Скорый фильтр

Для осветления воды применяют фильтры, которые способны улавливать практически все взвеси. Важнейшая характеристика работы фильтров – скорость фильтрования, в зависимости от которой фильтры подразделяют на медленные (0,1...0,2 м/час), скорые (5,5...12 м/час) и сверхскорые (25...100 м/час). Наибольшее распространение получили скорые фильтры, на которых осветляется коагулированная вода. 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 прерывных 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:

,

где Q_п.сут – полезная производительность станции, м³/сут; Т_ст – продолжительность работы станции, сут; V_н – расчетная скорость фильтрации при нормальном режиме эксплуатации, м/час,V_н = 5...6 м/час; n – число промывок каждого фильтра за сутки, n = 2; w – интенсивность промывки, w = 12...18 л/(с×м²); t₁ – продолжительность промывки, час, t₁ = 0,1 час; t₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой водой, t₂ = 0,33 час, а для промывки водой с воздухом, t₂ = 0,5 час.

F = = 104,2 м².

Рис. 11.3. 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

Число фильтров:

N = 0,5 = 5.

Площадь одного фильтра:

f = = 20, 8 м².

Зная площадь фильтра, примем его размеры в плане: f = a·b = = 4·5,2 = 20,8 м². Скорость фильтрования при форсированном режиме (V_ф) при условии, что фильтр (N₁) находится на ремонте:

V_ф = = 6,25 м/ч.

Принимаем скорые однослойные фильтры с загрузкой кварцевым песком разной крупности.

Распределительная система фильтра служит для равномерного распределения и сбора промывной воды по площади фильтра. Зная интенсивность промывки w = 16 л/(с·м²), определим расход промывной воды л/с для одного фильтра:

q _пр = f·w = 20,8·16 = 332,8 л/с = 0,332 м³/с.

Скорость движения воды в коллекторе V_к принимаем не более 2,5 м/с. По расходу q _пр и скорости V_к. вычислим диаметр коллектора:

= 0,4 м = 400 мм.

Наружный диаметр коллектора принимаем согласно ГОСТ 10704-76: Д_к = 426 мм. Площадь фильтра, м², приходящаяся на каждое ответвление, определяется по формуле:

f_отв= ,

где m – расстояние между ответвлениями, m = 0,2...0,25 м.

f_отв= м².

Расход промывной воды, л/с, поступающей через одно ответвление

q_отв = f_отв·ω = 0,5·16 = 8 л/с.

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 = 70 мм.

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. Отверстия или щели располагают в нижней части трубы в два ряда в шахматном порядке под углом 45° к ее вертикальной оси. Расстояния между осями ответвлений принимают 250...350 мм, между осями отверстий –150...200 мм.

Суммарная площадь отверстий Sf_o составляет:

Sf₀= м² = 500 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.

n₀ = шт.

Общее число ответвлений составит:

n_отв = а / m = 4 / 0,22 = 18 шт.

Число отверстий на одном ответвлении составит:

n_отвер = n_о / n_отв = 639 / 18 = 36 шт.

Длина одного ответвления l_отв определяется по формуле:

l_отв = = 2,4 м.

Расстояние между отверстиями составит:

l_о= м.

Загрязненная вода при промывке скорых фильтров собирается и отводится по желобам, размещенным над поверхностью загрузки. Применяют желоба, у которых верхняя часть поперечного сечения прямоугольная, а нижняя – треугольная. Число желобов зависит от ширины фильтра, которую принимают с учетом рекомендуемого расстояния между желобами не более 2,2 м.

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

q_ж = ,

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

q_ж. = = 0,166 м³/с = 166 л/с.

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.

Высота треугольной части желоба X = 0,5·В = 0,5·0,76 = 0,38 м, а прямоугольной части: H₁ = 1,5·X = 1,5·0,38 = 0,57 м.

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= ,

где Н_з – высота фильтрующего слоя, м, Н_з = 0,7 м; е – относительное расширение загрузки, %, е = 45 %.

h_ж= , м.

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

Р_ф= ,

где w – интенсивность промывки, л/(с·м²), w = 16 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.

Т = 8 – (0,33 + 0,1) = 7,57 ч.

Р_ф = %.

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.

Н _к = 1,73 м.

Уровень воды в канале с учетом подпора, создаваемого трубопроводом, отводящим промывную воду, должен быть на 0,2 м ниже дна желобов.

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;

z = ,

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_p.c = 18, 96· м.

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_ф = (0,76 + 0,017·16) 0,7 = 0,72 м

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.

h_п.с = 0,022·0,5·16 = 0,176 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 = 4,06 + 0,72 + 0,176 + 1,0 + 0,5 + 1,0 = 7,456 м.

Геометрическая высота подъема воды от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов, м:

h_геом = h_ж + Н_з + Н_п.с + H_РЧВ ,

где h_ж – высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки, м; Н_з – высота фильтрующей загрузки, м; Н_п.с – высота поддерживающих слоев, м; H_РЧВ – глубина воды в резервуаре чистой воды, м, H_РЧВ = 3,5...4,5 м.

h_геом = 0,6 + 0,7 + 0,5 + 4,0 = 5,8 м.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра, м, составит:

Н = h_геом + Sh + h_з,

где h_з – требуемый напор на первоначальное загрязнение фильтра, м, h_з. = 1,5м.

Н = 5,8 + 7,4 + 1,5 = 14,7 м.

Устанавливают один рабочий и один резервный промывной насосы. Подачу насоса принимают по промывному расходу на промывку одного фильтра, q = 0,332 м³/с.

Дата добавления: 2014-12-27