10112
.pdf10
веществ, а второй – в тех случаях, когда одновременно с увеличением (или уменьшением) производительности сооружений первой ступени требуется корректировка количества скорых фильтров. Изменение при привязке количества технологических ячеек сооружений I и II ступеней очистки может быть использовано при сохранении производительности станции в случаях, когда требуется увеличение или уменьшение расчетных скоростей отстаивания и фильтрования.
Определяющим параметром в практике расчета сооружений является качество исходной воды. Поэтому количество и размеры отдельных сооружений и элементов сборно-распределительных систем могут отличаться от приведенных в действующих ТП при близкой или равной производительности.
При проектировании сооружений отстаивания рекомендуемая очередность расчета: отстойники – камеры хлопьеобразования.
1.2.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОТСТОЙНИКОВ Горизонтальные отстойники надлежит предусматривать с ра ссре-
доточенным по площади сбором воды.
Площадь отстойников в плане определяется по формуле:
F = qч α , м2 ,
3,6 U0
где qч– производительность станции, м3/ч;
α – коэффициент объемного использования отстойников, принимаемый равным 1,3;
U0 – скорость выпадения взвеси, мм/с, принимаемая по табл. 11 [I]. При этом площадь отстойников следует определять для двух периодов:
•минимальной мутности при минимальном зимнем расходе воды;
•наибольшей мутности при наибольшем расходе воды, соответствующем этому периоду.
Расчетная площадь должна соответствовать наибольшему значению.
11
При применении встроенных камер хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка расчетную скорость осаждения взвеси в отстойнике при обработке мутных вод надлежит принимать на 20% больше, чем указано в таблице 11 [I], а при обработке вод средней мутности на 15% больше.
В случае применения флокулянтов при коагулировании воды скорости выпадения взвеси следует увеличивать еще на 15-20%. При выборе (по таблице) скорости осаждения взвеси следует учитывать назначение станции, так как нижние пределы скоростей указаны для хозяйственно-питьевых водопроводов.
П.И. Пискуновым [2] и другими показано, что режим движения воды в горизонтальных отстойниках турбулентный, вследствие чего выпадение частиц взвеси в воде тормозится наличием вертикальных составляющих скоростей потока. Вместе с тем, действительная продолжительность пребывания воды в отстойнике всегда меньше теоретической из–за неизбежного неравномерного распределения скоростей потока по сечению отстойника и наличия застойных зон. Поэтому действительная скорость горизонтального движения воды в отстойнике выше расчетной, с соответствующим ухудшением эффекта осветления воды. Вследствие этого площадь отстойника несколько увеличивается введением в вышеприведенную формулу коэффициента α.
Длина отстойников определяется по формуле:
L = Hср Vср , м,
U0
где Нср - средняя высота зоны осаждения, принимаемая равной 3,0-3,5 м в зависимости от высотной схемы станции;
Vср - расчетная скорость горизонтального движения воды в начале отстойника, принимаемая равной 6-8, 7-10 и 9 -12 мм/с соответственно для вод маломутных, средней мутности и мутных.
Вследствие унификации размеров железобетонных стеновых панелей и сокращения количества монолитных участков, длина отстойников, как правило,
12
принимается кратной 3 м. Для гидравлических расчетов толщина стеновых панелей емкостных сооружений (горизонтальных отстойников с камерами хлопьеобразования, резервуаров чистой воды и др.) принимается 200 мм.
Количество рабочих отстойников определяют по формуле:
N р = LFB , шт.,
где B - ширина отстойника, м.
В действующих ТП для станций водоочистки ширина отстойника принимается 6 м, для станций большой производительности ширина отстойника принимается 12 м. Такие отстойники разделены продольными перегородками на самостоятельно действующие секции шириной 6 м.
При количестве отстойников (или секций) менее шести следует предусматривать один резервный.
Осадок можно удалять прекращением работы отстойника, сброса воды и смыва накопившегося ила, а также механическим (при помощи скребков) и гидравлическим (через систему сборных дырчатых труб, полутруб или коробов, уложенных по дну отстойника) способами.
Ориентировочное время работы отстойника между сбросами осадка определяется временем накопления осадка до высоты слоя в 1,0-1,5 м.
Период работы отстойника между сбросами осадка определяют по зависимости:
Tp = |
Wос.ч N p δ |
, ч , |
|
qч (Cв −Mосв) |
|||
|
|
где Wос. ч - объем зоны накопления и уплотнения осадка, м3;
δ - средняя концентрация уплотненного осадка, принимаемая по
табл.12 [1];
Св - концентрация взвешенных веществ в воде, г/м3, поступающих в отстойник;
Мосв - мутность воды, выходящей из отстойника, принимаемая от 8
13
до 15 г/ м3.
При гидравлическом удалении или на порном смыве осадка продолжительность работы отстойника между чистками должна быть не м енее 12 часов.
Высоту отстойников надлежит определять как сумму высот зоны осаждения и зоны накопления осадка с учетом превышения строител ьной высоты над расчетным уровнем воды не менее 0 ,3 м. При этом максимальная глубина определяется высотой стеновых панелей, выпускаемых промышленностью.
Для гидравлического удаления осадка следует предусматривать сборную систему из перфорированных труб, обеспечивающую удаление его в течение 20-30 мин. Дно отстойника между трубами сборной системы осадка надлежит принимать плоским или призматическим с углом наклона граней 45°. Расстояние между осями труб предусматривают не более З м при призматическом днище и 2 м при плоском. Торцевые стены отстойников в нижней своей части выполняются в виде откосов, поэтому при расчете системы сбора и удаления осадка необходимо учитывать уменьшение расчетной длины трубопроводов по сравнению с длиной отстойников.
Скорость движения осадка в конце труб надлежит принимать не мене е 1 м/с, в отверстиях - 1,5-2 м/с; диаметр отверстий - не менее 25 мм, расстояние между отверстиями 300-500 мм. Отверстия располагают в шахматном порядке вниз под углом 45° к оси трубы. Отношение су ммарной площади отверстий к площади сечения трубы принимается равным 0,5-0,7. В начале трубы следует предусмотреть отверстие диаметром не менее 15 мм для выпуска воздуха. Количество воды, сбрасываемой из отстойника вместе с осадком, определяют с учетом коэффициента разбавления, принимаемого:
•1,5 - при гидравлическом удалении осадка;
•1,2 - при механическом удалении осадка;
•2-3 - при напорном смыве осадка.
14
При гидравлическом удалении осадка продольный уклон дна отстойники принимается не менее 0,005.
Сбор осветленной воды следует предусматривать системой горизонтально расположенных дырчатых труб или желобов с затопленными отверстиями или треугольными водосливами, расположенными на участке 2/3 длины отстойника, считая от задней торцевой стенки, или на всю длину отстойника при оснащении его тонкослойными блоками.
Рекомендуемая скорость движения осветленной воды в конце желобов и труб – 0,6-0,8 м/с, в отверстиях - 1 м/с.
Верх желоба с затопленными отверстиями должен быть на 10 см выше максимального уровня воды в отстойнике, заглубление трубы под уровень воды необходимо определять гидравлическим расчетом.
Отверстия в желобе следует располагать на 5 -8 см выше дна желоба,
в трубах - горизонтально по оси. Диаметр отверстий - не менее |
25 мм. |
Расстояние между осями желобов или труб должно быть не более З м.
Излив воды из желобов и труб в сборный карман должен быть свободным (не затопленным).
Рекомендуемые скорости движения воды в элементах сборного канала -
0,2-0,4 м/с.
Время полного опорожнения отстойника должно составлять не более
6часов.
1.2.3.ПРИМЕР РАСЧЕТА
Рассчитать горизонтальные отстойники при полной суточной производительности станции хозяйственно-питьевого назначения Qсутполн=48 000 м3/сут.
При обработке воды в дополнение к коагулянту предус мотрено использование флокулянта. Концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в отстойник составляет, Св=230 мг/л, цветность - 70°. Камеры хлопьеобразования, встроенные в горизонтальные отстойники, приняты со слоем
15
взвешенного осадка. Объект проектируется для средней полосы России. Строительство предусмотрено в одну очередь.
Определим часовую производительность станции:
Qполн 48000
qч = сут24 = 24 = 2000 м3/ч .
Согласно п. 9.53 [1] проектируем горизонтальные отстойники с рассредоточенным по площади сбором воды.
По табл. 11 [I] принимаем скорость выпадения взвеси U0=0,45 мм/с для вод средней мутности обработанных коагулянтом. Поскольку применение флокулянта позволяет увеличить ее на 15 -20%, а камера хлопьеобразова-
ния со слоем взвешенного осадка |
еще на 15%, то в итоге расчетная ско- |
|||
рость составит примерно 0,58 мм/с. |
|
|
||
Площадь отстойников в плане определим по формуле: |
||||
|
qч α |
2000 1,3 |
2 |
|
F = |
|
= |
3,6 0,58 =1245 |
м , |
3,6 U0 |
где α - коэффициент объемного использования отстойника. Длину отстойников определим по формуле:
L = |
Hср Vср |
= |
3,2 8 |
= 44,1 м, |
|
0,58 |
|||
|
U0 |
|
где Нср - средняя высота зоны осаждения в м;
Vср - расчетная скорость горизонтального движения воды в начале отстойника в мм/с.
Принимаем длину отстойников по 45 м.
Ширину отстойника, соответствующую размеру плит покрытия, принимаем в осях 6 м, в чистоте В=5,8 м. Тогда количество рабочих отстойников составит:
N р = LFB = 4512455,8 = 4,8
Принимаем 5 отстойников и, согласно п.9.54 [1], предусматриваем один
16
резервный. При этом расчетная часть выполняется на рабочие отстойники. Принимаем высоту зоны накопления и уплотнения осадка hос = 1,3 м. Рабочая глубина отстойника:
H p = Hср + hос =3,2 +1,3 = 4,5 м.
При высоте строительного борта hстр =0,4 м полная высота отстойника составит:
H = H р +hстр = 4,5 +0,4 = 4,9 м.
Площадь одного отстойника в плане:
F1 = B L =5,8 45 = 261 м2
При средней высоте зоны накопления и уплотнения осадка hос = 1,3 м объем осадочной части отстойника составит:
Wос.ч = 0,7 F1 hос = 0,7 261 1,3 = 238 м3,
где 0,7 - коэффициент, учитывающий снижение объема зоны накопления и уплотнения осадка вследствие призматичности днища.
Период работы отстойника между сбросами осадка определяется по формуле:
Tp = |
Wос.ч N p δ |
, |
|
qч (Cв −Mосв) |
|
||
|
|
|
|
где δ - средняя по всей высоте осадочной части концентрация твердой |
|||
фазы осадка в г/м3; |
|
|
|
Мосв - мутность воды, выходящей из отстойника, принимаем |
Мосв |
=10 г/м3.
Согласно табл. 12 [I] при мутности исходной воды Св = 230 г/м3 и ин-
тервалах 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 пред усматриваем использование флокулянта совместно с коагулянтом. Тогда расчетная концен-
17
трация составит 46 000 г/м3.
Tp = |
238 |
5 46000 |
=124ч или 5,2 сут. |
|
2000 |
(230 −10) |
|||
|
|
Объем зоны осаждения одного отстойника:
Wз.о. = B Hср L =5,8 3,2 45 =835 м3.
При рабочем объеме отстойника:
W1 =Wз.о. +Wос.ч. =835 +238 =1037 м3;
время пребывания воды в отстойнике в среднем составит:
t =W1 N р =1073 5 = 2,7 ч. qч 2000
Для удаления осадка из отстойника предусмотрена гидравлическая система из перфорированных труб. Дно отстойника между трубами сборной системы осадка принято призматическим с углом наклона граней 45°, продольный уклон дна отстойника 0,005 В сторону сброса осадка.
Количество воды, сбрасываемой из отстойника вместе с осадком, определяем с учетом коэффициента разбавления Кр=1,5 при продолжительности сброса осадка tс =20мин:
qос = |
Wос.ч. K p |
= |
238 1,5 |
= 0,298 м3/с. |
|
tc 60 |
20 60 |
||||
|
|
|
Для удаления осадка принимаем к монтажу в каждом отстойнике два асбестоцементных трубопровода D=400 мм при расстоянии между их осями 3 м. Расстояние между осями труб и стен 1,5 м, в конце каждой трубы для выпуска воздуха предусмотрено отверстие do=25 мм, направленное вверх.
При расчетном расходе на одну трубу q1ос=0,149 м3/с скорость движения воды с осадком в конце трубы составит:
V = |
4 q1ос |
= |
4 0,149 |
=1,19 м/с. |
|
π D2 |
3,14 0,42 |
||||
|
|
|
Осадок попадает в трубы через отверстия do=25 мм при отношении
18
суммарной площади отверстий к площади сечения трубы 0,7. Тогда суммарная площадь отверстий в одной трубе составит:
∑ fo = qж = 0,056 = 0,056 м2.
V0 1
При do=25 мм и площади одного отверстия fо = 0,00049 м2 требуемое количество отверстий:
n |
= |
∑ fo |
= |
0,088 |
=180 шт. |
|
|
||||
o |
|
fo |
0,00049 |
|
|
|
|
|
Скорость движения осадка в отверстиях:
V |
= |
q1ос |
= |
0,149 |
=1,69 м/с . |
|
|
||||
o |
|
fo no |
|
0,00049 180 |
|
|
|
|
|
Отверстия располагаем в шахматном порядке вниз под углом 45° к оси трубы. При этом шаг отверстий составит:
lo = 2 L′ = 2 41,5 = 0,46 м, no 180
где L′ - длина дырчатого трубопровода в м.
Трубопроводы сброса осадка в начале отстойника объединяются в один трубопровод диаметром 400 мм, который через камеру хлопьеобразования выводится к сточной системе. Выпуск шлама из отстойников производится по уровню осадка, контролируемому многоточечным регулирующим устройством типа СУ-102, устанавливаемым на щите оператора служебного корпуса. Оператор получает сигнал о предельном уровне шлама. Выпуск осадка и регулировка осуществляется по месту с помощью электрифицированных затворов, управляемых пускателями. Для визуального наблюдения и контроля процесса сброса осадка в сточной трубе предусмотрен патрубок, выведенный в открытый лоток.
Сбор осветленной воды предусматриваем системой горизонтально расположенных желобов с затопленными отверстиями. Длина желобов 2/3 длины отстойника и составит 30 м.
Принимаем по два желоба в каждом отстойнике при расстоянии между их
19
осями 3 м. Они уложены на поперечные опорные балки. Расход, приходящийся на один желоб, составит:
qж = |
qч |
= |
2000 |
|
= 0,056 м3/с . |
|
3600 N p nж |
3600 5 |
2 |
||||
|
|
|
Скорость движения воды в отверстиях принята 1 м/с. Тогда суммарная площадь отверстий в желобе:
∑ fo = qж = 0,056 = 0,056 м2 .
V0 1
При dо=25 мм и fо=0,00049 м2 количество отверстий составит:
n |
= |
∑ fo |
= |
0,056 |
=114 шт. |
|||
|
|
|
||||||
o |
|
|
fo |
0,00049 |
|
|||
|
|
|
|
|||||
При длине желоба Lж = 30 м шаг оси отверстий: |
||||||||
lo = |
2 Lж |
= |
2 30 |
= 0,52 м. |
||||
no |
114 |
|||||||
|
|
|
|
|
Оси отверстий располагаем на 5 см выше дна желоба.
При скорости движения осветленной воды в конце желоба 0,6 м/с площадь живого сечения потока составит:
ω = qж = 0,056 = 0,093 м2 . Vж 0,6
При ширине желоба bж= 0,4 м высота слоя воды: hж = bωж = 00,093,4 = 0,24 м.
Верх желоба с затопленными отверстиями располагаем на 10 см выше максимального уровня воды в отстойнике. Разность уровней в отстойнике и сборном желобе определим по формуле:
h = |
1 |
|
|
q0 |
|
, |
2 q |
|
|
µ fо |
где qо - расход воды через отверстие, м/с; µ - коэффициент расхода.