7334
.pdf21
предусматриваем трубопровод D=200 мм, выводимый к сточной системе.
Время полного опорожнения резервуара при переменном напоре в 2 раза больше времени истечения того же объема воды при постоянном напоре,
равном начальному [4]:
|
|
|
tоп = |
|
2 ×W1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
, ч. |
|
|
|||
|
|
|
3600 × qоп |
|
|
|||||||
где W1 – |
рабочий объем отстойника, м3; |
|
|
|||||||||
q – |
|
расход, сбрасываемой при постоянном напоре воды м3/с . |
||||||||||
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qоп = μ ×ω |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2q × H p |
|
|
|||||||
где μ – |
коэффициент расхода; |
|
|
|||||||||
ω – |
площадь поперечного сечения трубы, м2; |
|
|
|||||||||
Hр – |
рабочая глубина отстойника, м. |
|
|
|||||||||
Для ориентировочных расчетов при истечении жидкости из резерву- |
||||||||||||
ара в трубу коэффициент расхода принят 0,6 [3]. |
|
|
||||||||||
При средней глубине отстойника Hр= 4,5 м: |
|
|
||||||||||
|
|
|
3,14 ×0,22 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
qоп = 0,6 × |
|
× 2 ×9,18 × 4,5 = 0,177 м |
/с . |
|||||||
|
|
4 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время полного опорожнения отстойника:
tоп = |
2 ×1073 |
= 3,4 |
ч. |
3600 ×0,177 |
Отстойники с встроенными камерами хлопьеобразования выполняют-
ся в сборно-монолитном железобетоне. Для утепления одна сторона от-
стойников и камер хлопьеобразования обваловывается грунтом, с другой запроектирована проходная галерея с обводным трубопроводом и обваловка не предусмотрена. Перекрытие отстойников утепляется керамзитобетоном
свыполнением гидроизоляции. Для проведения ремонтно-
профилактических работ спуск в отстойники предусмотрен по лестницам-
стремянкам из павильона камер хлопьеобразования и фильтрозала, охваты-
22
вающего концевую часть отстойников. При данном проектном решении устройство специальных вентиляционных труб и люков-лазов не требует-
ся. В перекрытии через 10 м предусмотрены пробоотборные колонки
D=100 мм со съемными крышками.
1.3. Вертикальные отстойники с водоворотными камерами хлопьеобразования
1.3.1. Область применения, конструкция, принцип работы
Вертикальные отстойники рекомендуется применять в качестве пер-
вой ступени на станциях реагентной очистки воды производительностью до 5 тыс. м3/сут, при мутности исходной воды до 1500 мг/л и цветности до
120°.
Сооружение выполняется в виде круглого или квадратного в плане резервуара с коническим или пирамидальным днищем для накопления и уплотнения осадка (рис.3). В центре предусматривается встроенная камера хлопьеобразования водоворотного типа, представляющая собой металли-
ческий или железобетонный цилиндр, в верхнюю часть которого поступает вода по трубопроводу, снабженному на конце соплами-насадками. Сопла направлены по касательной и закреплены в виде неподвижного сегнерова колеса, благодаря чему создается вращательное движение воды, способ-
ствующее эффективному ее перемешиванию при движении сверху вниз.
Для гашения вращательного движения воды при ее переходе в отстой-
ник, которое могло бы ухудшить его работу, внизу камеры устраивают га-
ситель в виде крестообразной решетки.
Как показывает опыт эксплуатации вертикальных отстойников, при малых скоростях восходящего потока основное количество коагулирован-
ной взвеси осаждается в отстойнике. Это объясняется тем, что в медленно восходящем потоке воды коагулированная взвесь, постепенно агломери-
руясь, достигает таких размеров, что скорость се осаждения становится больше скорости восходящего потока.
23
Рис. 3. Вертикальный отстойник с водоворотной камерой хлопьеобразования:
1 – подача воды; 2 – распределительные сопла; 3 – камера хлопьеобразования; 4 – решетка гаситель; 5 – вертикальный отстойник; 6 – сборный карман; 7 – отвод осветленной воды; 8 – удаление осадка; 9 – сборный кольцевой желоб.
24
Сбор осветленной воды предусматривается периферийными и (при большой площади отстойника) радиальными желобами с затопленными отверстиями или треугольными водосливами.
Выпуск накопившегося и уплотненного осадка может производиться во время работы отстойника.
1.3.2. Проектирование вертикальных отстойников
Расчет, вертикальных отстойников следует производить в соответ-
ствии с п.п. 9.49-9.52 [1] и, как правило, проектирование встроенных камер хлопьеобразования водоворотного типа ведут в рамках этого расчета.
В соответствии с предполагаемыми размерами здания и компоновкой сооружений определяют ориентировочное число отстойников, при количе-
стве их менее шести предусматривается один резервный.
Площадь зоны осаждения Fос , м2 вертикального отстойника (без установки в нем тонкослойных блоков) определяют для двух периодов:
·минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды:
·наибольшей мутности при наибольшем расходе воды, соответству-
ющем этому периоду.
Расчетная площадь зоны осаждения должна соответствовать наибольшему значению:
Fос = |
βоб × qч |
, |
3,6 ×V p × N p |
где qч – - расчетный расход станции для периодов максимального и минимального суточного водопотребления, м3/ч;
Vp – расчетная скорость восходящего потока, мм/с, принимаемая
(при отсутствии данных технологических изысканий) не более указанных в
табл.11 [1];
Np – количество рабочих отстойников;
βоб – коэффициент, учитывающий объемное использование от-
25
стойника, величина которого принимается 1,3-1,5 (нижний предел - при отношении диаметра к высоте отстойника - 1, верхний - при 1, 5).
Площадь зеркала воды в отстойнике складывается из площадей зоны осаждения и встроенной камеры хлопьеобразования.
При времени пребывания воды в камере хлопьеобразования t=15-20 мин и ее высоте Hк=3,5-4 м площадь камеры определяется по формуле:
Fк = |
qч ×t |
2 |
. |
|
|
, м |
|
||
60 × H к × N p |
|
Камеры принимаются круглой в плане формы при диаметре в чисто-
те:
D = |
|
4 × Fk |
|
,м |
|
||||
k |
π |
|
|
|
|
|
|
|
Для гашения вращательного движения воды при ее переходе в от-
стойник внизу камеры устраивают решетку в виде крестообразной пере-
городки с ячейками размером 0,5x0,5 м, высотой 0,8 м.
Общая площадь одного отстойника:
Fо = Fво + Fк , м2 .
По условиям компоновки выбирается форма сооружений и раз-
меры в плане.
Диаметр трубопровода, подводящего обрабатываемую воду к ка-
мере хлопьеобразования, принимается по скорости 0,7-1 м/с, скорость выхода воды из распределительных сопел-насадок, направленных по ка-
сательной, 2-3 м/с. Сопла располагаются на расстоянии 0,2 диаметра ка-
меры от стенки на глубине 0,5 м от поверхности воды.
Потеря напора в сопле определяется по формуле:
h = ξ |
V 2 |
м , |
|
2 × g |
|||
|
|
где x – коэффициент сопротивления, принимаемый равным 1,18;
26
V – скорость выхода воды из сопла, м/с.
Зона накопления и уплотнения осадка вертикального отстойника
предусматривается с наклонными стенками. Угол между ними 70-80°.
При найденном диаметре отстойника (или стороне) и принятом угле конусности днища емкость осадочной части является фиксирован-
ной. Поэтому ее лишь проверяют по продолжительности работы отстой-
ника Тр ,ч , между сбросами осадка, которая должна быть не менее 6 ч.
Проверку производят по формуле:
Tp = |
Wоc.ч × N p ×δ |
|
|
, ч , |
|
|
||
|
qч ×(Св - Мосв ) |
где Wос.ч – объем зоны накопления и уплотнения осадка, м3;
δ – средняя концентрация уплотненного осадка, г/м3;
Св - концентрация взвешенных веществ в воде, г/м3;
Мосв – мутность воды, выходящей из отстойника, принимаемая
от 8 до 15 г/м3.
Сбор осветленной воды предусматривается желобами при скорости движения в них воды 0,5-0,6 м/с.
1.3.3. Пример расчета
Рассчитать вертикальные отстойники и камеры хлопьеобразования для станции водоподготовки с расчетной производительностью
Qсутполн =2400 м3/сут. Концентрация взвешенных веществ в воде, поступаю-
щей в отстойник составляет Св=160 мг/л, цветность - 40°. При обработке воды в дополнение к коагулянту предусмотрено использование флокулян-
та. Станция работает равномерно в течение суток.
Определим часовую производительность станции:
полн
qч = Qсут = 2400 =100 м3/ч . 24 24
27
В технологической схеме очистки воды предусматриваем вертикаль-
ные отстойники с встроенными камерами хлопьеобразования водоворотно-
го типа.
Расчетную скорость восходящего потока воды в зоне осаждения для вод средней мутности принимаем Vp=0,45 мм/с. Поскольку применение флокулянта позволяет увеличить скорость на 15-20%, а встроенная камера хлопьеобразования еще на 15%, то, В итоге, расчетная скорость составит примерно 0,59 мм/с.
По условиям компоновки предусматриваем 3 рабочих отстойника и,
согласно п.9.49 [1], один резервный.
Площадь зоны осаждения отстойника определим по формуле:
F = |
βоб × qч |
= |
1,5 ×100 |
= 23,5 м2, |
3,6 ×V p × N p |
|
|||
зо |
3,6 × 0,59 × 3 |
где βоб – коэффициент объемного использование отстойника.
При времени пребывания воды в камере хлопьеобразования t=20 мин
при ее высоте Hк=3,5 м, площадь камеры составит:
Fк = |
qч × t |
= |
100 × 20 |
= 3,2 |
2 |
. |
|
|
м |
||||
60 × H к × N p |
60 × 3,5 × 3 |
Центрально расположенная камера хлопьеобразования имеет диаметр в чистоте:
D = |
|
4 × Fк |
|
= |
|
4 × 3,2 |
|
= 2,0 м. |
π |
|
|||||||
к |
|
|
|
3,14 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Расход воды, приходящийся на один рабочий отстойник:
q1 |
= |
qч |
= |
100 |
= 9,3 |
л/с. |
|||
3,6 |
× N p |
3,6 |
× 3 |
||||||
|
|
|
|
|
При данном расходе стальной трубопровод, подводящий обрабатыва-
емую воду к камере хлопьеобразования, принят диаметром 100 мм при ско-
рости 0,91 м/с. Распределение воды в камере предусмотрено двумя соплами-
насадками, направленными по касательной к стенке. При расходе qc=4,65 л/с
28
в качестве сопла принят стальной концентрический переход 100x50 мм.
Скорость выхода воды из сопла диаметром 50 мм составит:
V = |
4 × qc |
= |
4 × 0,00465 |
= 2,37 |
м/с. |
||
π × d |
2 |
3,14 × 0,052 |
|||||
|
|
|
|
Сопла располагаются на расстоянии 0,4 м от стенки на глубине 0,5 м
от поверхности воды. Потери напора в них при коэффициенте сопротивле-
ния ξ=1,18:
h = ξ |
V 2 |
=1,18 |
2,372 |
|
= 0,34 м . |
2 × g |
|
||||
|
2 × 9,81 |
|
Для гашения вращательного движения воды при ее переходе в от-
стойник внизу камеры предусмотрена решетка в виде крестообразной пе-
регородки с ячейками размером 0,5х0,5 м высотой 0,8 м.
Общая площадь отстойника включает в себя площади зоны осажде-
ния и камеры хлопьеобразования:
Fo = Fво + Fк = 23,5 + 3,2 = 26,7 , м2
Отстойники приняты железобетонными, круглой в плане формы, при внутреннем диаметре:
|
|
|
|
|
|
|
D = |
4 × Fo |
= |
|
4 × 26,7 |
|
= 5,8 м . |
|
|
|||||
o |
π |
|
|
3,14 |
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная высота камеры хлопьеобразования Hк принята 0,9 высоты зоны осаждения Но , при этом:
Hо = H к = 3,5 = 3,9 м. 0,9 0,9
Отношение Dо : Но=5,8 : 3,9=1,49, т.е. выбор коэффициента объем-
ного использования отстойников βоб соответствует требованиям п. 9.49 [1].
Зону накопления и уплотнения осадка вертикального от-
стойника предусматриваем с наклонными стенками, угол между ними
α=80°. В центре осадочной части устроен приямок диаметром dп=1 м.
29
Высота конической части отстойника полная высота отстойника:
|
|
h |
= |
Do - dп |
= |
|
5,8 -1 |
= 2,85 м . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
к |
2 |
× tgα |
|
|
|
|
|
2 × tg80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
При высоте строительного, борта hстр=0,35 м полная высота от- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
стойника составит: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H = Ho + hк + hстр = 3,9 + 2,85 + 0,35 = 7,1 м . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Объем осадочной конической части: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
π × h |
|
|
|
D |
|
2 |
|
d |
|
|
2 |
|
Do |
|
|
d |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
||||||||||||||||||
W |
= |
|
|
|
к × |
|
|
|
o |
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
= |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
ос.ч. |
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 2 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 × 2,85 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1,0 |
2 |
|
|
5,8 |
|
1,0 |
|
|
|
|
3 |
|||||||||||||
|
|
5,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
|
|
× |
|
|
|
|
= 30 м |
|
||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Период работы отстойника между сбросами осадка определяется |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tp |
= |
|
Wоc.ч × N p ×δ |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
qч ×(Св - Мосв ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Wос.ч – объем зоны накопления и уплотнения осадка, м3;
δ – средняя концентрация твердой фазы осадка, г/м3;
Св – концентрация взвешенных веществ в воде, г/м3;
Мосв – мутность воды, выходящей из отстойника, принимаем
Мосв=10 г/м3.
Согласно табл. 12 [1] при мутности исходной воды Св=160 г/м3 и
интервалах между сбросами осадка более 24 часов δ составит 40 000 г/м3. В
соответствии с примечанием к табл.12 [1] для вод средней мутности концентрацию уплотненного осадка увеличиваем на 15%, т.к. в технологии водоподготовки предусматриваем использование флокулянта совместно с коагулянтом. Тогда расчетная концентрация составит 46 000 г/ м3.
|
|
30 |
|
Tp = |
30 |
× 3 × 46000 |
= 276 ч или 11,5 сут. |
|
× (160 -10) |
||
100 |
|
Количество воды, сбрасываемой из отстойника вместе с осадком,
определяем с учетом коэффициента разбавления Кр=1,5 при продолжи-
тельности сброса осадка tс=20 минут:
qос = |
Wос.ч × К р |
= |
30 ×1,5 |
= 0,038 |
л/с |
|||
60 |
×tc |
60 |
× 20 |
|||||
|
|
|
|
Сброс осадка производится без выключения отстойника по трубопро-
воду диаметром d=200 мм при скорости движения воды с осадком в конце трубы:
V = |
4 × qос |
= |
4 × 0,038 |
=1,21 м/с. |
|
3,14 × 0,22 |
|||
|
π × d 2 |
|
Опорожнение отстойника предусмотрено этим же трубопроводом.
Сбор осветленной воды в вертикальном отстойнике производится пе-
риферийным кольцевым желобом с затопленными отверстиями. Вода, по-
ступающая в желоб, при движении в сторону сборного кармана, разделяется на два потока с расходом:
|
|
qч |
100 |
|
|
3 |
|
||||||||
qж = |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= 0,00465 |
м |
/с. |
||
3600 × N p × 2 |
3600 ×3× 2 |
||||||||||||||
При скорости движения осветленной воды в конце желоба 0,5 м/с |
|||||||||||||||
площадь живого сечения потока составит: |
|
|
|||||||||||||
|
ωж |
= |
qж |
= |
0,00465 |
= 0,0093 м2. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Vж |
0,5 |
|
|
|
|
|
||||||
При ширине желоба bж= 0,1 м высота слоя воды: |
|
|
|||||||||||||
|
h |
|
= |
ω |
= |
0,0093 |
= 0,09 м. |
|
|
||||||
|
|
b |
|
|
|
||||||||||
|
ж |
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Периметр периферийного желоба по внутренней образующей диа-
метром D=Dо – 2× bж=5,8 - 2× 0,1=5,6 м составит:
P = π × D = 3,14 ×5,6 = 17,6 м.