Расчёт контактных префильтров

Площадь контактных префильтров определяю по формуле:

, где

Q - полезная производительность станции в течении суток, м³/сут. По заданию

15450 м³/сут.

Т_ст - продолжительность работы станции в течении суток, ч. Предусматриваю работу

круглосуточно - Т = 24 ч.

v_н - расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч назначаю по

п.6.130, v_н = 5,0 м/час

n_пр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации,

принимаю n_пр. =2.

q_пр - удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м³/м².

q_пр = Σ I_i t_i* / 1000, где

I_i - интенсивность промывки.

t_i - продолжительность промывки этого же этапа, с.

Для контактного префильтра при промывке вода используется на втором этапе с интенсивностью 3 л/с м² в течении 7 мин, на третьем этапе с интенсивностью 6 л/с м² в течении 5 мин. Для этих условий:

q_пр = Σ I_i t_i* / 1000 = (3 * 7 * 60 + 6 * 5 * 60) / 1000 = 3,06 м³/м²

τ_пр - время простоя контактного префильтра в связи с промывкой. Для

водовоздушной промывки префильтра принимаю τ_пр = 0,5 ч;

τ_ст - продолжительность сброса первого фильтрата после промывки, принимаемая по

п. 6.133 [1] равной 10 мин.

Количество префильтров N_{кон.преф} на станции водоочистки вычисляю по формуле:

Определяю скорость фильтрования при форсированном режиме эксплуатации станции:

, где

N₁ - число фильтров, находящихся в ремонте. В соответствии с п. 6.95 [1] при 6 рабочих контактных префильтрах предусмотрена возможность отключения на ремонт одного сооружения. N₁ = 1

Полученное значение не превышает нормативного, равного 6 м/ч, поэтому резервных сооружений предусматривать не следует.

Расчетная площадь одного контактного префильтра F_{1 кон.преф} составит:

F_{1 кон.преф} = / N_{кон.преф} = 138,3 / 6 = 23,05 м².

Предусматриваю расположение контактных префильтров в здании в ряд напротив скорых фильтров. Расстояние от внутренней стены здания до наружной стены сооружения приму равным 1,0 м, толщину их стен - 0,25 м и учитывая, что лучшие характеристики распределительных систем у сооружений, в которых длина в 1,4 - 1,6,то

Принимаю длину контактного префильтра, равной l_{кон.преф}= 6,4 м (рис.), тогда его ширина b_{кон.преф} будет составлять 3,6 м.

 

Конструкцией контактных префильтров предусмотрено устройство двух распределительных систем - воды и воздуха, а также системы низкого отвода промывной воды.

 

 

РАСЧЁТ ВОДЯНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ:

Вычислю максимальный расход воды, подаваемый на промывку одного префильтра Q_пр на третьей стадии промывки при I = 6 л/см²:

Q_np = I* l_{кон.преф} * b_{кон.преф} = 6 * 5,9 * 3,9 = 138,24 л/с. = 0,14 м³/с

Диаметр коллектора D_K водяной распределительной системы определяю по скорости движения воды в его начале v_к = 0,8 м/с:

D_K =

Назначаю D_K = 500 мм, тогда

v_к = м/с.

Назначаю шаг между распределительными трубами l_р = 0,3 м. Тогда их количество составит:

n_р= l_{кон.преф} / l_р = 5,9 / 0,3 = 20.

При скорости входа воды в распределительные трубы v_от= 1,8 м/с их диаметр D_om будет равным:

D_om =

В качестве распределительных использу. трубы из полиэтилена высокой плотности наружным диаметром 75 мм, тип СЛ, толщина стенки 7,0 мм (внутренний 61 мм). Скорость входа воды в ответвления будет равной:

v_oт=

В ответвлениях предусматриваю отверстия диаметром d_o = 10 - 12 мм (приму d₀ = 12 мм.), направленные вниз. Их общая площадь Σf₀ принимаю равной по [2] 0,19 - 0,21 % от площади контактного префильтра F_{конт.предф1} (приму равной 0,20 %):

F_{конт.предф1} = l_{кон.преф} * b_{кон.преф}. = 5,9*3,9=23,01 м².

Σf₀ = 0,20 * F_{конт.предф1} / 100= 0,20 * 23,04 / 100 = 0,046 м².

Общее количество отверстий в ответвлениях будет равно:

Общая длина перфорированных участков распределительных труб Σl₀ будет равна:

Σl₀ = b_{кон.преф} * n_р = 3,9 * 20 = 75,6 м.

Найду шаг отверстий l₀ при их диаметре d₀ = 12 мм

Нормативное значение l₀ = 200 – 300 мм. – соответствует нормам.

 

РАСЧЁТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВОЗДУХА:

В контактном префильтре распределительная система воздуха устраивается из коллектора, обычно располагаемого выше уровня воды на боковой стене сооружения и распределительных труб, монтируемых между трубами ответвлений для воды по [2].

Расход воздуха Q_а, подаваемый для регенерации загрузки, вычисляю по формуле:

Q_a = I_a * F_{конт.преф1}, где

I_a - интенсивность подачи воздуха на первом и втором этапах промывки контактного

префильтра, принимаемая по [2] 18 -* 20 л/см² (приму I_a = 19 л/см²)

Q_a = 19 * 23,01 = 437,76 л/с = 26,27 м³/мин = 0,44 м³/с.

Диаметр коллектора D_ка определяю по скорости движения воздуха в нем v_ка = 12 м/с:

D_ка=

Принимаю D_ка ⁼ 250 мм (стальные трубы), тогда:

v_ка = , что соответствует нормам.

Суммарная площадь труб ответвлений воздуха должна составлять 0,4 - 0,7 от площади живого сечения коллектора. Количество распределительных труб воздуха п_ота будет на одну меньше, чем для воды, т.е. будет п_ота = 20 ответвлений Вычисляю для этих условий диаметр распределительных труб воздуха D_ота:

D_ота=

Выбираю для ответвлений полиэтиленовые трубы типа СЛ наружным диаметром 40 мм, толщина стенки 2,4 мм.

Распределение воздуха по площади контактного префильтра производится с помощью отверстий в распределительных трубах, устраиваемых в 2 ряда вниз к горизонтальной оси трубы под углом 45 град Общая площадь отверстий в распределительной трубе должна составлять 0,3 - 0,35 от площади ее поперечного сечения, диаметр отверстий d_оа = 3 - 5 мм (приму d_оа = 3 мм). При этих условиях общее количество отверстий в ответвлении п_оа будет равно:

п_оа = .

При расположении на трубе отверстий в 2 ряда расстояние между ними составит:

 

ВЫБОР ЗАГРУЗКИ КОНТАКТНОГО ПРЕФИЛЬТРА

Загрузку контактного префильтра предполагая, согласно [1] с поддерживающими слоями. В качестве загрузки используются зернистые материалы, имеющие плотность 2,5 - 3,5 г/см³ (песок, отсевы камнедробления, металлургические шлаки).

Низ труб распределительной системы воды располагают на расстоянии 120 мм от днища. Тогда верх труб при их диаметре 75 мм находится на расстоянии 195 мм от днища. Согласно таблице 25 [1] высота слоя гравия фракции 40 - 20 мм будет составлять 200 мм, высоту слоев фракций 20 - 10 и 10 - 5 мм принимаю по 150 мм, 5 - 2 - 300 мм, загрузку крупностью 2 - 1,2 мм -1200 мм, 1,2 - 0,7 - 800 мм.

Общая высота инертной загрузки Н₃ составит:

Н₃ = 0,2 +0,15 + 0,15 + 0,3 + 1,2+ 0,8 = 2,80 м, что меньше 3 м [1].

 

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ НИЗКОГО ТОВОДА ПРОМЫВНОЙ ВОДЫ:

Для исключения выноса загрузки из контактного префильтра при водовоздушной промывке он оборудуются системой низкого отвода промывной воды с пескоулавливающим желобом по [2], основные параметры которой приведены на рас. ниже:

Необходимо знать удельного расход промывной воды q на 1 м водослива, устраиваемого на продольной стене префильтра, примыкающего к боковому каналу. Он будет равен:

q = Q_np / l_{кон.преф} = 138,24 / 5,9 = 21,6 л/с м.

По этому параметру определяю высоту слоя воды над загрузкой контактного префильтра по формуле:

Н_в= b +Н₁ + Δ, где

b – расстояние от верха загрузки до скоса простенка, принимаю конструктивно b = 0,03 м. (см рис.)

Н₁ – вертикальная проекция скоса простенка, принимаю конструктивно Н₁ = 0,32 м. (см рис.)

Δ – высота пескоулавливающего жёлоба, принимаю конструктивно Δ = 0,025 м. (см рис.)

Н_в = 0,03 + 0,32 + 0,025 = 0,375 м.

Общая высота стен префильтра с учетом превышения их над расчетным уровнем воды в сооружении на 0,5 м составит:

Н_предф=Н_в+Н_з + 0,5 = 0,375 + 2,8 + 0,5 = 3,675 м.

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ БОКОВОГО КАНАЛА КОНТАКТНОГО ПРЕФИЛЬТРА:

Приму ширину бокового канала (в чистоте) В_к = 0,6 м по [2]. Под каналом забетонирован коллектор промывной воды диаметром D_к = 500 мм. Центр коллектора расположен на 0,12 + 0,045 = 0,165 м выше днища. Верх коллектора будет располагаться выше его на 0,165 + 0,25 = 0,415 м. Толщину монолитного бетонного перекрытия приму равной 0,3 м, и его верх расположится на отметке 0,415 + 0,3 = 0,715 м выше днища или на:

Нв + Н₃ - Δ - 0,715 = 0,375 + 2,8- 0,025 - 0,715 = 2,435 м ниже кромки водослива.

Высоту слоя воды в канале при промывке префильтров определю по выражению:

Н_к = м, что не вызовет подтопления водослива.

 

РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ ПОДАЧИ И ОТВОДА ВОДЫ:

Расчётные расходы промывного и сточного трубопроводов совпадают, как совпадают они и для подающего и фильтратного трубопроводов. Расчётные расходы промывного и сточного трубопроводов посчитаны выше и составляют Q_np = 138,24 л/с.

Расчётные расходы для подающего и фильтратного трубопроводов определяю исходя из производительности ВОС ( 200 л/с)и количества префильтров на станции водоподготовки :

Рекомендованные скорости движения воды приведены в [1]. В соответствии с этими требованиями уменьшаю диаметры промывного и сточного трубопроводов до 400 мм, и назначаю диаметры подающего и фильтратного трубопровода – 200 мм. Итоги расчетов представлены в таблице:

Назначение трубопровода	Расчетный расход, л/с	Диаметр, мм	Скорость, м/с
Подающий	33,33		1,14
Фильтратный	33,33		1,14
Промывной	138,24		1,28
Сточный	138,24		1,28

 

 

ПОВЕРОЧНЫЙ РАСХОД ВХОДНОЙ КАМЕРЫ:

. Уровень воды во входной камере, располагаемой под микрофильтрами, должен быть выше уровня воды в контактном префильтре на величину:

Н_у = 0,8 *h_з + h_c, где

h_з - предельно допустимая потеря напора в фильтрующей загрузке контактного префильтра, принимаемая равной высоте его слоя (загрузка крупностью 2-1,2 мм. 1,2-0,7 мм), что составляет 1200+800=2000 мм = 2,0 м;

h_c - потери напора на пути движения воды от начала входной камеры до загрузки префильтров. Они вычисляются как сумма потерь в шайбовом смесителе 0,4 м и трубопроводе от входной камеры дошайбового смесителя (0,2м) и от шайбового смесителя до контактного предфильра (0,3м), согласно [1] – наглядно показано на технологической схеме обработки воды.

h_c = 0,8 * 2 + 0,4 + 0,2 + 0,3 = 2,5 м.

При расположении днищ входной камеры и префильтров на одной отметке высота воды в камере будет:

Н_предф – 0,5 + Н_у = 3,675 -0,5 + 2,5 = 5,675 м. Днище камеры должно располагаться не менее чем на 2 м ниже уровня воды в префильтрах. Для снижения стоимости строительства сооружений заглублю верх днища контактного префильтра ниже отметки пола первого этажа на 0,675 м При этом высота слоя воды в камере составит 5 м, а объем воды W в ней:

W = L_камеры * В_камеры * 5 = 5* 6,1 * 7,1 = 220,1 м³.

Время пребывания воды в камере t будет равным:

t = W / Q = 220,1 / (721 / 60) = 18,3 мин. Это удовлетворяет требования норм [1].

Камеру проектирую с двумя отделениями, предусматривая устройство переливных и спускных труб в каждой секции.

 

 

РАСЧЁТ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ

 

Проектом предусматриваю скорые фильтры с двухслойной загрузкой: кварцевыё песок и антрацит.

Общую площадь фильтров F_ф определяю по формуле:

, где

Q - полезная производительность станции в течении суток, м³/сут. По заданию

15450 м³/сут.

Т - продолжительность работы станции в течении суток, ч. Предусматриваю работу

круглосуточно - Т = 24 ч.

v_н - расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме для обоих слоёв загрузки,

м/час по таблицам 21 [1] и 27 [5] - 10 м/час

n_пр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации,

принимаю n_пр. =2.

q_пр - удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м³/м².

τ_пр - время простоя фильтра в связи с промывкой. Т.к. в проекте предусматриваю

промывку фильтров водой, очищенной на фильтрах, то τ_пр = 0,33 ч.

q_пр = I* t_пр, где

I - интенсивность промывки. I = 15 л/(c*м²) = 0,015 м³/(c*м²) по таблице 23 [1].

t_пр - продолжительность промывки, с. По таблице 23 [1] t_пр = 6 мин =360 с.

q_пр = I* t_пр = 0,015*360=5,4 м³/м²

Связи с тем, что производительность станции больше8-10 м³/сут, то по [1] количество фильтров N_ф определяю по формуле, округляя результат в большую сторону:

шт

Площадь каждого фильтра: 69,41 / 4 = 18 м².

Назначу длину фильтра в 1,4 раза больше ширины и определю его габариты: l_ф = 5,04 м, b_ф = 3,6 м (рис.), площадь одного фильтра:

F_ф1 = l_фb_ф= 5,04*3,6=18,144 м².

 

РАСЧЁТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ФИЛЬТРА:

Определяю. расход воды на промывку фильтра Q_np.

Q_np =I* F_ф1 = 15 * 18.144 = 272.16 л/с. = 0,27 м³/с.

Диаметр коллектора распределительной системы D_K вычисляю по скорости движения воды в его начале v_к =1,0 м/с:

D_K =

Назначаю D_K = 600 мм, тогда

v_к = м/с.

Принимаю расстояние между распределительными трубами, lт = = 300 мм, при этом количество распределительных труб п_т составит:

n_m= l_ф / l_т = 5,04 / 0,3 = 17.

Рассчитаю диаметр распределительных труб при скорости движения воды в начале ответвления v_o= 1,8 м/с:

D_om =

Для устройства распределительной системы фильтра выбираю полиэтиленовые трубы типа С, наружным диаметром 110 мм с толщиной стенки 7 мм. Внутренний диаметр трубы составляет D^вн_от = 96 мм,

Скорость входа воды в ответвления будет равна:

v_o=

В ответвлениях предусматриваю отверстия диаметром d₀ =10 – 12 мм, (приму d₀ = 10 мм.) направленные вниз. Их общая площадь Σf₀ будет составлять 0,19 – 0,21 % от площади скорого фильтра (приму равной 0,20 %):

Σf₀ = 0,20 * F_ф1 / 100= 0,20 * 18,144 / 100 = 0,036 м².

Общее количество отверстий в ответвлениях будет равно:

Общая длина перфорированных участков распределительных труб Σl₀ будет равна:

Σl₀ = b_ф * n_m = 3,6 * 17 = 61,2 м.

Найду шаг отверстий l₀ при их диаметре d₀ = 10 мм.

Нормативное значение l₀ = 200 – 300 мм. (по [2]), тогда:

Приму l₀ = 200 мм, d₀ = 12 мм, тогда:

Определю какой процент будет составлять общая площадь отверстий Σf₀ от площади фильтра F_ф1:

что соответствует вышеперечисленным требованиям.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ФИЛЬТРА:

Расстояние от днища фильтра до низа дырчатых распределительных труб приму 0,1 м, на это же расстояние выше отверстий проектирую гравийный слой фракцией 5 - 10 мм, высотой Н_кв = 0,34 м.,загрузку из кварцевого песка диаметром 0,5 – 0,8 мм назначаю высотой 0,7 м, антрацит крупностью 0,8 – 1,1 мм - Н_антр = 0,5 м в соответствии с требованиями таблицы 21 [1].

Таким образом, верх фильтрующей загрузки высотой Н_з = 0,7 + 0,5 = = 1,2 м будет располагаться на отметке 0,1 + 0,11 + 0,1 + 1,2 = 1,51 м.

Толщину слоя воды над загрузкой приму равной 2,0 м и превышение стен над поверхностью воды в фильтре - 0,5 м. Общая высота стен фильтра составит 1,51 + 2 + 0,5=

= 4,01 м.

РАСЧЁТ СИСТЕМЫ СБОРА И ОТВОДА ПРОМЫВНОЙ ВОДЫ:

Сбор и отведение промывной воды в боковой канал предусматриваю при помощи желобов полукруглого сечения, расстояние между которыми l_ж не должно превышать 2,2 м. При этом условии определяю количество желобов в фильтре n_ж:

n_ж =l_ф / l_ж = 5,04 / 2,2 = 3.

Вычисляю расход воды q_ж, отводимый одним желобом:

q_ж = Q_np/ n_ж = 0,27 / 3 = 0,09 м³/с.

Ширину желоба найдe по формуле:

, где

К_ж - коэффициент, принимаемый по [2] для желобов с полукруглым лотком, равным 2;

а_ж - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, приму равным 1,4.

Высота прямоугольной части желоба составит:

В_ж * а_ж / 2 = 0,5 * 1,4 / 2 = 0,35 м.

а полукруглого сечения - 0,3 м. Общая высота желоба в его начале будет 0,35 + 0,3 = 0,65 м. Общая высота желоба в месте примыкания к боковому каналу при уклоне дна 0,01 составит: 0,65 + 0,01 *3,6 = 0,69 м.

Превышение кромок желобов над поверхностью фильтрующей загрузки Н_ж рассчитываю по выражению:

где

Н_з - высота фильтрующего слоя - 1,2 м;

а_з - относительное расширение фильтрующей загрузки, которое по табл. 23 [1] для двухслойной среды составляет 50 %.

0,3 – высота полукруглого сечения.

 

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ БОКОВОГО КАНАЛА:

Ширину канала В_к (в чистоте) принимаю равной 0,8 м - для размещения под его днищем коллектора промывной воды D_K = 600 мм, который после монтажа обетонируется между боковыми стенами смежных фильтров. Верх коллектора будет располагаться выше днища фильтра на величину:

0,1 + D_от / 2 + D_к / 2 = 0,1 + 0,11 / 2 + 0,6 / 2 = 0,46 м.

Принимаю толщину железобетонного перекрытия над коллектором 0,3 м. Низ желоба отвода промывных вод предполагается разместить выше дна фильтра на величину:

0,1 + D_от + 0,1 + Н_з + Н_ж + 0,69 = 0,1 +0,11 + 0,1 + 1,2 + 0,9 - 0,69 = 1,72 м, или на 0,8 м выше дна канала.

Расчетную величину этого превышения вычисляю по формуле:

H_K=1,73 * (Q²_пр / g B²_K)^1/3+0,2 = 1,73 * [0,27² / (9,81 * 0,8²)]^1/3+0,2 = 0,21 м.

Она не превышает принятую, следовательно, условие норм выполняется.

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПРИ ПРОМЫВКЕ ФИЛЬТРА И ПОДБОР ПРОМЫВНЫХ НАСОСОВ:

Расчетный напор промывного насоса Н_н определяю по выражению:

Н_н = Н_ст + h_ну + h_тр + h_pc + h_гс + h_з, где

Н_cт - статический напор, вычисляемый как разность отметок кромок желобов фильтров и расчетного уровня в резервуарах чистой воды (РЧВ), из которых производится забор воды на промывку, по [2] принимаю равным 6,0;

h_mp - потери напора в трубопроводах на пути подачи воды от РЧВ до входа в распределительную систему.

При расходе промывной воды 0,27 м³/с = 272,1 л/с и рекомендованной скорости ее движения v_{в сеть} = 1,5 - 2,0 м/с (принимаю равной 1,7 м/с), диаметр трубопровода составит:

По [6] приму рекомендованный диаметр при заданном расходе равным 500 = мм, 1000 i = 4,28, v _{в сеть} = 1.3 м/c. Приму длину трубопровода L = 100 м, потери напора в местных сопротивлениях - 30 %, тогда:

h_mp = 1,3 * 1000 i * L / 1000 = 1,3 * 4,28 * 100 / 1000 = 0,56 м;

h_нy- потери напора в коммуникациях промывного насоса по [2], принимаю равными 2,0 м;

h_pc - потери напора в распределительной системе фильтра вычисляю по формуле:.

, где

ζ- коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитываемый для труб со отверстиями по формуле:

, где

К_п - коэффициент перфорации, равный отношению суммарной площади отверстий в ответвлениях к площади поперечного сечения коллектора

К_п = , здесь

0,8 – коэффициент кальматации отверстий.

h_гс - потери напора в гравийных слоях, вычисляемые по формуле В. Т. Турчиновича по [2]:

h_гс =0,022 * Н_гс * I, где

Н_гc - толщина гравийного слоя - 0,34 м по [1],

h_гс = 0,022 * 0,34 * 15=0,11 м

h₃ - потери напора в фильтрующей загрузке, определяемые по формуле А. И. Егорова:

h₃ = (а_ке + bкв * 1)Н_кв + (а_антр + b_антр * 1)Н_антр, где

а_кв, b_кв - расчетные параметры для кварцевого песка крупностью 0,5 – 0,8 мм, равные по [1] 0,76 и 0,017;

а_антр, b_антр - то же для дробленого антрацита крупностью 0,8... 1,1 мм, по [1] принимаю соответственно 0,85 и 0,004;

Н_кв - толщина слоя песка в двухслойной загрузке - 0,7 м;

Н_антр - толщина слоя дробленого антрацита в двухслойной загрузке - 0,5 м.

h₃ = (0,76 + 0,017 * 15) * 0,7 + (0,85 + 0,004 * 15) * 0,5 = 1,17 м.

Н_н = Н_ст + h_ну + h_тр + h_pc + h_гс + h_з = 6,0 + 2,0 + 0,56 + 0,36 + 0,11 + 1,17 = 10,2 м.

 

По расходу промывной воды, равному Q_np = 272.16 л/с. = 972 м³/час.

и расчетному напору, равному Н_н = 3,8 м при промывке фильтра подбираю насос:

1Д1250-63б

Марка агрегата	Подача, мЗ/час	Напор, м	Частота, об/мин	Pw, кВт	Масса	Габаритные размеры, мм
насоса	агрег.	насоса	агрегата
1Д1250-63б							1185х950х897	2510х110х1150

n - частота вращения вала, с-1 (об / мин);

η -коэффициент полезного действия насоса, %;

Δhд-допускаемый кавитационный запас, м;

 

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: