Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование водопроводных очистных сооружений. Учебное пособие
.pdf
Н
≥ 0,5 – превышение строительной высоты над расчетным
стр
уровнем воды [4, п. 9.84], м;
– дополнительная высота над нормальным уровнем воды
Н
доп
в фильтрах, м.
Величина Н
учитывает повышение расчетного уровня при
доп
работе фильтров с постоянной скоростью фильтрования за счет
накопления объема воды (W
, м3), который образуется за время
о
простоя одновременно промываемых фильтров и определяется по
формуле:
о
, м, (6.86)
∑
ф
где F
доп
– суммарная площадь фильтров, м2, в которых происходит
ф
накопление воды.
Объем воды W
можно определить по выражению:
о
ф···
о
, м3. (6.87)
Согласно [4, п. 9.83], предельные потери напора зависят от типа
фильтра. Для открытых фильтров они составляют 3,0-3,5 м, для
напорных – 6-8 м.
При выключении части фильтров на промывку скорость
фильтрования на остальных не должна превышать величину V
,
ф
указанную в [4, табл. 15]. При этом она может приниматься
постоянной или повышающейся.
В форсированном режиме работы скорости в подводящем
и отводящем фильтрат трубопроводах должны быть 1,0-1,5 м/с
[4, п. 9.85].
Пример 6.5. Определить размеры скорых безнапорных фильтров
3
для очистной станции полезной производительностью 60000 м
/сут.
Станция работает в сутки – 24 ч.
Принимаем по [4, табл. 15]:
вид загрузки – дробленый керамзит;
высота загрузки – Н
= 1,5 м;
з
диаметр частиц: минимальный – 0,7 мм, максимальный – 1,6 мм;
скорость фильтрования – V
= 7 м/ч.
н
71
По [4, табл. 16] назначаем параметры промывки:
вид – водой;
число – 2 шт;
2
интенсивность – 15 л/с·м
;
продолжительность – 5 мин.
Находим удельный расход по формуле 6.81:
0,06 · 15 · 54,5 м
пр
3/м2
.
Площадь фильтров по формуле 6.80:
ф
··,·,·
388,65 м
2
.
Число фильтров (формула 6.82):
388,65
ф
2
9,86.
Принимаем количество фильтров равным 10. При этом скорость
при формированном режиме по формуле 6.83 равна:
ф
7,8 м/ч < 8,5 м/ч ([4, табл. 15]).
·
Площадь одного фильтра (формула 6.84):
,
38,865 м
ф
Так как площадь фильтра более 30 м
2
.
2
, принимаем фильтры
с центральным каналом с размерами фильтрующей поверхности
секций 6×3,24 м.
Принимаем: высоту поддерживающего слоя Н
слоя воды над загрузкой Н
высоты Н
= 0,5 м.
стр
= 2,0 м, превышение строительной
в
= 0,5 м, высоту
под
Определяем дополнительный объем воды по формуле 6.87:
,···
о
=174,87 м3.
Находим дополнительную высоту по выражению 6.86:
доп
,
0,5 м.
,,
Полная высота фильтра по формуле 6.85 составит:
0,5 1,5 2,0 0,5 0,5 5,0 м.
ф
72
6.2.2. Расчет распределительной системы фильтра
Распределительные (дренажные) системы фильтров
устраиваются с поддерживающими слоями или без них
(безгравийные). Во втором случае их выполняют из щелевых труб,
пористого бетона или колпачков.
Параметры (крупность фракций и их высоту) поддерживающих
слоев принимают по [4, табл. 14]. Ответвления трубчатых
распределительных систем (дренажей) большого сопротивления
размещают на расстоянии 250-350 мм
друг от друга (в осях). Их
перфорация выполняется в виде отверстий диаметром 10-12 мм,
расположенных в два ряда (в шахматном порядке) под углом 45
о
к низу от вертикали. Шаг отверстий 150-200 мм (в осях). Их
суммарная площадь принимается в долях от рабочей площади
фильтра (должна составлять 0,25-0,5 %).
В безгравийных системах на ответвлениях устраивается щелевая
перфорация. Ширина щели назначается в зависимости от
минимального размера зерен загрузки (должна быть меньше на
0,1 мм). Их суммарная площадь должна равняться 1,5-2 % рабочей
площади фильтра. Размещение щелей выполняют равномерно
поперек оси и по периметру трубы (в два ряда и более).
Для расчета дренажной системы фильтра определяют количество
воды, необходимое для его промывки:
·, л/с. (6.88)
ф
Число дренажных труб определяют из выражения:
ф
·, шт., (6.89)
др
где l
l
отв
– длина фильтра (кармана), м;
ф
– шаг расположения дренажей (в осях), принимается 0,25-0,35 м;
др
k – коэффициент, принимаемый равным 1 для фильтров
с боковым карманом и 2 – для фильтров с центральным каналом.
Расход промывной воды, который приходится на одну
дренажную трубу, определяют по формуле:
73
др
, л/с. (6.90)
отв
Диаметр труб подбирают таким образом, чтобы скорость в их
начале составляла 1,6-2,0 м/с.
Суммарную площадь отверстий в дренажной системе
рассчитывают по формуле:
·
ф
∑
отв
2
, м
, (6.91)
где а – доля отверстий от площади фильтра, % (0,25-0,5%).
Количество отверстий в дренаже фильтра:
∑
др
отв
, шт, (6.92)
отв
здесь f
– площадь отверстия, м2.
отв
Число отверстий на одной дренажной трубе:
др
, шт. (6.93)
отв
):
отв
·
отв
, м. (6.94)
др
др
Расчетный шаг отверстий по длине ответвления (l
отв
Пример 6.6. Рассчитать распределительную систему фильтра
по условиям примера 6.5.
Определяем расход на промывку фильтра по формуле 6.88:
3
38,865 · 15582,9 л/с = 0,5829 м
/с.
Принимаем диаметр подводящего промывную воду к фильтру
трубопровода равным 630 мм (V
= 1,95 м/с).
к
Принимаем шаг расположения дренажей (в осях) – 0,3 м
(300 мм). Тогда их число по формуле 6.89:
отв
·240 шт.
,
Расход по дренажной трубе при промывке составит (формула
6.90):
др
14,57 л/с.
,
Диаметр труб ответвлений принимаем равным 100 мм
= 1,42 м/с).
(V
о
74
Принимаем долю отверстий от площади фильтра 0,25. Тогда их
площадь по выражению 6.91 будет:
∑
отв
,·,
0,097 м
2
.
Принимаем d
0,785 · 0,0120,000113 м
отв
= 12 мм (0,012 м). Его площадь составит
отв
2
.
Необходимое количество отверстий (формула 6.92):
др
,
858 шт.
,
Их число на одной трубе по формуле 6.93:
21,522 шт.
др
Шаг отверстий по формуле 6.94 при длине трубы 3,24 м:
отв
·,
0,294 м.
Расположение отверстий будет выполнено под углом 45 град.
к вертикальной оси трубы. Порядок расположения – шахматный,
в два ряда.
6.2.3. Расчет устройств для сбора и отвода
воды при промывке фильтра
Промывную воду в фильтрах собирают с помощью желобов. Они
устраиваются полукруглого или пятиугольного сечения [9, 12].
Число желобов в фильтре можно определить по
ф
·, шт., (6.95)
мж
где l
жел
– длина кармана фильтра (ширина фильтра), м;
ф
≤ 2,2 – расстояние между желобами (в осях), м;
l
мж
формуле:
k – коэффициент, принимаемый для фильтров с боковым
карманом, равным 1, с центральным каналом – 2.
Расход воды, приходящийся на один желоб при промывке, равен:
жел
·
, м3/с. (6.96)
жел
Ширина желоба определяется по формуле [12]:
жел
жел
·
75
жел
,
, м, (6.97)
жел
где а
– отношение высоты прямоугольной части желоба к половине
жел
его ширины, принимаемое от 1 до 1,5;
– коэффициент, принимаемый для полукруглых желобов
k
жел
равным 2, для пятиугольных – 2,1.
Высота желоба равна:
• прямоугольной части:
0,75·
пр
, м; (6.98)
жел
• полезная:
полез
1,25·
, м; (6.99)
жел
• полная полезная (с учетом толщины стенки δ, м):
полн
полез
, м. (6.100)
При устройстве фильтров особое внимание должно уделяться
проверке расположения кромок желобов. Они должны быть на одном
уровне и строго горизонтальны, а их лотки в сторону сборного канала
иметь уклон 0,01.
Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок
желобов определяют по формуле [4, п. 9.94]:
з·
з
0,3, м, (6.101)
где Н
жел
– высота слоя загрузки, м;
з
– относительное расширение загрузки при промывке, %,
а
з
принимаемое по [4, табл. 16].
В фильтрах со сборным каналом дно желоба должно быть
расположено выше дна канала. Это расстояние определяют по
формуле:
кан
,·
0,2, м, (6.102)
кан
где q
– расход воды по каналу, м3/с;
кан
≥ 0,7 – ширина канала, м.
В
кан
1,73·
кан
В зависимости от площади фильтра устраивается либо боковой
2
сборный канал (при площади до 30 м
2
(при площади более 30 м
, рис. 6.5).
, рис. 6.4), либо – центральный
76
Рис. 6.4. Схема скорого фильтра с боковым каналом:
1 – подающий трубопровод осветленной воды;
2 – отводящий трубопровод очищенной воды;
3 – трубопровод подачи воды на промывку;
4 – трубопровод отвода промывной воды; 5 – дренажная система;
6 – желоб; 7 – трубопровод для полного опорожнения;
8 – боковой канал; 9 – поддерживающие гравийные слои;
10 – фильтрующая загрузка
При использовании в качестве загрузки фильтров кварцевого
песка следует предусматривать водовоздушную промывку (ВВП).
Рекомендации по режиму промывки принимают согласно п. 9.95 [4].
Вода и воздух могут подаваться на промывку по раздельным
трубчатым системам или по одной. В последнем случае
распределительная система оборудуется специальными колпачками.
При ВВП применяют систему горизонтального отвода промывной
воды
с пескоулавливающим желобом, образованным двумя
наклонными стенками – водосливной и отбойной. Описание
устройства системы горизонтального отвода промывной воды
приведено в [6, гл. 21], а основные размеры конструктивных
элементов пескоулавливающего желоба – в [6, табл. 21.9].
77
Рис. 6.5. Схема фильтра с центральным каналом:
1 – фильтрующая загрузка; 2 – поддерживающие гравийные слои;
3 – дренажно-распределительная система; 4 – центральный канал; 5 – желоба;
трубопроводы: 6 –
воды на промывку; 9 – отвод промывной воды; 10 – полного опорожнения
осветленной воды; 7 – очищенной воды; 8 – подачи
На подающем воду на промывку трубопроводе устанавливают
стояки-воздушники диаметром 75-150 мм, которые должны быть
оборудованы запорной арматурой или автоматическими
устройствами для выпуска воздуха. Рекомендации по их размещению
приведены в [4, п. 9.91]. Подача промывной воды осуществляется
насосами или из бака. Системы рассчитывают на одну (при числе
фильтров до 20) или две промывки. При
расчете объема промывного
бака учитывают запас на одну дополнительную промывку сверх их
расчетного числа. При определении требуемого напора воды для
промывки учитывают потери напора в: загрузке фильтров,
распределительной системе, подводящих коммуникациях.
Заполнение бака водой производится из резервуара чистой воды
насосом в периоды между промывками фильтров при форсированном
режиме. Забор воды может
осуществляться из трубопроводов
фильтрованной воды (при условии, что он ≤ 50 % расхода фильтрата).
В резервуарах чистой воды также должен предусматриваться запас на
одну дополнительную промывку. В подающих и отводящих
78
трубопроводах промывной воды скорости принимают 1,5-2,0 м/с.
Доля расхода воды (от общего расхода по станции), расходуемая на
промывку фильтров, определяется по формуле [7]:
100 · п·
ф
, %, (6.103)
·
где W
– количество воды, расходуемое на одну промывку, м3;
п
n – число фильтров на станции;
3
q – расчетный расход воды станции, м
/ч;
Т – время работы фильтров (между промывками), ч.
Рекомендации по проектированию, описание устройства
и примеры расчета фильтров приведены в [6, 9, 12].
Пример 6.7. Рассчитать устройства для сбора и отвода воды при
промывке фильтра по условиям примера 6.5.
Принимаем l
= 2,0 м. Тогда желобов в фильтре (формула 6.95)
мж
будет:
жел
·26 шт.
Расход воды при промывке, приходящийся на один желоб
(формула 6.96), равен:
жел
,
0,09715 м
·
3
/с.
Принимаем пятиугольный желоб с отношением а
= 1. Ширина
жел
желоба по формуле 6.97 составит:
0,47 м.
жел
2,1·
,
,
Принимаем толщину стенки желоба δ = 0,05 м, тогда его высота
будет:
прямоугольной части (формула 6.98):
0,75 · 0,47 0,35 м;
пр
полезная (формула 6.99):
полез
1,25 · 0,47 0,59 м;
полная полезная (формула 6.100):
полн
0,59 0,05 0,64 м.
79
По [4, табл. 16] принимаем аз = 30 %, тогда расстояние от
поверхности фильтрующей загрузки до кромок желоба составит
(формула 6.101):
жел
0,30,75 м.
,·
Ширину сборного канала принимаем 0,8 м (учитывая, что
наружный диаметр подающего промывную воду трубопровода
составляет 630 мм).
Дно желоба будет находиться выше дна канала на величину
(формула 6.102):
0,20,86 м.
1,73·
кан
,
,·,
6.2.4. Определение потерь напора при промывке фильтров
Требуемый напор при промывке складывается из геометрической
высоты подачи воды и потерь напора. Первое слагаемое определяется
разностью между отметками кромки сборных желобов и низшим
уровнем воды в резервуаре (или его дном).
Потери напора включают в себя потери в: распределительной
системе, фильтрующем слое
, поддерживающих слоях, подающем
трубопроводе.
Распределительная система
Потери напора определяют по формуле:
·
к
·
о
, м, (6.104)
·
где V
= 0,8-1,2 – скорость в начале коллектора, м/с [4, п. 9.88];
к
= 1,6-2,0 – средняя скорость на входе в ответвления, м/с
V
о
[4, п. 9.88];
ξ
– коэффициент гидравлического сопротивления, который
зависит от вида перфорации:
– в виде круглых отверстий:
– щелевая:
,
1; (6.105)
п
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]