5962
.pdf11
струкций осветлителей, как отечественных, так и зарубежных, однако, типовым проектированием их использование не предусматривается, и в данной работе они рассматриваться не будут.
Рис.2. Защитный козырек.
1.3. Расчет и проектирование осветлителей
Расчет и проектирование осветлителей производят с учетом годовых колебаний качества обрабатываемой воды, ориентируясь на два характерных периода: минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды и наибольшей мутности при наибольшем, соответствующем летнему, расходе воды.
Основными расчетными параметрами осветлителей являются ско-
рость восходящего движения воды в зоне осветления Vосв определяемая по результатам технологических исследований, и коэффициент распределения
12
воды между зоной осветления и зоной отделения осадка Kр.в. . При отсут-
ствии данных эксперимента эти величины определяют по табл. 13 [1], при-
чем нижние пределы скоростей указаны для хозяйственно-питьевых водо-
проводов.
Технологическое моделирование процесса обработки воды в слое взвешенного осадка должно выполняться в характерные периоды времени года для учета влияния качества и количества обрабатываемой воды на ра-
боту осветлителя. При этом расчетная скорость восходящего потока должна назначаться по условиям работы осветлителя в наиболее неблагоприятный сезон года. Обычно таким периодом является спад паводка, когда вода со-
держит тонкодиспергированные, трудно коагулируемые примеси, или зим-
ний период, характеризуемый высокой цветностью и низкими температура-
ми исходной воды.
Зоны осветления и отделения осадка надлежит принимать по наибольшим значениям площадей, полученным при расчете для двух выше-
упомянутых периодов.
Зная расчетный расход воды , qч м3/ч площадь зоны осветления воды определяют по формуле:
|
= |
qч × K р.в. |
2 |
|
||
F |
|
|
, м . |
(1) |
||
3,6 |
×V |
|||||
осв |
|
|
|
|||
|
|
|
осв |
|
|
Площадь зоны отделения и уплотнения осадка находят из выражения:
F = |
qч ×(1- K р.в. ) |
2 |
|
||
|
|
|
, м . |
(2) |
|
|
|
|
|||
отд |
3,6 |
×Vосв |
|
|
|
|
|
|
При количестве осветлителей менее шести следует предусматривать один резервный, при этом расчет ведут на рабочие осветлители. Распределе-
ние обрабатываемой воды по площади осветлителя производят перфориро-
ванными трубами, размещаемыми друг от друга на расстоянии не более 3 м
в осях. Диаметры труб рассчитываются по скорости движения воды
13
0,5-0,6 м/с. Суммарную площадь отверстий в них (диаметром не менее 25
мм) находят по скорости выхода воды 1,5-2 м/с. Расстояние между отверсти-
ями, располагаемыми вниз под углом 45° по обе стороны трубы в шахматном порядке, принимают не более 0,5 м.
Высоту слоя взвешенного осадка назначают 2-2,5 м. Потерю напора в нем определяют из расчета 1-2 см на 1 м его высоты, а высоту зоны ос-
ветления 2-2,5 м. Угол между наклонными стенками нижней части зоны взвешенного осадка принимают 60-70°. Центральный угол, образуемый пря-
мыми линиями, проведенными от оси водораспределительного коллектора к верхним точкам кромок желобов, должен составлять не более 30°. Низ осад-
коприемных окон или кромку осадкоотводящих труб располагают на 1-1,5 м
выше перехода наклонных стенок зоны взвешенного осадка в вертикальные.
Высота стенок должна на 0,3 м превышать расчетный уровень воды в нем.
Расстояние между сборными желобами с треугольными водосливами или перфорированными трубами в зоне осветления принимают не более 3 м.
Для круглых в плане осветлителей диаметром до 4 м устраивают толь-
ко периферийный желоб, а при большем диаметре добавляют радиальные:
при диаметре аппарата 4-6 м - 4-6 радиальных желобов, а при диаметре
6-10 м - 6-8 желобов.
Высоту водосливов принимают 40-60 мм, а расстояние между их осями
100-150 мм при угле между кромками водослива 60°. Расчетная скорость движения воды в сборных желобах или трубах 0,5-0,6 м/с.
Осадкоприемные окна рассчитывают по скорости движения воды с осадком 10-15 мм/с (36-54 м/ч), а осадкоотводящие трубы 40-60 мм/с (144216 м/ч). Во избежание подсоса в осадкоуплотнитель осветленной воды и для направленного отведения осадка в осадкоуплотнитель, осадкоприемные окна и трубы перекрывают козырьками (см. рис.2). Сбор и отведение осветленной воды из осадкоуплотнителя производят затопленными перфорированными трубами. Диаметр перфорированных труб рассчитывается по скорости дви-
14
жения воды не более 0,5 м/с. Отверстия в них принимаются диаметром
15-20 мм. Скорость входа воды в них не менее 1,5 м/с. Верх сборных дырча-
тых труб располагают не менее, чем на 0,3 м ниже уровня воды в вертикаль-
ном осадкоуплотнителе и не менее, чем на 1,5 м выше верха осадкоприем-
ных окон.
Сборные перфорированные трубы для отвода осветленной воды из поддонных осадкоуплотнителей располагают под герметичным перекрыти-
ем. На сборных трубах при выходе их в сборный канал (карман) или при при-
соединении к отводному трубопроводу устанавливают дросселирующую за-
движку, регулирующую величину отсоса избытка осадка из взвешенного слоя. Между низом сборной трубы и уровнем воды в общем сборном канале осветлителя должен быть перепад не менее 0,4 м.
Объем зоны накопления и уплотнения осадка Wос.ч , м3 определяют по зависимости:
W |
= |
qч ×T × (Cв - M осв. ) |
, |
(3) |
|
||||
ос.ч |
|
N p ×δ |
|
|
|
|
|
где T - период работы осветлителя между сбросами осадка, ч;
Св - концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в осветлитель с учетом введенных реагентов, г/м3 ;
Мосв - мутность воды, выходящей из осветлителя, г/м3 ;
Np - число рабочих осветлителей;
δ - средняя концентрация уплотненного осадка, принимаемая по табл.15 [1], г/м3.
При обработке исходной воды коагулянтами совместно с флокулянта-
ми среднюю концентрацию твердой фазы осадка, приведенную в таблице,
надлежит принимать больше на 25% для маломутных цветных вод и на 15%
для вод средней мутности.
15
Продолжительность уплотнения осадка принимают 2-3 ч при наличии сгустителей и не менее 6 ч при их отсутствии. Угол между наклонными стен-
ками осадкоуплотнителя принимают 70°. Сброс осадка из осадкоуплотнителя производят периодически перфорированными трубами диаметром не менее
150 мм не более чем за 15-20 мин. Расстояние между стенками соседних труб принимают до 3 м, причем количество их в осадкоуплотнителе может быть одна или две.
Среднюю скорость движения осадка в отверстиях дырчатых труб при-
нимают до 3 м/с, скорость в конце дырчатой трубы не менее 1 м/с, диаметр отверстий не менее 20 мм при шаге оси отверстий не более 0,5 м.
Количество воды, удаляемой с осадком, определяют с учетом коэффи-
циента разбавления осадка, равным 1,5.
1.4. Примеррасчетаосветлителей*
Рассчитать осветлители коридорного типа со взвешенным осадком при полной суточной производительности станции хозяйственно-питьевого назначения Qсут.полн = 42000 м3/сут, часовая производительность qч= 1750
м3/ч , цветность - 70°.
При обработке воды в дополнение к коагулянту используется флоку-
лянт. Станция водоподготовки проектируется для средней полосы России.
Суммарную площадь зоны осветления Fосв , м3 определим по формуле:
F = qч × K р.в. |
||
осв |
3,6 |
×Vосв |
|
где qч – часовой расход воды, м/ч;
Kр.в. – коэффициент распределения воды между зонами осветления
иотделения осадка;
*Ввиду отсутствия полных сведений о качестве и расходах воды в источнике водоснабжения по сезонам года, в учебных проектах допускается выполнять расчет по имеющимся данным в задании на проектирование.
16
Vосв – скорость восходящего потока воды в зоне осветления, мм/с.
Согласно табл.13 [1] принимаем Kр.в.=0,75, Vосв = 0,8 мм/с, тогда
F = |
1750 × 0,75 |
= 456 м2 . |
|
|
|||
осв |
3,6 |
× 0,8 |
|
|
|
Площадь зоны отделения осадка определим по формуле:
|
|
qч |
× (1 - K р.в. ) |
|
1750 × (1 |
- 0,75) |
|
2 |
||
F |
= |
|
|
|
= |
|
|
|
=152 |
м . |
|
|
|
|
|
|
|||||
отд |
|
|
3,6 ×Vосв |
|
3,6 × |
0,8 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Ориентировочная суммарная площадь осветлителей составляет:
F=Fосв+Fотд=456+152=608 м2 .
К проектированию принимаем осветлители коридорного типа с верти-
кальными осадкоуплотнителями, как наиболее распространенные в практике водообработки и простые в компоновке в пределах водоочистной станции.
Базовым проектом при проектировании принят ближайший по производи-
тельности типовой проект (ТП) станции двухступенчатой очистки воды на осветлителях и фильтрах производительностью 32000 м3/сут (ТП 901 -3-149).
При проработке проекта в него вносятся соответствующие изменения,
обусловленные условиями применения и отличием качества исходной воды от заложенного в проекте.
Каждый осветлитель состоит из трех коридоров. В двух коридорах происходит осветление воды в слое взвешенного осадка. Между ними распо-
лагается коридор для отделения и уплотнения осадка – осадкоуплотнитель
(см. рис. 1).
Предусмотренная ТП длина коридоров Lк принята 12,0 м в осях (11,8 м
в чистоте) при ширине коридоров Bк осветления 3,0 м (в чистоте 2,8 м).
При этом суммарная площадь коридоров осветления одного осветли-
теля составляет:
Fосв1= 2× Bк × Lк =2× 2,8 × 11,8 =66,08 м2 .
17
При принятых по ТП размерах коридоров осветления, определим тре-
буемое количество рабочих осветлителей для разрабатываемого проекта:
N p = Fосв = 456 = 6,9 шт.
Fосв1 66,08
К проектированию принимаем 7 осветлителей и, согласно п.9.73 [1],
резервные не предусматриваем. Площадь зоны отделения осадка одного осветлителя должна составлять:
F |
|
= |
Fотд |
= |
|
152 |
= 22 м2 . |
|||
|
|
|
|
|
||||||
отд1 |
|
|
N p |
7 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
При длине осадкоуплотнителя в чистоте Lк=11,8 м, ориентировочная |
||||||||||
ширина осадкоуплотнителя составит: |
|
|
|
|
|
|||||
B |
= |
Fотд1 |
|
= |
22 |
= 1,86 м . |
||||
|
|
|||||||||
о.у |
|
|
|
Lk |
11,8 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Принимаем ширину коридора отделения и уплотнения осадка в чисто-
те 1,8 м, (в осях 2,0 м). Размеры осветлителя в плане составят 8,0 х 12,0 м при
рабочей площади:
F1=Fосв1+Fотд1 =66,08+1,8×11,8=87,3 м2 .
Фактическая суммарная площадь рабочих осветлителей на станции:
Fф=F1×Np =87,3×7=611 м2 .
Для распределения воды по площади коридоров осветления пре-
дусматриваем дырчатые коллектора телескопической формы при расходе на один:
qk = |
|
qч |
= |
1750 |
= 35 |
л/с . |
||
|
× 2 × N p |
3,6 |
× 2 |
× 7 |
||||
3,6 |
|
|
|
Коллектор сварен из трех стальных труб диаметрами 300 мм, 250 и 175
мм равной длины. Если предположить, что распределение расхода воды про-
порционально длине участка трубы, то при расходе 35 л/с в начале 300 мм участка скорость составит 0,46 м/с, в начале 250 мм участка при расходе 24
18
скорость составит 0,45 м/с, на последнем участке коллектора диаметром 175
мм при расходе 12 л/с скорость на входе будут равна 0,53 м/с. Принимаем скорость выхода воды из отверстий дырчатых труб Vо =1,5 м/с. Тогда сум-
марная площадь отверстий в коллекторе:
∑ fо = |
qk |
= |
0,035 |
= 0,024 м2 . |
|
|
|||
V |
1,5 |
|
||
|
о |
|
|
|
При диаметре отверстий |
dо=25 мм и площади одного отверстия |
fо= 0,00049 м2 требуемое количество отверстий:
n = |
∑ fo |
= |
0,024 |
= 49 шт. |
|
|
|||
о |
fo |
0,00049 |
||
|
Отверстия располагаем с двух сторон коллектора в шахматном поряд-
ке, направлены вниз под углом 45° к вертикали. При этом шаг оси отверстий составит:
lо = |
2 × L1k |
= |
2 ×11,6 |
= 0,47 м. |
fo |
|
|||
|
49 |
|
где L1k – длина дырчатого коллектора, принятая из расчета, что кол-
лектор не доходит до торцевой стенки на 0,2 м .
Сбор осветленной воды в каждом коридоре осветления предусматрива-
ем двумя желобами с треугольными водосливами. Расход воды, приходя-
щийся на один желоб:
qж = |
qч × K р.в. |
= |
1750 × 0,75 |
= 0,013 |
3 |
|
|
|
|
м /с . |
|||
4 × N p × 3600 |
4 × 7 × 3600 |
Ширину желоба определим по эмпирической формуле:
вж=0,9× qж0,4 =0,9×0,0130,4=0,16 м .
Вырезы высотой 50 мм размещаются в один ряд по внутренней стенке желоба при расстоянии между осями водосливов 100 мм и угле наклона меж-
ду кромками водослива 60°. При этом количество треугольных водосливов в
19
желобе:
nв = Lk = 11,8 =118 шт . lв 0,1
Желоба приняты переменной глубины, высоты от кромки до дна в начале и в конце желоба составят:
hн=0,75× вж =0,75×0,16=0,12 м .
hк=1,25× вж =1,25×0,16=0,2 м .
Согласно п.9.68 [1] скорость движения воды с осадком в осадкоприем-
ных окнах принимаем 11 мм/с. Тогда площадь окон в одном коридоре освет-
ления составит:
|
qч × (1 - K р.в. ) |
|
1750 × (1 - 0,75) |
2 |
|||
fок = |
|
|
|
= |
|
|
= 0,8 м . |
2 × N |
p |
× 3,6 ×V |
2 × 7 × 3,6 ×11 |
||||
|
|
ок |
|
|
|
|
Приняв высоту окон hок =0,2 м, определим общую их длину:
lок = fок = 0,8 = 4,0 м. hок 0,2
В каждой стенке, разделяющей осадкоуплотнитель и коридоры освет-
ления предусматриваем по 10 окон размером 0,2 х 0,4 м. При длине осветли-
теля в осях 12,0 м, шаг оси окон составит:
lо = |
L |
= |
12,0 |
=1,2 м . |
n |
|
|||
|
10 |
|
||
|
ок |
|
|
|
при расстоянии между окнами:
l1=lо - lок=1,2-0,4=0,8 м .
Во избежание подсоса в осадкоуплотнитель осветленной воды осадко-
приемные окна перекрывают козырьками.
Сбор осветленной воды в осадкоуплотнителе предусмотрен дырчатой трубой с задвижкой для регулирования количества отсасываемой воды. Верх трубы расположен на 0,3 м ниже уровня воды в осветлителе. При расходе во-
ды:
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
qсб = |
qч |
× (1 - K р.в. ) |
= |
1750 × (1 - 0,75) |
=18 |
л/с |
||
|
3,6 × N p |
|
|
3,6 × 7 |
||||
|
|
|
|
|
принимаем трубу диаметром 250 мм при скорости движения воды в конце трубы 0,34 м/с.
Принимаем скорость входа воды в отверстия трубы Vо=1,6 м/с. Тогда суммарная площадь отверстий ориентировочно составит:
|
∑ fо = |
qсб |
= |
|
0,018 |
= 0,011 м2 . |
||||
|
Vo |
|
||||||||
|
|
|
1,6 |
|
|
|
||||
При диаметре отверстий |
dо=15 мм |
и площади одного отверстия |
||||||||
f = 0,00018 м2 |
требуемое количество их: |
|
||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n = |
∑ fо |
|
= |
0,011 |
|
= 61 шт. |
|||
|
|
|
||||||||
|
о |
fо |
0,00018 |
|
||||||
|
|
|
|
Отверстия располагаем в два ряда в шахматном порядке, они направ-
лены вверх под углом 45°. При этом шаг оси отверстий по одной стороне трубы составит:
lо = 2 × L1к = 2 ×11,6 = 0,38 м . nо 61
Высоту осветлителя, считая от центра водораспределительного коллек-
тора до верхних кромок сборных желобов h, м, определим по формуле:
h = Bк - 2 ×αвж , 2 × tg
2
где α - центральный угол, образуемый прямыми, проведенными от оси водораспределительного коллектора к верхним точкам кромок желобов.
Принимаем α= 26° , тогда искомая высота:
= 2,8 - 2 × 0,16 =
h 5,4 м . 2 × tg13°
Высота осветлителя от дна до кромки желобов составит: