стороны фильтра под сборным каналом. Площадь, занимаемая сборным каналом, не входит в площадь фильтрования. Ширина канала зависит от диаметра коллектора, но должна быть не менее 0,7 м.

Площадь дна фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстояниях между ними m = 0,30 м,

fотв = 4 0,3 =1,2 м2 .

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление,

qотв = fотвωп =1,2 12 =14,4 л/с.

Диаметр труб ответвлений dотв = 125 мм (ГОСТ 3262–75 с изм.), тогда скорость выхода воды в ответвление будет 1,28 м/с (что не превышает рекомендуемую скорость 1,8 м/с).

В нижней части ответвлений под утлом 45о к вертикали предусматриваем отверстия dо = 10…12 мм. Отношение площади всех отверстий ∑fo в ответвлениях распределительной системы к площади фильтра принимаем равным 0,25 %.

При площади одного фильтра F = 24 м2 суммарная площадь отверстий

∑fо = 0,2510024 = 0,06 м2 = 600 см2.

При диаметре отверстий dо = 12 мм площадь отверстий fo = 1,13 см2.

Общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра:

n= ∑fо = 600 = 531 шт.

оfо 1,13

40