Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование водопроводных очистных сооружений. Учебное пособие
.pdf
6. ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ СХЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ
РАСЧЕТ ОТСТОЙНИКОВ И КАМЕР ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ
6.1.
Отстойники являются первой ступенью осветления
и обесцвечивания воды при двухступенчатой очистке. В практике
коммунального водоснабжения наибольшее распространение
получили вертикальные и горизонтальные отстойники [11].
Согласно рекомендациям табл. 3.1, вертикальные отстойники
применяют: при производительности водопроводных очистных
3
сооружений – до 5000 м
/сут, мутности исходной воды – до 1500 мг/л
и цветности – до 120 град., а горизонтальные отстойники при
3
производительности – свыше 30000 м
/сут и том же качестве
исходной воды.
Площадь зоны осаждения отстойников определяют для двух
периодов [4, п. 9.49] с характерной мутностью:
– минимальной (как правило, наблюдается при минимальном
зимнем расходе воды);
– наибольшей (при наибольшем расходе воды, который
соответствует этому периоду).
В качестве расчетной принимается наибольшее из полученных
значений.
Согласно [4, п. 9.43] в
отстойниках необходимо предусматривать
встроенные камеры хлопьеобразования (КХ) гидравлического типа.
В горизонтальных отстойниках следует проектировать камеры:
перегородчатые, вихревые или контактные (которые могут иметь
зернистую загрузку или быть оборудованы тонкослойными
модулями). Рекомендации по проектированию указанных камер
хлопьеобразования приведены в [4, пп. 9.45, 9.46, 9.47].
Камеры предназначены для протекания в них процессов, которые
способствуют повышению эффективности работы отстойников
.
Обрабатываемую воду в камерах хлопьеобразования подвергают
перемешиванию, создавая в них встречные потоки. В результате
взаимных столкновений хлопья гидроокисей алюминия или железа
с сорбированными на них примесями укрупняются.
41
6.1.1. Расчет горизонтальных отстойников
Площадь горизонтальных отстойников в плане определяют
по формуле [6, формула 20.1]:
об·
г.о.
где q – расход осветляемой воды, м
– гидравлическая крупность взвеси, мм/с, принимается по [4,
u
0
,·
, м2, (6.1)
3
/ч;
табл. 11];
α
– коэффициент запаса, учитывающий, что объем отстойника
об
используется не полностью, принимается равным 1,3.
Длину отстойников L, м, рассчитывают по формуле:
ср·
ср
, м, (6.2)
где Н
– высота (средняя) в зоне осаждения, м, должна быть 3-3,5 м;
ср
– скорость движения (горизонтального) воды в начале
V
ср
отстойника (для маломутных вод принимается равной 6-8 м/с, для вод
средней мутности – 7-10 м/с, мутных – 9-12 м/с).
Ширина секции отстойника [4, п. 9.54] принимается не более
В = 6,0 м, в чистоте – 5,8 м.
Количество отстойников N равно:
г.о.
, шт. (6.3)
·
Фактическая длина отстойника уточняется по формуле:
факт
г.о.
, м. (6.4)
·
Сбор осветленной воды по площади отстойника согласно
[4, п. 9.61] предусматривается желобами. Вода в желоб поступает
через затопленные отверстия, которые устраивают на последних 2/3
их длины.
Количество желобов назначают таким образом, чтобы расстояние
между их осями не превышало 3,0 м [4, п. 9.61]).
Расход воды, проходящий по одному водосборному желобу,
будет:
где n
ж
– количество желобов, шт.
ж
, м3/ч, (6.5)
·
ж
42
l
П
Рис. 6.1. Схема горизонтального отстойника со встроенной
камерой хлопьеобразования:
I – камера хлопьеобразования (КХ); II – горизонтальный отстойник (ГО);
а – зона осветления воды; б – зона накопления осадка;
1 – трубопровод подачи воды в КХ; 2 – дырчатые распределительные трубы;
3 – стенка водослива, разделяющая КХ с ГО; 4 – подвесная перегородка;
5 – сборные желоба; 6 – трубопровод осветленной воды; 7 – дырчатые трубы
для сброса осадка из ГО; 8 – трубопроводы для удаления осадка из ГО;
трубопроводы для удаления осадка из ГО и КХ соответственно
9 –
Площадь поперечного сечения желоба определяют по скорости
движения осветленной воды (V
= 0,6–0,8 м/с [4, п. 9.61]) в его конце:
ж
ж
, м2. (6.6)
ж
ж
Соотношение ширины и высоты желоба принимают равным
1,5:1.
Необходимая суммарная площадь отверстий, которые устраивают
на каждом желобе, равна:
∑
отв
отв
, м2, (6.7)
отв
где V
– скорость движения воды в отверстии, принимается равной
отв
1,0 м/с.
Диаметр отверстий принимается не менее 25 мм.
Количество отверстий на одном желобе:
∑
отв
, шт., (6.8)
отв
отв
43
здесь ω
– площадь одного отверстия, м2.
отв
Шаг отверстий (располагаются с обеих сторон желоба) будет:
·
·
, м. (6.9)
отв
По мере осветления воды в отстойнике происходит накопление
осадка, в связи с этим возникает необходимость периодического
удаления его из отстойника. Количество сбрасываемого осадка
принимается равным объему зоны накопления и уплотнения осадка
[6, формула 20.6]:
·р
ос
·
·, м
где q – производительность одного отстойника, м
– концентрация взвешенных веществ на входе, г/м3;
С
р
3
, (6.10)
3
/ч;
m – мутность осветленной воды, принимается от 8 до 15 г/м
δ
– концентрация твердой фазы осадка (принимается по
[4, табл. 12] как средняя по всей высоте осадочной части);
Т – период между сбросами, зависит от качества исходной воды
δ
и принимается согласно [4, табл. 12] с учетом величины
, ч.
Средняя высота зоны накопления осадка составляет:
ос
з.н.
здесь F – площадь отстойника (
, м, (6.11)
⁄
г.о.
), м2.
Глубина отстойника равна:
3
[5];
ср
, м. (6.12)
з.н.
Осадок из отстойников удаляется в течение 20-30 мин [4, п. 9.57]
гидравлическим путем. С этой целью из перфорированных труб,
которые располагают на расстоянии не более 3,0 м (2,0 м – при
плоском дне) друг от друга (в осях), устраивают специальную
сборную систему.
Расчетный расход осадка в конечном сечении трубы равен:
р·
,··
ос
, л/с, (6.13)
у
где К
ос
– коэффициент разбавления осадка, принимается согласно
р
[4, п. 9.60];
44
n – количество труб в отстойнике;
τ
– время, за которое удаляется осадок, мин.
у
Суммарная площадь отверстий в каждом перфорированном
трубопроводе равна:
∑
·
отв
, м2, (6.14)
тр
где К – коэффициент, равный отношению площадей всех отверстий
и сечения трубы, принимается равным 0,5-0,7;
– площадь перфорированного трубопровода, м2.
ω
тр
Диаметр отверстий принимается не менее 25 мм. Количество
отверстий на одной трубе:
∑
отв
, шт., (6.15)
отв
здесь ω
отв
– площадь отверстия, м2.
отв
Отверстия располагают с двух сторон трубы с шагом:
·
, м. (6.16)
отв
Горизонтальные отстойники проектируют, руководствуясь
требованиями [4, пп. 9.53-9.61].
Пример 6.1. Рассчитать горизонтальные отстойники для
3
очистных сооружений производительностью 63134,9 м
3
2630,62 м
/ч. Содержание взвешенных веществ составляет:
/сут или
минимальное – 25,0 мг/л, максимальное – 172 мг/л (с учетом
реагентной обработки воды). Коэффициент снижения расхода воды
в зимний период k = 0,8.
Площадь горизонтальных отстойников по формуле 6.1 составит:
− при минимальном содержании взвешенных веществ (25,0 мг/л)
= 0,35 мм/с:
u
0
г.о.
− при наибольшем содержании взвешенных веществ (172 мг/л)
= 0,45 мм/с:
u
0
,·,·,
г.о.
,·,
,·,
2171,3 м
2110,99 м
,·,
В качестве расчетной принимаем бóльшую площадь – 2171,3 м
2
;
2
.
2
.
45
Принимаем высоту зоны осаждения равной 3 м, а скорость
в начале отстойника – 9 мм/с. Тогда длина отстойников по формуле
6.2 будет:
·
60 м.
,
Ширина секции отстойника [4, п. 9.54] принимается не более
В = 6,0 м, в чистоте – 5,8 м.
Количество отстойников по формуле 6.3 равно:
,
·,
6,24 шт.
Принимаем 6 отстойников.
Уточненная длина отстойника составит (формула 6.4):
факт
·,
62,3962,4 м.
,
Принимаем к установке два желоба.
Расход воды, приходящийся на желоб по формуле 6.5, будет:
ж
,
·
219,22, м
3
/ч или 0,0609 м3/с.
Принимаем скорость движения осветленной воды в конце желоба
= 0,7 м/с, тогда площадь живого сечения желоба по формуле 6.6
V
ж
составит:
ж
,
0,087 м
,
2
.
Учитывая отношение его ширины к высоте, получаем:
1,5·1;
ж
1,51,5 · 0,240,36 м; ж0,24 м.
ж
ж
,
,
0,24 м.
,
Площадь отверстий на желобе по формуле 6.7 будет равна:
∑
отв
,
0,0609 м
2
.
Принимаем отверстия с площадью каждого
ω
(d = 25 мм). На одном желобе их будет (формула 6.8):
отв
,
124 шт.
,
Размещаться они будут с шагом (формула 6.9):
·
·,
0,67 м.
46
= 0,00049 м2
отв
Максимальная концентрация взвешенных веществ по заданию
составляет С
равной m = 15 г/м
= 172 г/м3. Принимаем: мутность осветленной воды
р
3
, удаление осадка с периодичностью Т = 10 сут или
240 ч.
Количество сбрасываемого осадка (формула 6.10) будет:
ос
,·
·
· 240413 м
3
.
Площадь одного отстойника равна:
2171,3 6361,88
⁄
м
2
.
Средняя высота зоны накопления осадка по формуле 6.11:
з.н.
1.14 м.
.
Средняя глубина отстойника равна (формула 6.12):
3 1,144,14 м.
Принимаем глубину отстойника Н = 4,2 м.
Для удаления осадка принимаем две перфорированных трубы
в каждом отстойнике. Коэффициент разбавления осадка принимаем
согласно [4, п. 9.60] равным 1,5. Продолжительность удаления осадка
принимаем равной 30 мин (0,5 ч). Расчетный расход осадка
в конечном сечении трубы по формуле 6.13 будет равен:
ос
,··,
172,08 л/с.
,·
Принимаем трубы стальные диаметром 400 мм V = 1,29 м/с, что
соответствует нормативным требованиям [4].
Принимаем значение коэффициента K = 0,7, тогда суммарная
площадь отверстий по формуле 6,14 будет равна:
=0,0879 м2.
∑
отв
0,7·
,·,
Диаметр отверстий назначаем 25 мм (0,0025 м). Их количество на
одной трубе составит (формула 6.15):
отв
,
,·,
179,4179 шт.
Шаг отверстий (формула 6.16) будет:
·,
0,6970,7 м.
47
6.1.2. Расчет камеры хлопьеобразования,
встроенной в горизонтальный отстойник
Встроенные камеры хлопьеобразования устраивают в передней
части горизонтальных отстойников. Вода после смесителей подается
в распределительные перфорированные трубы, уложенные по дну
камеры.
Общая площадь (в плане) камер хлопьеобразования определяется
по формуле:
·
, м2, (6.17)
к
где q – расчетный расход, м
– скорость восходящего потока в верхнем сечении камеры,
V
к
3
/ч;
∑
к
принимается 0,8-2,2 мм/с при очистке мутных вод и 0,65-1,6 мм/с для
вод средней мутности.
Площадь одной камеры равна (устраивается в каждом
отстойнике):
∑
к
к
, м2, (6.18)
где N – количество отстойников, шт.
Камеры устраивают во всю ширину отстойника (B). Их длину
можно рассчитать по формуле [12]:
к
, м. (6.19)
, м. (6.20)
к
Высота камеры H
должна превышать высоту отстойнику на
к
величину потерь напора h
:
к
к
к
Потери напора в камере равны:
к
к
, м, (6.21)
к·
где V
– скорость через водослив, согласно [4, п. 9.46] не должна
в
превышать 0,1 м/с для мутных (более 600 мг/л) вод и 0,05 м/с для
цветных вод;
– производительность камеры, определяется по формуле:
q
к
к
, м3/с. (6.22)
·
48
Вода в камере должна находиться больше 20 мин [4, п. 9.45].
Расчетное время пребывания можно определить по выражению:
к
, мин. (6.23)
·
к
Распределение воды в камере производится дырчатыми трубами.
Расход воды по одной трубе равен:
тр
к
, м3/с, (6.24)
где n – количество дырчатых труб, шт.
По найденному расходу находят диаметр распределительных
труб при скорости движения воды 0,5-0,6 м/с.
Отверстия в распределительных трубах устраивают диаметром
25 мм и более. Их суммарная площадь в пересчете от площади
сечения распределительной трубы должна составлять 30-40 %:
∑
отв
·
·
, м2, (6.25)
где К
– коэффициент перфорации, принимается равным 0,3-0,4.
w
Количество отверстий на одной трубе:
∑
отв
, шт., (6.26)
отв
где f
отв
– площадь одного отверстия, м2.
отв
Отверстия располагают по обеим сторонам трубы с шагом:
·
к
, м. (6.27)
отв
Водосливная стенка по высоте размещается ниже уровня воды на
величину потерь напора в камере h
.
к
В отстойнике (на входе) устраивают подвесную перегородку
(рис. 6.1), которую погружают в воду на одну четвертую высоты
отстойника. Скорость воды межу водосливом и подвесной
перегородкой согласно [4, п. 9.46] должна быть V
≤ 0,03 м/с,
п
а расстояние между ними определяется по формуле:
к
, м. (6.28)
п·
п
Пример 6.2. Рассчитать камеру хлопьеобразования, встроенную
в отстойник, рассчитанный в примере 6.1.
49
Принимаем скорость восходящего потока воды в камере
= 2,2 мм/с или 0,0022 м/с, тогда общая площадь камер (формула
V
к
6.17) будет:
∑
к
·,
,
332,15 м
2
.
Количество камер равно числу горизонтальных отстойников
(N = 6 шт.). Площадь камеры по формуле 6.18 равна:
к
,
55,36 м
2
.
Камеры устраиваются во всю ширину отстойника, которая
в нашем случае равна B = 5,8 м. Зная ширину отстойника, можно
найти длину камеры по формуле 6.19:
,
к
9,54 м.
,
Требуемая пропускная способность камеры по формуле 6.22:
к
,
·
0,12179 м
3
/с.
Принимаем скорость через водослив равной 0,05 м/с, тогда
потери напора в камере (формула 6.21) будут:
к
,·,
0,42, м.
,
Высота камеры по формуле 6.20:
4,2 0,42 4,62 м.
к
Продолжительность нахождения воды в камере при полученной
высоте составит (формула 6.23):
,
·,
34,85 мин. > 20 мин [4, п. 9.45].
Распределение воды в камере производится тремя дырчатыми
трубами. Расход воды по одной трубе по формуле 6.24 равен:
тр
,
0,04059 м
3
/с = 40,59 л/с.
По найденному расходу и скорости движения воды в трубе
находим диаметр распределительных труб – 300 мм (V
= 0,53 м/с).
тр
Принимаем коэффициент перфорации 0,4, тогда суммарная
площадь отверстий по формуле 6.25 будет:
∑
отв
0,4·
,·,
50
0,028 м
2
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]