Расчет скорого фильтра

Фильтрование - один из основных методов водоподготовки, позволяющ­их довести качество воды до требовании "Вода питьевая". В процессе фильтрования из раствора выделяют не только диспергированные частицы, но и коллоиды. Сущность метода заключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкос­ти и непроницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается зна­чительными затратами энергии. Когда потеря напора в фильтрующей загрузке достигает предельно допустимой величины или начинает ухудшаться качество фи­льтр включают на промывку.

Скорый фильтр представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, который заполнен кварцевым песком, уложенным на гравийный поддерживающий слой. Осветленная вода по трубопроводу подается на фильтр, проходит через фильтрующую загрузку, в которой задерживаются взвешенные частицы, и собирается дренажной системой. Дренаж выполняют из перфорированных труб. Из дренажа по трубопроводу осветленная вода отводится в резервуар чистой воды.

Расчет скорых фильтров предусматривает определение их количества и площади, нахождение числа и размеров желобов, подбор фильтрующей загрузки, определение размеров элементов распределительной системы бокового кармана и трубопроводов обвязки. Фильтры и их коммуникации должны рассчитываться на работу при нормальном и форсированном режимах.

Суммарная площадь скорых фильтров, м², определяется по формуле:

, м²

где Q – расход обрабатываемой воды, м³/сут; Т– продолжительность работы станции в течение суток, Т=24 ч; v_р – скорость фильтрования 5-8 м/ч; n – число промывок в сутки, n=2; W – интенсивность промывки, л/(с_*м²), W=13-15 л/(с_*м²); t₁ – продолжительность одной промывки, ч, t₁=0,133 ч; t₂ – время простоя фильтра, t₂=0,33 ч; t₃ – продолжительность сброса первого фильтра, t₃=0,17 ч.

Рис. 3.3. Скорый фильтр:

1 – карман фильтра; 2 – подача исходной воды; 3 – сброс промывной воды; 4 – отвод фильтрата; 5 – подача промывной воды; 6 – желоба; 7 – окна; 8 – коллектор; 9 – трубчатая распределительная система; 10 – воздушник; 11 – поддерживающий слой; 12 – ответвления; 13 – отверстия в ответвлениях; 14 – уровень воды при промывке фильтра.

где v_р.н. – скорость фильтрования; v_р.н=5 м/ч.

Принимаем число скорых фильтров N = 0,5 и определяем площадь одного фильтра. Площадь одного фильтра равна м²

Расчётная скорость фильтрования при форсированном режиме: ,м/ч

Назначаем размер фильтра (а x в) из расчета что «в» должна быть больше «а». Площадь фильтра = а ∙ в.

Расчёт трубчатой распределительной системы

Расход промывной воды, приходящейся на один скорый фильтр f м², составляет при интенсивности промывки W=13….17 л/(с·м²)

(м³/с)

Принимаем скорость движения воды при промывке v_кол=1,2 м/с, тогда диаметр коллектора:

,м

Наружный диаметр стальной трубы принимать по ГОСТ 10704 – 76

Длина одного ответвления:

м.

Так как шаг оси ответвлений должен быть l=0,25…0,35 м то число ответвлений m=в/l (в – длина фильтра).

Расход промывной воды, приходящейся на одно ответвление:

, л/с

Допустимая скорость в трубопроводах распределительной системы должна быть не более 1,8…2 м/с, тогда находят диаметр ответвления.

Скорость движения воды в ответвлениях допускается 1,5...2 м/с. По расходу q_отв и скорости V_отв определяем диаметр труб ответвлений:

Д_отв = м.

На трубах распределительной системы при наличии гравийных поддерживающих слоев предусматриваются отверстия диаметром 10...12 мм, без поддерживающих слоев – щели шириной на 0,1 мм меньше размера минимальной фракции фильтрующей загрузки. Общая площадь отверстий должна составлять 0,25...0,5 %, щелей – 1,5...2,0 % площади фильтра.

Суммарная площадь отверстий Sf_o составляет:

Sf₀= м² переводим в см².

Общее число отверстий n₀ в распределительной системе одного фильтра составит, шт.:

n₀ = ,

где f₀ – площадь одного отверстия при диаметре 10...12 мм, f_o = 0,785 см².

Общее число ответвлений составит:

n_отв = а / m

Число отверстий на одном ответвлении составит:

n_отвер = n_о / n_отв шт.

Длина одного ответвления l_отв определяется по формуле:

l_отв = м.

Расстояние между отверстиями составит:

l_о= м.

Загрязненная вода при промывке скорых фильтров собирается и отводится по желобам, размещенным над поверхностью загрузки.

Расход промывной воды, л/с, на один желоб определяется по формуле:

q_ж = , л/с.

где n – число желобов на одном фильтре, n_ж =а / 2,2 = 4/ 2,2 = 2 шт.

Ширина желоба В, м, определяется по формуле:

В = К ,

где К – коэффициент для желоба с треугольным основанием, К = 2,1; q_пр – расход промывной воды на один фильтр, м³/с; а – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, а = 1,0...1,5.

Скорость движения воды в желобе принимают V_ж = 0,5 м/с.

Высоту кромки желоба h_ж над поверхностью фильтрующей загрузки, м, определяют по формуле:

h_ж= , м

где Н_з – высота фильтрующего слоя, м, Н_з = 1 м; е – относительное расширение загрузки, %, е = 45 %.

Расход воды на промывку всех фильтров, % от полной пропускной способности станции, составит:

Р_ф= ,

где W – интенсивность промывки, л/(с·м²), w = 13 л/(с·м²); t₁ – продолжительность промывки фильтра, t₁ = 6 мин; F_ф – площадь одного фильтра, F_ф = 28 м²; N – число фильтров, N = 5; Q – полезный расход станции, м³/ч, Q = 182,06 м³/ч; Т – продолжительность работы фильтра между двумя промывками, ч:

Т = Т₁ – (t₂ + t₃),

где T₁ – время между промывками, ч, T₁ = 8 часов для песчаных фильтров; t₂ – время простоя фильтра в связи с операциями по промывке, ч, t₂ = 0,33 ч; t₃ – продолжитель­ность сброса первого фильтрата, ч, t₃ = 0,1 ч.

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изли­вается в сборный канал, из которого отводится в сток. При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе ее из желоба. Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала, м, определяют по формуле

Н_к = 1,73 м,

где q_пр – промывной расход, м³/с; g – ускорение свободного падения, м/с²; А_к – допустимая минимальная ширина канала, м, А_к = 0,7 м.

Суммарные потери напора при промывке фильтра, м, определяются по формуле

S h = h_p.c + h_ф + h_п.с + h_тр + h_о.с + h_{м. с},

где h_p.c – потери напора в распределительной системе, м:

h_p.c = V ,

где z – коэффициент сопротивления:

z = ;

где W – отношение суммы площадей всех отверстий в распределительной системе к площади поперечного сечения коллектора; W = 0,35;

где V_к – скорость в начале распределительного коллектора, м/с, V_к = 2 м/с; V_ответв – скорость в ответвлениях, м/с, V_ответв = 2 м/с.

h_ф – потери напора в фильтрующем слое, м:

h_ф = (а + в· w) Н_з.,

где а, в – параметры для кварцевого песка с размером зерен 0,5...1,0 мм, а = 0,76, в = 0,017.

h_п.с – потери напора в гравийных поддерживающих слоях, м:

h_п.с = 0,022·Н _п.с· w,

где Н _п.с – высота слоя гравия, м, Н _п.с = 0,5 м.

Потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы h _тр = 1 м.

Потери напора во всасывающем и подводящем патрубке насоса для подачи промывной воды принимаем h _о.с = 0,5 м.

Сумму местных сопротивлений в фасонных частях и задвижке принимаем h_м.с = 1,0 м.

Суммарные потери напора при промывке фильтра составят: S h м.

Необходимый напор промывного насоса:

м,

где h_з.н. – запас напора на начальное загрязнение загрузки; h_з.н.=1,5 м.

По полученным результатам Н_нс и Q_нс подбирается насос (по каталогу)

Список используемой литературы

1. Учебное пособие «Сооружения водоподготовки»/Составили Овчинников А.С., Якубов В.В., Пахомов А.А., Ходяков Е.А., Нарбекова Г.Р.- Волгоград, изд. ВГСХА, 2004 г.

2. Москвитин А.С. «Оборудование водопроводно-канализационных сооруже­ний». М.: Стройиздат, 1979 г.

3. СНиП 2.04.02-84^* «Водоснабжение и наружные сети», 1996 г.

4. Фрог Б.Н., Левченко А.П. «Водоподготовка». – М.: Изд. МГУ, 1996г.

5. Смагин В.Н., Небольская К.А., и др. «Курсовое и дипломное проек­тирование по сельскохозяйственному водоснабжению». М.: Агропромиздат, 1990 г.

6. Шевелев Ф.А. «Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб». Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1984 г.

7. СанПин 2.1.4.1074-01. Вода питьевая. – Москва, 2001 г.

Дата добавления: 2015-07-02