8. Расчет камеры хлопьеобразования.

КХО служит для перемешивания воды и обеспечения образования более крупных хлопьев. При осветлении мутных вод рек применяют КХО со взвешенным слоем осадка.

Площадь (в плане) всех камер хлопьеобразования равна:

где V=1,2мм/с – восходящая скорость движения воды в КХО со взвешенным слоем осадка.

Принимаем 4 рабочие камеры и1 резервную по СНиП п.6.62.

Тогда

При ширине камеры в_к = 6м ( равной ширине отстойника ) длина КХО равна:

Высота КХО равна высоте горизонтального отстойника плюс потери напора(0,5м) и составляет 5,2м.

Время пребывания воды в камере:

Расход воды, приходящуюся на каждую камеру:

Распределение воды по площади КХО производится с помощью напорных перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45 градусов. В каждой КХО устраиваем 3 перфорированные трубы, расстояние между осями которых 2м, а расстояние от оси трубы до стены камеры 1м.

Диаметр отверстий d_отв =25мм с площадью f_о =0,00049 м. Расход воды по каждой трубе: Принимаем чугунные трубы D=250мм.

Площадь всех отверстий составит:

Необходимое количество отверстий на каждой трубе:

Отверстия располагаем в 2 ряда с шагом: .

Из КХО в горизонтальный отстойник воду отводят над затопленным сливом.

Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину:

где V_в - скорость движения воды через водослив, по СНиП п.6.58 V_в =0,07 м/с.

На входе воды в отстойник устанавливают подвесную перегородку, погруженную на ¼ H_отс :

9. Расчет скорых безнапорных фильтров двухслойной загрузкой.

Определение размеров фильтра.

Суммарная площадь скорых фильтров будет:

где: Т – продолжительность работы станции в течение суток в ч, Т=24 ч;

U_р.н. – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 10м/ч; согласно СНиП табл. 21.

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

w – интенсивность промывки, равная 14 л/сек м²;

t₁ – продолжительность промывки, равная 0,1ч;

t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой, равное 0,33ч.

Подставляя численные значения, получаем:

Количество фильтров должно быть

Тогда

Принимаем 7 фильтров при площади каждого из них 26,4м² с размерами в плане 5,5х5 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме составит:

Тогда

Удовлетворяет требованиям согласно СНиП п. 6.99, где N₁ – количество фильтров, находящихся в ремонте (N₁=1).

Выбор состава загрузки фильтра. Загрузка двухслойного фильтра состоит из антрацита (верхний слой) и кварцевого песка (нижний слой). Гравий служит поддерживающим слоем.

Загрузка фильтра принята согласно данным СНиП:

а) Антрацитом с крупностью зерен 0,9-1,1мм и толщиной слоя 0,5.

б) Кварцевым песком с крупностью зерен 0,7-0,8мм и толщиной слоя 0,8м.

в) Гравием с крупностью зерен 2-32мм и толщиной слоя 0,5м.

Общая толщина всей загрузки H=1,8м. Высота слоя воды над поверхностью фильтра принимаем h= 2м. Согласно СНиП п. 6.101.

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 w=14 л/сек м². Тогда количество промывной воды, необходимой для одного фильтра, будет

Диаметр коллектора распределительной системы определяют по скорости входа промывной воды d_кол=600 мм при скорости U_кол=1,2 м/с.

Длина одного ответвления:

Количество ответвлений на каждом фильтре при шаге оси ответвлений z=0,28м составит n_отв=(5,5:0,28)*2=40шт, по 20шт с каждой стороны коллектора.

Диаметр труб ответвлений принимаем d_отв=80мм (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа воды в ответвлении будет V=1,3л/с (что не превышает рекомендуемой скорости 1,8-2 м/с).

В нижней части ответвлений под углом 60⁰ к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм. Принимаем б=14мм площадью каждое f_отв=1,54см².

Отношение площади всех отверстий в ответвлениях распределительной системы к площади фильтра F принимается равным 0,3%.

Суммарная площадь отверстий составит см².

При диаметре отверстий δ₀=14 мм площадь отверстия f₀=1,54 см². Тогда общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра

Количество отверстий, приходящихся на каждое ответвление 428/40=11 шт.

При длине каждого ответвления шаг оси отверстий будет l₀=l_отв/11=4,87/11= =400мм.

Отверстия располагают в два ряда в шахматном порядке под углом 60⁰ 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. На коллекторе фильтра также устанавливают стояки-воздушники.

Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра. Сбор и отвод воды при промывке скорых фильтров осуществляется при помощи желобов, размещенных над поверхностью фильтрующей загрузки. Конструкция желобов должна:

а) предотвращать помехи нормальному расширению загрузки фильтра, вызванному поступлением промывной воды;

б) препятствовать возможности выноса зерен загрузки вместе с промывной водой.

Согласно СНиП п. 6.111 для сбора и отвода воды рекомендуется применять желоба пятиугольного сечения с расстоянием между осями соседних желобов не более 2,2м.

Принимаем 3 желоба с треугольным основанием. Тогда расстояния между осями желобов составят 6/3=2 м (рекомендуется не более 2,2 м).

Расход промывной воды, приходящейся на один желоб,

Расстояние между осями желобов l_ж=5,5/3=1,83м.

Ширина жёлоба определяется по формуле согласно СНиП п. 6.111 :

, где

-отношение высоты прямоугольной части жёлоба к половине его ширины, принимаем равной 1.

-коэффициент, принимаемый для пятиугольных жёлобов равный 2,1.

По таблице 40 Кожинов «Очистка питьевой и технической воды», принимаем жёлоб шириной 0,53м, высотой 0,61м и со скоростью движения воды в жёлобе 0,57м/с.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки при Н = 0,8 м ( Н-высота фильтрующего слоя)и е = 50% (е - относительное расширение фильтрующей загрузки) составит:

.

Расстояние от низа желоба до верха загрузки фильтра должно быть больше 0,58м.

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

Поскольку фильтр имеет площадь f = 26,4 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 воды из желобов.

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

где: q_кан - расход воды в канале в м³/с, принимаемый равным 0,0,369м³/с;

b_кан - минимально допустимая ширина канала(СНиП п.6.112), принимаемая равной 0,7 м.

Тогда

Скорость движения воды в конце сборного канала при размерах поперечного сечения составит , что примерно отвечает рекомендуемой минимальной скорости.

Расход воды на промывку фильтра:

Расход воды на промывку:

, где Т_р – продолжительность работы фильтра между двумя промывками, Т_р=11,4ч.

На одну промывку фильтра объем воды составляет:

Аккумулирующая емкость должна состоять из 2 отделений по 150м³. Принимаем РПВ 6х9х3,6(полная высота сооружений), сетка колонны 6х6, стены из плоских панелей, типовой проект 901-4-58.83.

В наиболее напряженный паводковый период проводят 2 промывки в сутки одного фильтра и 14 промывок всех фильтров.

При этом условии на каждый цикл использования залпового спроса промывной воды приводится интервал времени:

Т=2*21/24=1,75 часа

Этот интервал времени распределяем между отдельными операциями.

Длительность отдельных операций повторного использования промывной воды

№п/п	Наименование операции	Длительность операции в мин.	Время с начала промывки в мин
1	Промывка фильтра(взрыхление снизу вверх)	6		8
2	Пробег сброса воды от фильтра через песколовку в резервуар-аккумулятор залпового сброса	10		18
3	Осветление залпа промывной воды в аккумулирующей емкости	50		68
4	Перекачка осветленной воды из резервуара на фильтр	20		98
5	Перекачка осевшего в резервуаре осадка в канализацию	10		113
6	Резерв времени	9		105

Полагая, что повторно используется 80%промывной воды, а 20% сбрасывается с осадком в сток, определяем параметры насосной установки:

а) для перекачки осветленной воды на фильтры объемом Q₁=133,06*0,8=106,4м³, продолжительность перекачки t₁=20мин=0,3ч. Производительность насоса q₁=Q₁/t₁=106,4/0,3=354,67м³/ч=98,52л/с, манометрический напор насоса Н=3,8+4,5+2,86*0,05=8,443м.

б) насоса для перекачки шламовой воды из аккумулирующей емкости в канализацию: объем жидкости Q₂=133*0,2=26,6м³; продолжительность перекачки t₂=10мин=0,17ч; q₂=Q₂/t₂=26,6/0,17=159,6м³/ч=44,33л/с.

Для выполнения обеих операций принимаем 8 однотипных насоса (6 рабочих, 2 резервных) марки К90/20 производительностью 60-100 м³/ч, напором 25-18м, частотой вращения рабочего колеса 2900об/мин.

Определение потерь напора при промывке фильтра. Потери напора слагаются из следующих величин:

а) потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра

где: U_кол - скорость движения воды в коллекторе в м/с; U_кол =1,2 м/с.

U_р.т. - то же, в распределительных трубах в м/с; U_р.т. =1,3 м/с.

α - отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора; α=0,233.

Подставляя численные значения, получаем:

б) потери напора в фильтрующем слое высотой Н_ф

Здесь а = 0,76 и b=0,017—параметры для песка с крупностью зерен 0,5-1 мм или а = 0,85 и b= 0,004 - параметры для антрацита с крупностью зерен 0,8—1,8 мм.

Подставив данные, получаем:

;

в) потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой

(формула профессора В.Т. Турчиновича )

Н_п.с. = 0,5 м;

w = 14 м/с.

г) потеря напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы.

При q=369,9 л/с, d=600 мм и U=1,2 м/с, гидравлический уклон 1000i=3,06, i=0,00306 при l=50 м.

д) потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводах насоса для подачи промывной воды:

При двух одновременно действующих центробежных насосах. для подачи промывной воды q_нас=200 л/с, скорость в патрубках насоса d=300 мм составит U = 2,7 м/с. Тогда:

е) потери напора на местные сопротивления в фасонных частях и арматуре

Коэффициенты местных сопротивлений равны: ζ₁= 0,984 для колена; ζ₂ = 0,26 для задвижки; ζ₃= 0,5 для входа во всасывающую трубу и ζ ₄=0,92 для тройника.

Таким образом,

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

Геометрическая высота подъема воды h_г от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром будет

где 0,7 м - высота кромки желоба над поверхностью фильтра;

1,8 м - высота загрузки фильтра;

4,5 м – высота типового РЧВ.

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

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