Расчет скорых фильтров

Вода после выхода из осветлителя должна содержать не более 8.12 мг/л взвешенных веществ. Для дальнейшей очистки вода поступает на различные фильтровальные установки.

После фильтрования мутность воды, предназначенной для питьевых целей, не должна превышать 1,5 мг/л. Помимо взвешенных веществ фильтры должны задерживать большую часть микроорганизмов, понижать цветность воды до допускаемой нормы в 20^о.

В практике водоподготовки, как правило, применяются скорые безнапорные фильтры с одноили двухслойной фильтрующей загрузкой.

Загрузка фильтров принимается по данным [1, табл. 21], поддерживающие слои — [1, табл. 22]. Для данной работы подбираем в качестве материала загрузки кварцевый песок с эквивалентным диаметром зерен 0,8−1 мм, примем высоту его загрузки 1,4 м.

В качестве поддерживающих слоев используется гравий с крупностью зерен 2−5 мм. Верхняя граница слоя должна быть на уровне верха трубы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий.

Суммарная площадь скорых фильтров определяется по формуле.

.

где ф₁ — продолжительность промывки, равная 0,1 часа;

щ — определяется по [1, табл. 23] равна 15 л/с•м²;

Q_сут — расчётная производительность станции, м³/сут;

T_ст — продолжительность работы станции в течение суток, 24 ч;

V_н — расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме м/ч, принимается по [1, табл.21] равная 7 м/ч;

n_пр — число промывок каждого фильтра за сутки при нормальном режиме эксплуатации, равное 2;

q_пр — удельный расход воды на одну промывку, одного фильтра, м³/ч;

ф_пр — время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаемое для фильтров, промываемых водой и воздухом — 0,5 ч [1];

3,6 • 15 • 0,1 = 5,4 м³/ч.

= 63,3 м³

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м³/сут должно быть менее четырех, для станций производительностью более 8…10 тыс. м³/сут количество фильтров определяется по формуле:

Принимается количество скорых фильтров равное 4.

При этом должно обеспечиваться соотношение:

где N₁ — количество фильтров, находящихся в ремонте, определяется по [1] равное 1;

V_ф — скорость фильтрования при форсированном режиме должно быть не более указанной в [1, табл. 21], V_ф должно находиться в интервале от 7 до 9,5 м/ч.

Площадь одного фильтра рассчитывается по формуле:

Расчёт распределительной системы фильтра.

Распределительная система служит для равномерного распределения промывной воды по площади фильтра и для сбора профильтрованной воды.

Количество промывной воды, необходимое для одного фильтра:

/c.

Диаметр коллектора D_кол распределительной системы определяется по рекомендуемым скорости входа промывной воды V_кол = 0,8…1,2 м/с [1].

По [2] подобрана пластмассовая труба D_кол = 560 мм (при этом V_кол = 1,3 м/с).

Площадь фильтра, приходящаяся на каждое ответвление распределительной системы при расстоянии между осями ответвления m (рекомендуется принимать m = 0,25…0,35 м [1], принимается m=0,3 м) и наружном диаметре коллектора D_кол, составит:

где L_ф — длина фильтра.

L_ф — принимается равная 4 м, следовательно, ширина фильтра В_ф =3,9 м.

Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление, определяется по формуле:

Диаметр труб ответвлений d_отв, принимается по [2] таким, чтобы скорость движения воды в них не превышала рекомендуемую скорость 1,6…2 м/с [1]. По [2] d_отв=90 мм (при этом V_отв=1,8 м/с).

Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстоянии между осями ответвлений l_о=250.300мм составит h_о= 12.

Так как присутствуют поддерживающие слои на ответвлениях трубчатого дренажа, предусматриваем отверстия диаметром 10 мм. Общую площадь отверстий принимаем равной 0,3% от рабочей площади фильтра [1], то есть 0,047мІ.

При длине каждого ответвления l_отв=L_ф-D_кол шаг оси отверстий на ответвлении должен оставлять 150.200 мм.

l_отв=4−0,560=3,44 м Отверстия располагаются в два ряда в шахматном порядке под углом 45° к низу от вертикали. Расстояние между осями отверстий принимаем 150 мм. Получаем 44 отверстия.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, в повышенных местах следует предусматривать установку стояков: воздушников диаметром 75…150 мм с установкой на них запорной арматуры или автоматических устройств для выпуска воздуха.

Расчёт устройств для сбора и отвода воды при промывке

Для сбора и отведения промывной воды следует предусматривать желоб полукруглого или пятиугольного сечения, размещаемый над поверхностью фильтрующей загрузки.

Расстояние между осями желобов должно быть не более 2,2 м [1].

Ширина желоба B_жел определяется по формуле.

где q_жел — расход воды по желобу, м³/с;

б_жел — отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимается 1,5;

К_жел — коэффициент, принимаемый для полукруглых желобов — 2.

где n_жел — количество желобов, определяется в зависимости от длины фильтра и расстояния между соседними желобами, которое рекомендуется принимать не более 2,2 м.

Кромки всех желобов должны быть на одном уровне и строго горизонтальны. Лотки должны иметь уклон 0,01 к сборному каналу.

Высота прямоугольной части желоба:

Полезная высота желоба:

Конструктивная высота желоба (с учётом толщины стенки).

Скорость движения воды в желобах принимается 1,5…2 м/с [1].

Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желоба Н_ж определяется по формуле:

+ 0,3.

где Н₃ — высота фильтрующего слоя, равная 1,4 м;

а₃ — относительное расширение фильтрующей загрузки, принимаемое по [1], равным 30%.

Если конструктивная высота желоба h_к>Н_ж, то в этом случае Н_ж увеличивается на столько, чтобы расстояние от низа желоба до верха загрузки было 0,005…0,06 м. Получаем Н_ж 0,79 м.

Расчёт сборного канала

Загрязненная промывная вода из желобов скорого фильтра свободно изливается в сборный канал, оттуда отводится в сток.

При отводе промывной воды с фильтра сборный канал должен предотвращать создание подпора на выходе воды из желобов. Поэтому расстояние от дна желоба до дна бокового сборного канала должно быть не менее:

где q_кан — расход воды в канале, м³/с;

B_кан — минимально допустимая ширина канала, принимаемая равной 0,7 м.

Скорость движения воды в конце сборного канала при площади поперечного сечения:

составит:

0,2374/ 0,15= 1,58.

что не должно быть менее 0,8 м/с.

Определение потерь напора при промывке фильтра

Потери напора слагаются из следующих величин:

· Потери напора в отверстиях труб распределительной системы фильтра:

где V_кол — скорость движения воды в коллекторе;

V_р.т — скорость движения в распределительных трубах;

б — отношение суммы площадей всех отверстий распределительной системы к площади сечения коллектора;

· Потери напора в фильтрующем слое высотой H_ф по формуле А. И. Егорова:

где б=0,76;

b=0,017 — параметры для песка с крупностью зерен 0,5…1 мм;

щ — интенсивность промывки, равная 15 л/(с•м²);

H_ф — высота фильтрующей загрузки, равная 1,4 м;

· Потери напора в гравийных поддерживающих слоях высотой H_п.с по формуле профессора В. Т. Турчиновича:

· Потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к общему коллектору распределительной системы, определяются по формуле.

=0,1 м Суммарные потери напора при промывке фильтра равны:

0,94+1,42+0,18+0,1= 2,64 м.

Подбор насосов для промывки фильтров

Расход воды, который должны подавать насосы, равен расходу промывной воды.

Напор, который должен развивать насос при промывке фильтра, определяется по формуле:

где h_г — геометрическая высота подъёма воды от дна резервуара чистой воды до верхней кромки желобов над фильтром, определяется по формуле:

где Н_ж — высота кромки желоба над поверхностью фильтра;

Н_ф — высота загрузки фильтра (фильтрующий слой + поддерживающий слой);

Н_в — глубина воды в резервуаре чистой воды (по схеме);

?h — суммарные потери напора;

h_н.з — запас напора (на первоначальное загрязнение фильтра и т. п.), равный 1,5 м.

Для подачи воды из РЧВ на промывку фильтра подобран насос марки 1Д1600−90, производительностью до 1000 м³/ч, обеспечивающий напор до 40 метров.