1.7 Скорые однослойные фильтры
Вода, поступающая на скорые фильтры после отстойников, имеет мутность не более 15 мг/л, а после фильтрации для хозяйственно-питьевых целей не должна превышать 1,5 мг/л.
Фильтры (рисунок 5) и их коммуникации рассчитаны на работу при нормальном и форсированном режимах (когда один фильтр отключен на ремонт). В данном курсовом проекте приняты скорые фильтры с однослойной загрузкой.
1
– дренажно-распределительная система;
2 – поддерживающие слои; 3 – фильтрующая
загрузка; 4 – лотки; 5 – карман
Рисунок 5 – Скорый фильтр с однослойной загрузкой
Параметры фильтрующей загрузки и работы фильтра были приняты по [3, таблица 4].
Общую площадь фильтрования Fф, м2, определили по формуле
(42)
где Q – полезная производительность станции, м3/сут, Q=46800 м3/сут;
Тст – продолжительность работы станции в течение суток, ч, Тст=24 ч;
Vн – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, Vн = 9,5 м/ч;
nпр – число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме, nпр = 2;
ω – интенсивность промывки, л/с·м2, ω = 15 л/с·м2;
tпр – время промывки, ч, tпр = 0,1 ч;
τпр – время простоя фильтра в связи с промывкой, ч, τпр = 0,33 ч (для фильтров, промываемых водой);
Количество фильтров Nф, шт., находим по формуле
(43)
Скорость при
форсированном режиме Vф,
,
определяем по формуле
(44)
где N1 – количество фильтров в ремонте, N1 = 1, так как Nф<20;
Размеры в плане одного фильтра принимаю 6,2х6,2 м. Тогда действительная площадь одного фильтра равна F1ф=38,44 м2.
Полная высота фильтра Нф, м
(45)
где Нп.с. – высота поддерживающих слоев, м, Нп.с.=0,15 м – при крупности зерен 10-5 мм, по [1, таблица 22];
L0 – толщина фильтрующих слоев, м, L0 =1,4 м;
Нв – высота водяной подушки над загрузкой, м, Нв = 2 м;
hс–превышение строительной высоты над уровнем воды, м, hс=0,5м;
При выключении фильтра на промывку, скорость фильтрации на остальных принята постоянной. При работе с постоянной скоростью предусмотрена дополнительная высота Ндоп, м, над нормальным уровнем воды в фильтре
(46)
где ∑Fф – суммарная площадь фильтров, в которых происходит накопление воды, ∑Fф=5.38,44=192,2 м2;
W0 – объем воды, накопившейся за время простоя в одновременно промывающихся фильтрах, м3;
W0 =F1ф.Нв; (47)
W0 =38,44.2,0=76,88 м3;
Дренажную систему
рассчитывала по промывному расходу
qпром,
,
(48)
где F1 – площадь одного фильтра, м2, F1 = 38,44 м2;
- интенсивность
промывки, л/с.м2,
=15
л/с.м2;
Площадь поперечного сечения коллектора Sк, м2, найдем по формуле
(49)
где V – скорость воды в коллекторе, м/с, V =1,14 м/с;
Диаметр коллектора D, м, определяем по формуле
(50)
Количество ответвлений nот, шт., найдем по формуле
(51)
где В – сторона фильтра в плане, м, В=6,2 м;
b – расстояние между ответвлениями, м, принимаю b=0,3 м;
Диаметр ответвлений dот, м, определим по формуле
(52)
где V – скорость движения воды в ответвлении, V=1,8 м/с;
Были подобраны пластмассовые трубы диаметром 140 мм. На ответвлениях предусмотрены отверстия диаметром 10 мм, расположенные в шахматном порядке. При расстоянии между отверстиями 150 мм их общая площадь составляет порядка 0,5 % рабочей площади фильтра. Расстояние от низа ответвления до дна фильтра принято 100 мм.
Потери напора в трубчатой распределительной системе h, м, находим по формуле
(53)
где ζ – коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый для системы с круглыми отверстиями по формуле
,
(54)
где Кп – коэффициент перфорации, равный отношению суммарной площади отверстий к площади поперечного сечения трубы;
,
(55)
где Rотв, Rтр – радиусы отверстий и труб (ответвлений), мм,;
Nотв – количество отверстий на одном ответвлении, шт., Nотв=62 шт. (принято конструктивно);
;
;
Vк – скорость движения промывного расхода в начале коллектора, м/с, Vк = 1,93 м/с;
Vотв – средняя скорость на входе в ответвления, м/с, Vотв = 2,0 м/с;
Потеря напора в загрузке фильтра примерно равна высоте фильтрующих слоев, т.е. 1,4 м.
Потеря напора в поддерживающих слоях принят 0,2 м.
Диаметр коммуникаций, обслуживающих блок фильтров при форсированном режиме работы, был подобран по [4] таким образом, чтобы скорость в них не превышала 1,5 м/с. Подвод и отвод промывной воды осуществляется стальными трубами диаметром 600 мм при скорости 1,93 м/с.
Для удаления воздуха при промывке на коллекторе предусмотрен один воздушник диаметром 50 мм, поскольку площадь фильтра меньше 50 м2.
Для промывки фильтров используется очищенная вода. Для сбора и отвода промывной воды предусмотрены желоба полукруглого сечения. В эксплуатацию принято два желоба при расстоянии между их осями 2,2 м.
Ширина желобов Вж, м, была определена по формуле
,
(56)
где Кж – коэффициент, зависящий от сечения желоба, Кж = 2 (для полукруглого сечения);
qж – расход воды по желобу, м3/с, qж = qпром/2=0,576/2=0,288 м3/с;
aж – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, aж = 1,3;
.
Лотки желобов имеют уклон 0,01 к сбросному каналу.
Расстояние от дна желоба до дна сборного канала фильтра Нкар, м, было определено по формуле
,
(57)
где Вкар – ширина кармана, м, Вкар = 0,7 м;
qкар – расход воды в кармане, м3/с, qкар=0,576 м3/с;
.
Расстояние от поверхности фильтрующего слоя загрузки до верхней кромки желобов Нж, м, было определено по формуле
,
(58)
где L0 – высота фильтрующего слоя, м, L0 = 1,4 м;
е – относительное расширение фильтрующей загрузки в процентах по [3, таблица 4], е = 40 %;
.
Вода на промывку подается из бака, объем которого рассчитан на одну дополнительную промывку сверх их расчетного числа (N=1+1=2).
Производительность насоса, подающего воду в промывной бак, qбн, м3/ч, была определена по формуле
,
(59)
где Wпр – объем воды на одну промывку, м3,
Wпр
=
,
(60)
Wпр
=
;
К – коэффициент запаса, К=1,5;
n – число промывок в сутки, n=2;
Необходимый напор промывного насоса Hн, м, определялся с учетом высоты расположения промывного бака – 7,35 м, потерь напора в коммуникациях по [4] – 0,12 м, распределительной системе – 4,57 м, в поддерживающих – 0,2 м, фильтрующей загрузке – 1,4 м. Следовательно, Нн=20,0м, Q=30 м3/ч. В эксплуатацию принят насос марки 2К-20/30а (2К-6а), также предусмотрен один резервный насос.