Расчет горизонтальных отстойников

При расчете горизонтальных отстойников в основном необходимо определить такую длину его зоны осаждения, которая при принятой средней скорости движения воды в отстойнике обеспечит требуемый эффект ее осветления, т. е. задержание заданного процента взвеси. При этом исходят из упрощенного представления, согласно которому частицы взвеси в от­стойнике осаждаются так же, как в неподвижном объеме воды, с той лишь разницей, что этот объем перемещается в горизонтальном направлении со скоростью движения воды в отстойнике.

Расчет отстойника следует производить на два случая:

1) при минимальной мутности и минимальном зимнем расходе обрабатываемой воды;

2) при наибольшей мутности при максимальном расходе воды, соответствующем этому периоду.

При длине отстойника L и скорости горизонтального движения потока в нем теоретическая продолжительность пребывания воды в отстойнике будет равна:

t_т = L / v. (10.1)

Это время должно быть равно продолжительности осаждения, необходимой для получения заданного эффекта осветления воды.

При расчете отстойников пользуются обычно фиктивной скоростью осаждения (или так называемой «процентной скоростью осаждения»), которая определяется по формуле

Подставляя в эту формулу значение t_р из (10.1), получим

L = h_p·v / u, (10.2)

где h_p = 3–3,5 – глубина зоны осаждения отстойника; v – скорость горизонтального движения воды в начале отстойника, принимают равной 6…8; 7…10 и 9…12 мм/с соответственно для вод малой мутности, средней мутности и мутных; u – скорость осаждения взвеси, мм/с, принимаемая равной:

мутные воды, не обрабатываемые коагулянтом ……………..0,08–0,15;

мутные воды, обрабатываемые:

коагулянтом ………………………………………….………....0,05–0,60;

флокулянтом …………………………………..…….....……….0,20–0,30;

воды средней мутности, обрабатываемые коагулянтом…..….0,45–0,50;

маломутные цветные воды, обрабатываемые коагулянтом….0,30–0,45.

При коагулировании с применением флокулянтов расчетную скорость осаждения взвеси следует увеличить на 15...20 %.

После определения длины отстойника следует проверить отношение L / h_p, которое должно быть не менее 10.

Установлено, что режим движения воды в горизонтальных отстойниках турбулентный, вследствие чего выпадение частиц взвеси в воде тормозится наличием вертикальных составляющих скоростей турбулентного потока. Вместе с тем действительная продолжительность пребывания воды в отстойнике всегда меньше теоретической из-за неизбежного неравномерного распределения скоростей потока по сечению отстойника, поэтому действительная скорость движения воды в отстойнике больше скорости v в формуле (10.2), вследствие чего эффект осветления воды снижается. Поэтому для обеспечения заданного эффекта осветления воды площадь отстойника, вычисляемая по формуле (10.2), должна быть несколько увеличена. Это достигается введением в указанную формулу коэффициента a, всегда большего единицы.

L = a·h_p·v / u, (10.3)

где a = 1,3…1,8 – для цветных вод с содержанием взвешенных веществ 200…250 мг/л; a = 1,3…2,0 – для мутных вод с содержанием взвешенных веществ более 250 мг/л; a = 1,8…3,5 – для мутных вод без обработки коагулянтами.

Применение горизонтальных отстойников со встроенной камерой хлопьеобразования и отбором осветленной воды через тонкослойные блоки, размещаемые в зоне осаждения, дает значительные технологические преимущества. Принципиальное отличие отстойников данной конструкции состоит в том, что осветление воды происходит не в свободном объеме отстойника, а в тонкослойных элементах (блоках) с ламинарным движением в них воды. Блоки устанавливают наклонно, что способствует постоянному сползанию осадка и удалению его из осветленной воды. Применение отстойников с тонкослойными блоками вместо обычных в результате сокращения времени отстаивания воды позволяет значительно увеличить нагрузку (в 2…3 раза) или соответственно снизить объем сооружений. При установке в зоне осаждения тонкослойных блоков по всей длине отстойника его площадь при коагулировании примесей следует определять, исходя из удельных нагрузок, отнесенных к площади зеркала воды, занятой тонкослойными модулями: для мутных вод – 4,6…5,5, для вод средней мутности – 3,6…4,5, для маломутных и цветных вод – 3…3,5 м³/(ч·м²).

Рис. 10.4. Схема горизонтального отстойника:

1 – подача воды; 2 – дырчатые распределительные перегородки; 3 – выпуск осветленной воды; 4 – приямок; 5 – удаление осадка

Железобетонные прямоугольные в плане бассейны с встроенными камерами хлопьеобазования обычно разделяют продольными вертикальными перегородками на коридоры. Как правило, сбор воды по площади рассредоточен (рис. 10.4).

Горизонтальные отстойники применяют при обработке расходов воды более 30000 м³/сут с исходной мутностью до 1500 мг/л, включая количество взвешенных веществ, образующихся при введении реагентов, и цветностью 120°.

Удаление осадка может быть периодическое, с выключением отстойника из работы, и гидравлическое – без выключения.

Суммарная площадь горизонтальных отстойников в плане, м²:

(10.4)

где a – коэффициент объемного использования отстойников; принимают равным 1,3; q – расчетный расход воды, обрабатываемой на станции, м³/ч; u₀ – скорость выпадения взвеси, мм/с (определяют по СНиП 2.04.02-84, табл. 18).

Расчетная ширина отстойника, м:

(10.5)

где v_ср – средняя расчетная скорость горизонтального движения воды в начале отстойника, мм/с; для маломутных вод 6...8 мм/с; средней мутности – 7...10 и мутных – 9...12 мм/с; Н_ср – средняя глубина зоны осаждения, м, принимают Н_ср = 3…3,5 м; N – число отстойников. Принимают не меньше двух, если их меньше шести, то предусматривают один резервный.

При ширине отстойника более 6 м каждый из них делят перегородками на коридоры шириной 3...6 м соответственно шагу колонн. Обычно каждый коридор проектируют как отдельный отстойник, особенно при гидравлическом удалении осадка.

Расчетная длина отстойника (между дырчатыми перегородками), м:

L = H_ср·v_ср·u₀. (10.6)

В начале и конце отстойника устанавливают распределительные дырчатые перегородки. В нижней части перегородки на 0,3...0,5 м выше зоны накопления и уплотнения осадка отверстия не предусматривают.

Рабочая площадь перегородки в каждом коридоре отстойника составит, м²:

f_раб = b_к (H–0,5), (10.7)

где b_к – ширина коридора отстойника, м; H – принятая высота зоны осаждения, м.

Расчетный расход воды для каждого коридора, м³/ч (м³/с):

q_к = q / n, (10.8)

где n – число коридоров во всех отстойниках.

Площадь отверстий в перегородках, м²:

в начале отстойника

(10.9)

где – скорость в отверстиях, м/с; принимают v'_о = 0,3 м/с;

в конце отстойника

(10.10)

где – скорость в отверстиях, м/с; принимаем равной 0,5 м/с.

Диаметр отверстий принимаем d₁ = 0,05 м (в передней перегородке) и d₂ = 0,04 м (в задней).

По суммарной площади отверстий и площади отдельного отверстия находят число отверстий в передней и задней перегородках.

Задаваясь числом отверстий в ряду по горизонтали n_г, находим число рядов по вертикали n_в на рабочей площади перегородок. Приняв шаг между отверстиями по горизонтали и рядами по вертикали равным не более 0,5 м, уточняют шаг отверстий, м:

по горизонтали l_г = b_к / n_г;

по вертикали l_в = (Н – 0,5) / n_в.

При периодическом удалении осадка из отстойника путем спуска воды из него и промывки из шлангов объем зоны накопления и уплотнения осадка, м³:

(10.11)

где С_ср – средняя концентрация веществ в исходной воде, поступающей в отстойник за период между чистками, г/м³ (мг/л);

C_ср = M + K·Д_к + 0,25·Ц + И, (10.12)

где М – количество взвешенных веществ в исходной воде, г/ м³; К – переводной коэффициент, равный для очищенного сернокислого алюминия 0,55, для неочищенного сернокислого алюминия 1, для хлорного железа 0,8; Д_к – доза коагулянта в пересчете на безводный продукт, г/ м³; Ц – цветность воды, град; И – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды, мг/л;

И = (1...0,4) Д _и, (10.13)

где 1...0,4 – содержание СаО в извести, доли по массе; Д_и – доза извести, мг/л; m – количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, принимаем 8…15 мг; Т – продолжительность действия отстойника между чистками, сут (согласно СНиП принимают от 1 до 10…15 сут); N – число отстойников; d – средняя концентрация осадков после уплотнения в течение 24 ч, г/м³; определяют по СНиП 2.04.02-84 в зависимости от концентрации взвешенных веществ:

C_ср, мг/л <100 100…400 400…1000 1000…1500

d, тыс. г/м³ 20 20…40 35…60 80…120.

Средняя высота (посредине между дырчатыми перегородками) зоны накопления осадка, м:

(10.14)

где F₁ – площадь одного отстойника, м²; F₁ = F / N.

Средняя глубина рабочей части отстойника, м:

. (10.15)

Общая средняя высота отстойника (до перекрытия), м:

, (10.16)

где h_стр – строительный запас; принимают 0,3 м.

Рабочий объем отстойника, м³:

, (10.17)

где L¢ – строительная длина, м; (L – длина отстойника, м; l – расстояние от торцевой стенки отстойника до дырчатой перегородки; принимают 1…2 м).

Количество сбрасываемой воды из отстойника при его очистке вычисляется в процентах от расхода обрабатываемой воды

, (10.18)

где К_р – коэффициент разбавления осадка, принимают 1,1 при периодическом опорожнении отстойника и 1,2…1,5 при гидравлическом (без выключения отстойника) способе удаления осадка.

Время опорожнения отстойника t не должно превышать 6 ч при скорости опорожнения не менее 1 м/с.

Диаметр трубы для опорожнения подбирают по расходу

q_оп = W / t. (10.19)

Дно горизонтальных отстойников, не имеющих механизмов для удаления осадков, устраивают с продольным уклоном не менее 0,02 в направлении, противоположном движению воды, и с поперечными уклонами в каждом коридоре не менее 0,05.

При удалении осадка без прекращения действия отстойника – по дренажным дырчатым каналам или трубам, уложенным на дне по продольной оси отстойника, расстояние между осями каналов не должно превышать 3 м, а от стен отстойника – 1,5 м, диаметр отверстий – не менее 20 мм, шаг отверстий – не более 500 мм.

Количество осадка, удаляемого из каждого отстойника за одну чистку (по массе), составляет

(10.20)

где t₁ – время между сбросами осадка, сут, t₁ = 3 сут.

Расход воды, м³/мин, сбрасываемой из одного отстойника с осадком по дырчатому каналу, с учетом коэффициента разбавления К_р = 1,5 при гидравлическом удалении осадка; К_р = 1,2 при механическом и К_р = 2…3 при напорном смыве вычисляют по формуле

q_ос = K_p·P_p (100 / P_t)(1 / t), (10.21)

где Р_t – среднее содержание твердого вещества в осадке, %; принимают около 5 %; t – продолжительность сброса осадка, мин, t = 20…40 мин.

Поперечное сечение и размеры дырчатых каналов или диаметр дырчатых труб определяют по скорости осадка в каналах, которая должна быть не менее 0,7 м, и расходу q_ос.

Площадь, м², всех отверстий для приема осадка находят по скорости воды в них v = 1,5 м/c или по коэффициенту перфорации К_п = 0,7…0,5:

(10.22)

где f_кан – площадь поперечного сечения дырчатого канала или дырчатой трубы, м².

Число отверстий в трубе

(10.23)

Шаг, м, оси отверстий, которые размещают в два ряда в шахматном порядке,

l₀ = L / n₀. (10.24)

Пример. Краткий расчет горизонтального отстойника

Исходные данные. Q_сут = 40000 м³/сут (Q_ч = 1667 м³/ч). Количество поступающей взвеси на входе составляет 340 мг/л, а на выходе отстойника 9,5 мг/л.

Расчет. Приняв u = 0,5 мм/с (СНиП 2.04.02-84) и задавшись отношением L / H = 1,5, принимаем a = 1,5 и v_ср = 5 мм/с.

Площадь всех отстойников в плане вычисляют по формуле (10.4)

м².

Глубину зоны осаждения осадка в соответствии с высотной схемой станции принимаем Н = 2,6 м (рекомендуется 2,5…3,5 м). Расчетное число действующих одновременно отстойников N = 4.

Ширину отстойника определяем по формуле (10.5)

м.

Внутри каждого отстойника устанавливаем две продольные вертикальные перегородки, образующие три параллельных коридора шириной по 3 м каждый.

Длина отстойника

м.

При этом соотношение L/H = 38,6/2,6 = 15, то есть соответствует требованиям СНиП 2.04.02-84.

В начале и конце отстойника устанавливаем поперечные водораспределительные дырчатые перегородки, рабочая площадь их в каждом коридоре отстойника шириной b_к = 3 м

Расчетный расход воды для каждого из 12 коридоров q_к = Q_ч / 12 = = 1667 / 12 = 139 м³/ч или 0,039 м³/с. Необходимая площадь отверстий в распределительных перегородках:

в начале отстойника

,

где скорость движения воды в отверстиях перегородки, равная 0,3 м/с;

в конце отстойника

,

где скорость воды в отверстиях концевой перегородки, равная 0,5 м/с.

Принимаем диаметр отверстия в передней перегородке d₁ = 0,05 м, тогда площадь каждого отверстия м², а число отверстий .

Диаметр отверстия в концевой перегородке принимаем d_к = 0,04 м, тогда площадь каждого отверстия м², а число отверстий .

Принимаем по 63 отверстия в каждой перегородке, размещая их в семь рядов по горизонтали и в девять рядов по вертикали. Расстояния между осями отверстий: по вертикали 2,3: 7 = 0,3 м и по горизонтали 3: 9 = 0,33 м.

Пример. Определение расхода воды (%) при периодическом сбросе осадка с опорожнением отстойника

Исходные данные. Продолжительность действия отстойника между чистками T = 10 сут, то есть расчет проводят на длительность паводкового периода.

Q_ч = 1667 м³/ч; m = 9,5 мг/л; M = 340 г/м³; Д_к = 60 г/м³; Д_и = 40 г/м³; K = 0,55; Ц = 50⁰; K_p = 1,3 – коэффициент разбавления осадка.

Расчет. Вычисляем концентрацию взвешенных веществ:

C_ср = 340 + 0,55 60 + 0,25 50 + (1 – 0,4) 40 = 409,5 мг/л.

Определяем процент задержания взвеси отстойником

Вычисляем необходимый объем зоны накопления и уплотнения осадка по формуле (10.11):

м³.

Находим среднюю высоту зоны накопления и уплотнения осадка при площади отстойника F_отс = F_общ /4 = 347,5 м² (см. предыдущий пример) h_з.н = W_з.н / F_отс = 800 / 347,5 = 2,3 м. Тогда средняя глубина отстойника Н¢ = 2,6 + 2,3 = 4,9 м (2,6 – высота зоны отстаивания).

Определяем общую длину отстойника с учетом распределительных отделений:

L_отс = 38,6 + 2 1,5 = 41,6 м.

Вычисляем объем одного отстойника, м³:

м³.

Расход воды при периодическом сбросе осадка с опорожнением отстойника, %, определяем по формуле:

Дата добавления: 2014-12-27