Данные о насосах-дозаторах типа НД

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 31Следующая ⇒

Показатель	Марка насоса-дозатора
Показатель	НД-120/6	НД-400/6	НД-800/6и	НД-1200/6и
Производительность (номинальная) в л/ч	120	400	800	1200
Мощность электродвигателя в квт	0,6	1	1	1,7
Размер в мм:
длина	680	840	874	875
ширина	272	300	300	319
высота	540	634	634	672
Вес дозатора с электродвигателем в кг	78	108	115	135
Примечание. Расстояния между отверстиями для болтов составляяют: А = 125 мм и Б = 285-342 мм.

Глава IV

Расчет смесителей и камер хлопьеобразования

§ 17. Смесители

Смесители служат для равномерного распределения реагентов в массе обрабатываемой воды, что способствует более благоприятному протеканию последующих реакций, происходящих затем в камерах хлопьеобразования. Смешение должно быть быстрым и осуществляться в течение 1—2 мин. Иногда с этой целью вводят раствор коагулянта во всасывающую трубу центробежного насоса. Можно вводить реагент и в напорный трубопровод насоса I подъема. При использовании в качестве смесителя напорного трубопровода ввод реагента в него должен быть предусмотрен на расстоянии не менее 50 диаметров от конца трубопровода. При этом скорость течения воды в трубопроводе должна быть не менее 1— 1,5 м/сек, что создает турбулентность потока, обеспечивающую полное смешение раствора реагента с водой.

В отечественной практике применяют следующие типы смесителей: 1) шайбовый; 2) вертикальный (вихревой); 3) дырчатый; 4) перегородчатый.

Шайбовый смеситель. Наиболее удобный способ ввода раствора реагента в напорный трубопровод достигается при помощи шайбового смесителя, т. е. вставки-диафрагмы, в которой создается пониженное давление. Расчет подобного устройства — сужения участка трубопровода — изложен в § 12.

При выборе соотношения диаметров проходного отверстия диафрагмы и трубопровода следует исходить из условия, чтобы потери напора в диафрагме составляли 0,3—0,4 м.

Рассмотренный выше шайбовый смеситель пригоден к установке на водоочистных станциях практически любой производительности.

Вертикальный смеситель может быть применен на водоочистных станциях как средней, так и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200—1500 м³\ч. Таким образом, на станции производи

тельностью 100000 м³/сутки нужно устанавливать три-четыре вертикальных смесителя.

Дырчатый смеситель целесообразно применять на водоочистных станциях производительностью до 1000 м³/ч.

Перегородчатый смеситель может быть применен на водоочистных станциях производительностью не более 500—600 м³/ч. Он представляет собой лоток прямоугольного сечения с несколькими перегородками. В первой и третьей перегородках устраивают проходы для воды, размещенные в центральной части перегородок. В средней перегородке предусмотрены два боковых прохода для воды, примыкающих к стенкам лотка. Благодаря такой конструкции смесителя возникает турбулентность движущегося потока воды, обеспечивающая полное смешение реагента с водой.

Необходимо отметить, что на станциях, где вода обрабатывается известковым молоком, применение дырчатых и перегородчатых смесителей не рекомендуется. Скорость движения воды в смесителях указанных типов не обеспечивает поддержания частиц извести во взвешенном состоянии, что приводит к их осаждению перед перегородками.

Для таких водоочистных станций более пригодны вертикальные смесители, так как процесс растворения извести происходит в них значительно полнее. Это объясняется тем, что крупные частицы находятся в нижней части вертикального смесителя, где под действием повышенных скоростей они быстрее растворяются. Уменьшаясь в размерах, эти частицы выносятся водой в верхнюю часть смесителя и остаются в нем практически до своего окончательного растворения в водной среде.

Еще сравнительно недавно на станциях производительностью до 12—15 тыс. м³/сутки применялся ершовый смеситель (с пятью перегородками под углом 45° к направлению водного потока). В настоящее время этот тип смесителя признан менее удачным, чем перечисленные выше, и к использованию не рекомендуется.

А. Расчет вертикального (вихревого) смесителя

Смеситель этого типа может быть квадратного или круглого в плане сечения, с пирамидальной или конической нижней частью.

Рис. 14. Вертикальный (вихревой) смеситель

Центральный угол между наклонными стенками смесителя должен составлять а=30-40° (рис. 14). Обрабатываемая вода по трубе 1 подводится в нижнюю часть смесителя с входной скоростью υ_H— 1-1,2 м/сек.

Пример. Рассчитать вертикальный (вихревой, смеситель при заданном расходе воды 9000 м³/сутки.

Расчетные расходы воды с учетом собственных нужд очистной станции будут:

часовой

секундный

q_сек = 405:3600 = 0,1125 м³/сек, или 112,5 л/сек.

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя

где υ_в — скорость восходящего движения воды, равная 90—100 м/ч, или 25—28 мм/сек.

Если принять верхнюю часть смесителя квадратной в плане, то сторона ее будет иметь размер:

Трубопровод 1 (см. рис. 14), подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя со входной скоростью υ_н = 1-1,2 м/сек, должен иметь внутренний диаметр 350 мм. Тогда при расходе воды q_сек=112,5 л/сек (входная скорость υ_н=1,08 м/сек.

Так как внешний диаметр подводящего трубопровода равен: D=377 мм (ГОСТ 10704—63), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть 0,377×0,377 м, а площадь нижней части усеченной пирамиды составит:

Принимаем величину центрального угла а=40°. Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя

Объем пирамидальной части смесителя

Полный объезд смесителя

где t — продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин (менее 2 мин). Объем верхней части смесителя

Высота верхней части смесителя

Полная высота смесителя

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке υ_л =0,6 м/сек.

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется надва параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет:

Площадь живого сечения сборного лотка

При ширине лотка b_л=0,27 м расчетная высота слоя воды в лотке h_л=ω_л:b_л=0,094:0,27≈0,35 м. Уклон дна лотка принят i=0,02.

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка

где υ₀ —скорость движения воды через отверстия лотка, равная 1 м/сек.

Отверстия приняты диаметром d_о=80 мм, т. е. площадью f_о=0,00503 м².

Общее потребное количество отверстий

Эти отверстия размещаются по боковой поверхности лотка на глубине h_о=110 мм от верхней кромки лотка до оси отверстия. Внутренний лериметр лотка

p_л=4[2,05—2(0,27+0,06)]=5,56 м, или 5560 мм.

Шаг оси отверстий e_о=р_л: n_о = 5560 : 22 ≈ 250 мм. Расстояния между отверстиями e_о — d_о=250 - 80 = 170 мм.

Из сборного лотка вода поступает в боковой карман. Размеры кармана принимаются конструктивно с тем, чтобы в нижней части его разместить трубу 2 (см. рис. 14) для отвода воды, прошедшей смеситель.

Расход воды, протекающей по отводящей трубе для подачи в камеру хлопьеобразования, q_сек=112,5 л/сек. Скорость в этом трубопроводе должна быть 0,8—1 м/сек, а время пребывания — не более 2 мин. Принят стальной трубопровод наружным диаметром 426 мм (ГОСТ 10704—63) при скорости движения в нем воды 0,84 м/сек.

Б. Расчет дырчатого смесителя

Смеситель дырчатого типа выполняется в виде лотка с тремя вертикальными перегородками (рис. 15). Наличие в перегородках нескольких рядов отверстий позволяет создать большое число мелких вихрей, способствующих хорошему смешению реагентов с водой.

Скорость движения воды в отверстиях перегородок υ_о=1 м/сек. Чтобы избежать насыщения воды пузырьками воздуха, верхний ряд отверстий диаметром 20—120 мм должен быть затоплен на глубину 0,1— 0,15 м.

Потеря напора в отверстиях всех перегородок Рис. 15. Дырчатый смеситель

(21)

где m — общее количество перегородок в смесителе, равное 3;

μ — (коэффициент расхода, равный при d_o:b=2065 и при d_о:b=10,15.

Пример. Рассчитать дырчатый смеситель при заданном расходе воды Q_cy_т ==19000 м³/сутки, или q_сек= 0,22 м³/сек. Принимаем отверстия диаметром d_о=0,06 м.

Количество отверстий в каждой перегородке равно:

При толщине стенки b=6 см=0,06 м отношение d_о:b=1 и μ=0,75.

Тогда потеря напора в отверстиях перегородок по формуле (21) составит

Перепад уровня воды за каждой перегородкой будет

Сечение лотка в конце смесителя составит

Принимаем высоту слоя воды в конце смесителя (после всех перегородок) H=0,65 м, тогда ширина лотка b₁=0,37 : 0,65 ≈ 0,57м.

Высота слоя воды перед перегородками (считая от конца смесителя) будет (см. рис. 15):

перед первой H+h=0,65 + 0,09=0,74 м;

перед второй H+2h =0,654-0,18=0,83 м;

перед третьей H+3h=0,65+0,27=0,92 м.

Площадь отверстий, приходящаяся на каждую перегородку, будет:

Так как суммарная площадь отверстий не должна превышать 30% рабочей площади перегородки, то минимально необходимая площадь перегородки f_п=0,22 : 0,3 ≈ 0,75 м².

Высота первой перегородки с учетом затопления верхнего ряда отверстий (0,1— 0,15 м) h_п =0,74—0,1=0,64 м.

Поэтому ширина смесителя должна быть

Первая перегородка (считая от конца смесителя) имеет наименьшую рабочую площадь h_nb_c=0,64∙1,2=0,768 м².

Размещаем на ней семь рядов отверстий по вертикали с 11 отверстиями в каждом горизонтальном ряду, а всего 77 отверстий. Шаг оси отверстий по вертикали:

в первой перегородке е₁= (740—100) : 7 ≈ 91 мм;

во второй перегородке е₂= (830—100) : 7 ≈ 104 мм;

в третьей перегородке е₃— (920—100) : 7 ≈ 117 мм.

Расстояния между осями отверстий по горизонтали будут одинаковыми для всех перегородок и составят 1200:11=109 мм.

Расстояния между перегородками по длине дырчатого смесителя принимаются равными ширине смесителя, т. е. l=1,2 м.

В. Расчет перегородчатого смесителя

Пример. Рассчитать перегородчатый смеситель при заданном расходе воды Q_ч_ac = 540 м³/ч, или q_сек = 0,15 л/сек.

Смеситель состоит из лотка с тремя поперечными вертикальными перегородками (рис. 16). Сечение лотка при допустимой скорости движения воды υ_л=0,6 м/сек будет

Принимаем высоту слоя воды в конце смесителя после перегородок H=0,5 м (минимально допускаемые величины H=0,4- -0,5 м). Тогда ширина лотка b_л= f_л : H=0,25 : 0,5=0,5 м.

Потеря напора в каждом сужении перегородчатого смесителя при скорости движения вних воды υ_c= 1 м/сек составит

При наличии трех перегородок общая потеря напора в сужениях всего смесителя ∑h_c =0,39 м.

Размеры суженных проходов для воды:

а) в центральной перегородке, где имеется два боковых сужения,

Рис. 16. Перегородчатый смеситель

Высота слоя воды ниже центральной (второй) перегородки h₂=0,5 + 0,13= 0,63 м.

Глубина затопления проходов от уровня воды до их верха должна быть не менее 0,1—0,15 м. Тогда высота в свету каждого из двух боковых проходов в центральной перегородке составит

h_п=0,63—0,13=0,5 м.

Следовательно, необходимая ширина каждого суженного бокового прохода

В первой и третьей перегородках устраивается по одному центральному суженному проходу. Площадь одного прохода f_1,3=q:υ_c=0,15:1=0,15 м².

Высота слоя воды ниже третьей перегородки h₃=0,5 м. Глубина затопления принята 0,13 м. Высота в свету суженного прохода h_п=0,5-0,13=0,37 м. Следовательно, ширина центрального прохода в третьей перегородке b₃=f₃:h_п=0,15:0,37=0,4 м=40 см.

Высота слоя ниже первой перегородки h₁=0,5+2∙0,13=0,76 м. Глубина затопления принята 0,16 м. Высота в свету суженного

прохода h_п =0,76-0,16=0,6 м. Ширина прохода в первой перегородке b₁=0,15 : 0,6=0,25 м=25 см.

Расстояния между перегородками по длине смесителя принимают l = 2b_с=2∙0,75=1,5 м (где b_с — ширина смесителя).

§ 18. Камеры хлопьеобразования

Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья.

Установка камеры хлопьеобразования необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. В тех случаях, когда вместо отстойников применяются осветлители со взвешенным осадком, устройство камер хлопьеобразования излишне, так как процесс образования хлопьев протекает в самом осветлителе, непосредственно в слое взвешенного осадка.

Емкость камеры хлопьеобразования рассчитывается на время пребывания в ней воды от 6 до 30 мин (в зависимости от типа камеры).

При горизонтальных отстойниках следует устраивать камеры хлопьеобразования — перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка и лопастные; при «вертикальных отстойниках— водоворотные.

Отвод воды из камер хлопьеобразования в отстойники должен осуществляться так, чтобы не разрушались сформировавшиеся хлопья. Поэтому скорость движения воды в сборных лотках, трубах и отверстиях распределительных перегородок должна быть не более 0,1 м/сек для мутных вод и 0,05 м/сек для цветных вод.

А. Перегородчатые камеры хлопьеобразования

В перегородчатых камерах хлопьеобразования устраивают ряд перегородок, заставляющих воду изменять направление своего движения либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости, что и обеспечивает необходимое перемешивание воды.

Потеря напора в такой камере определяется по формуле

(22)

где υ — скорость движения воды в камере;

m — общее число поворотов потока.

Пример. Рассчитать перегородчатую камеру хлопьеобразования с вертикальной циркуляцией воды (рис. 17).

Применение таких камер целесообразно при расходе воды не менее 6000 м³/сутки.

Расчетное количество воды Q_cy_т =15 000 м³/сутки, или Q_ч_ac = =625 м³/ч.

Время пребывания воды в камере t=20—30 мин (нижний предел принимается для мутных вод, верхний — для цветных вод).

Объем камеры

В соответствии с высотной схемой очистной станции высота камеры хлопьеобразования принята H=3,5 м (рекомендуется принимать высоту камеры примерно равной высоте отстойника). Тогда площадь камеры в плане

Скорость движения воды в камере принимаем υ=0,2 м/сек (по СНиП υ=0,2—0,3 м/сек).

Площадь одной ячейки камеры

Рис. 17. Схема перегородчатой камеры хлопьеобразования с вертикальной циркуляцией воды

а — разрез; б — план; 1 — подвод воды; 2 — сток; 3 — выпуск осадка; 4 — отвод воды

Число ячеек в камере п=F:f=59,4:0,9=66. В каждом ряду по ширине камеры размещаем по 6 ячеек, а по длине камеры располагаем в каждом ряду по 11 ячеек.

Общее число поворотов т потока в камере будет

Число поворотов в камере принимают в пределах m=8—10.

Размеры каждой ячейки в плане: длина S = 1 м и ширина b=0,9 м (размер ячеек должен быть не менее 0,7×0,7 м).

Полная ширина камеры хлопьеобразования B = 6∙0,9=5,4 м,а длина камеры L=11∙1 = 11 м.

Действительная скорость движения воды в камере с учетом толщины перегородок при фактической площади ячейки f₁= 0,72 м²

Потеря напора в камере

h_к = 0,15∙0,24²∙10 = 0,09 м.

Пример. Рассчитать перегородчатую камеру хлопьеобразования с горизонтальной циркуляцией воды (рис. 18).

Такие камеры применяются для водоочистных станций с горизонтальными отстойниками при производительности не менее 40—45 тыс. м³/сутки.

Расчетное количество воды Q_cy_т = 48000 м³/сутки, или Q_ч_ac = 2000 м³/ч. Время пребывания воды в камере t=20 мин. Объем камеры

В соответствии с высотной схемой станции высоту камеры хлопьеобразования принимаем H=2,6 м (обычно H=2-3 м).

Ширина коридора камеры при скорости движения воды υ = —0,2 м/сек

Площадь камеры (в плане)

Рис. 18. Схема перегородчатой камеры хлольеобразования с горизонтальной циркуляцией воды

а — разрез; б — план; 1 — отверстие в стенке для выпуска осадка; 2 — подвод воды; 3 — обводной канал; 4 — промежуточный выпуск; 5—выпуск воды; 6 — выпуск осадка

(согласно СНиП минимальная ширина коридора b=0,7 м). Так как камера хлопьеобразования примыкает к торцевым стенкам горизонтальных отстойников, то по условиям компоновки станции надо принять длину камеры L равной суммарной ширине горизонтальных отстойников.

Для данного примера ширина отстойников составляет 14 м. Тогда, принимая длину камеры L=14 м, найдем необходимое число коридоров

где δ — толщина железобетонных стенок камеры, равная 0,18.

Принимаем число коридоров n=11; следовательно, количество поворотов потока m будет на единицу меньше числа коридоров, т. е. т=п—1=10 (число поворотов должно быть в пределах т=8—10).

Ширина камеры хлопьеобразования в плане, т. е. длина каждого коридора камеры B=F:L=256:14≈18,3 м.

Потеря напора в камере по формуле (22)

h_к=0,15∙0,2²∙10=0,06 м.

Б. Водоворотные камеры хлопьеобразования

Водоворотные камеры хлопьеобразования рис. 19) обычно имеют вид вертикального цилиндра, куда впускается вода после смесителя. Вода, смешанная с реагентами, поступает в камеру по трубопроводу, который на конце снабжен насадками (соплами). Насадки установлены так, что вода, выходя из них с большими скоростями, приобретает внутри камеры вращательное (водоворотное) движение, обеспечивающее перемешивание.

Потеря напора в сопле определятся по формуле

(23)

где υ_ф — фактическая скорость выхода воды из сопла.

В нижней части камеры хлопьеобразования устанавливают решетку из щитов для гашения вращательного движения воды. Щиты имеют высоту 0,8 м с размером ячеек в плане 0,5× ×0,5 м.

Рис. 19. Схема водоворотной камеры хлопьеобразования, совмещенной с вертикальным отстойником

Чаще всего такую водоворотную камеру устраивают в виде трубы, расположенной в центре вертикального отстойника (см. далее § 20). В настоящее время вертикальные отстойники применяют только на водоочистных станциях производительностью не более 3000 м³/сутки. При большей производительности станций предпочтительнее принимать осветлители со взвешенным осадком, которые наряду с другими преимуществами не требуют устройства камер хлопьеобразования.

Пример. Рассчитать водоворотную камеру хлопьеобразования, совмещенную с вертикальным отстойником диаметром D.

Расчетный часовой , расход очистной станции принимаем Q_ч_ac =125 м³/ч.

Площадь одной водоворотной камеры (в плане)

где t — время пребывания воды в камере; обычно принимается 15—20 мин;

H₁—высота камеры в м; принимается H₁ = 0,9H₀=3,6 м;

H₀—высота зоны осаждения вертикального отстойника; обычно принимается H₀=4-5 м;

N — расчетное количество вертикальных отстойников (и камер хлопьеобразования); в данном примере принято N=4.

Диаметр водоворотной камеры хлопьеобразования

Секундный расход воды, поступающей в камеру,

Диаметр подводящего трубопровода d_т=100 мм (по ГОСТ 10704—63). В этом случае скорость подвода воды в камеру хлопьеобразования составляет: υ=0,85 м/сек, т. е. находится в рекомендуемых пределах (υ=0,8-1 м/сек).

Подача воды в камеру производится при помощи сопла, направленного, тангенциально. Сопло размещается на расстоянии 0,2d_к=0,2∙l,66≈0,33 м от стенки камеры на глубине 0,5 м от поверхности воды.

Необходимый диаметр сопла

Здесь μ =0,908—коэффициент расхода для конически сходящегося насадка с углом конусности β=25°; υ_с=2,5 м/сек — скорость выхода воды из сопла (принимается равной 2—3 м/сек)/ Длина сопла, отвечающая углу конусности β =25°,

Фактическая скорость выхода воды из сопла

Потеря напора в сопле по формуле (23)

В. Вихревые камеры хлопьеобразования

Вихревая камера хлопьеобразования¹ (рис. 20) имеет форму обратной пирамиды или конуса с углом между его стенками 50— 70°, верхняя надставка — с вертикальными стенками. Вода от смесителя к камере хлопьеобразования подается по трубопроводу со скоростью 0,8—1 м/сек. Обрабатываемую воду вводят в нижнюю часть камеры; при этом скорость входа воды должны быть 0,7—

¹ Этот тип камеры предложен канд. техн. наук Е. Н. Тетеркиным (ВНИИ ВОДГЕО).

1,2 м/сек. Скорость восходящего потока на выходе из камеры (в верхней ее части) υ_в=4—5 мм/сек.

Время пребывания воды в вихревой камере хлопьеобразования составляет 6—10 мин вместо 15—30 мин для камер других типов. Это установлено исследованиями, которые показали, что процесс хлопьеобразования заканчивается в вихревой камере значительно быстрее.

Пример. Рассчитать вихревую камеру хлопьеобразования со сборным кольцевым желобом. Заданная производительность камеры Q_час= 200 м³/ч, или q_сек =55,6 л/сек.

Объем камеры хлопьеобразования.

Рис. 20. Вихревая камера хлопьеобразования

где t — время пребывания воды в камере, равное 8 мин,

При скорости восходящего движения воды в верхней части камеры υ_в=5 мм/сек=18 м/ч площадь поперечного сечения верхней части камеры и ее диаметр равны:

При скорости входа воды υ_вх=0,7 м/сек диаметр нижней части камеры и площадь ее поперечного сечения равны:

Принимаем диаметр нижней части камеры d_н=325 мм, т. е. равным наружному диаметру трубопровода, подающему воду от смесителя в камеру. Тогда скорость входа воды в камеру составит υ_вх=0,73 м/сек.

Высота конической части камеры хлопьеобразования при угле конусности β=50°

Потери напора в вихревой камере хлопьеобразования составляют 0,2—0,3 м вод. ст. на 1 м высоты конуса, в данном случае h=3,73∙0,3=1,12 м вод. ст.

Объем конической части камеры

Объем цилиндрической надставки над конусом

При площади сечения камеры f_в=11,1 м² высота цилиндрической надставки h_ц=W_цил:f_в=11,67:11,1≈1,05 м. Полная высота вихревой камеры h_к=3,73+1,05=4,78 м.

Вода, прошедшая камеру хлопьеобразования, собирается верхним кольцевым желобом через затопленные отверстия, размещенные по периметру его внутренней стенки.

При расчетной скорости движения воды в желобе υ_ж=0,1 м/сек и двухпоточном направлении к отводящему трубопроводу необходимая площадь поперечного сечения желоба составит:

Принимаем ширину желоба b_ж=0,4 м, тогда высота желоба

Потребное количество затопленных отверстий диаметром 120 мм и площадью f_о=0,0113 м² будет:

Периметр кольцевого желоба по внутренней стенке

Шаг оси затопленных отверстий

Г. Встроенная камера хлопьеобразования со взвешенным осадком

Такие камеры устраивают непосредственно в горизонтальных отстойниках в их передней части (рис. 21).

Вода, поступающая из смесителя, по каналу 6 через водослив 4 подается в приемный карман и по вертикальному трубопроводу направляется в дырчатые распределительные каналы 2 (или перфорированные трубы). Здесь вследствие уменьшения скорости воды образуются хлопья скоагулированной взвеси, которые агломерируются и укрупняются при движении воды вверх через слой взвешенного осадка камеры высотой не менее 2 м. В верхней части отстойника устраивают отбойный щиток, направляющий поток воды, которая прошла камеру хлопьеобразования.

Пример. Рассчитать встроенную камеру со взвешенным осадком при расходе воды, поступающей для отстаивания, Q_сут = =34 800 м³/сутки, или Q_час= 1450 м³/ч. Мутность исходной воды 700 мг/л.

Рис. 21, Встроенная камера хлопьеобразования со взвешенным осадком

1 — дырчатый канал для спуска осадка; 2 — дымчатый распределительный перфорированный канал; 3 — выпуск осадка из отстойника; А — подача воды через водослив; 5 — шибер; 6 — подающий канал из смесителя

Площадь (в плане) всех камер хлопьеобразования

где υ — скорость восходящего потока воды в верхнем сечений встроенной камеры хлопьеобразования, равная 1 мм/сек при осветлении маломутных вод, 1,5 мм/сек при осветлении, вод средней мутности (300—600 мг/л) и 2 мм/сек при осветлении вод высокой мутности.

Принимаем четыре камеры (по числу горизонтальных отстойников), тогда площадь одной камеры

При ширине камеры b_к=5,6 м (равной ширине отстойника) длина камеры

Высоту камеры h_кпринимаем равной высоте отстойниках учетом потерь напора в камере; Следовательно, h_к=h_отст+h_п=3,5+0,1=3,6 м.

Время пребывания воды в камере

что соответствует данным СНиП (t≥20 мин).

Расход воды, приходящейся на каждую камеру,

Распределение воды по площади, камеры предусмотрено при помощи перфорированных труб¹ с отверстиями, направленными горизонтально. В каждой камере размещают две—четыре перфорированные трубы на расстояниях не более 3 м; в данном примере приняты две трубы.

Следовательно, расход воды по каждой трубе будет

Принимаем трубы D=350 мм при скорости движения воды υ=0,49 м/сек (по СНиП υ=0,5 —0,6 м/сек). Площадь отверстий диаметром 15—25 мм в стенках перфорированной распределительной трубы составляет 30—40% площади ее поперечного сечения

Принимаем отверстия d_о==25 мм площадью f_о=0,000491 м². Необходимое количество отверстий на каждой трубе

Отверстия располагаем в два ряда с шагом

где l_к — длина камеры в мм.

Из камеры в горизонтальный отстойник воду отводят над затопленным водосливом. Верх стенки водослива располагают ниже уровня воды в отстойнике на величину

где υ_в— скорость движения воды через водослив, равная 0,05 м/сек.

За стенкой водослива устанавливают подвесную перегородку, погруженную на 0,25—0,33 высоты отстойника, чтобы отклонять поток воды книзу. Скорость воды между стенкой водослива и перегородкой должна быть не более 0,03 м/сек.

¹ При больших расходах воды целесообразно применять распределительные короба прямоугольного сечения с отверстиями в стенках у днища.

Д. Лопастные камеры хлопьеобразования

В лопастных камерах хлопьеобразования перемешивание воды достигается при помощи лопастей, вращающихся вокруг вертикальных или горизонтальных осей (рис. 22).

Рис. 22. Лопастная камера хлопьеобразования

1—камеры хлопьеобразования; 2 — отстойники; 3— мешалки; 4 — дырчатые трубы; 5 — зубчатые колеса на валу мешалок; 6 — вертикальные валы мешалок с червячной передачей; 7 — горизонтальный вал мешалки; 8—электродвигатель; 9 — дырчатая перегородка; 10 — желоб. Трубопроводы: 11 —подачи осветляемой воды; 12 — отвода осветленной воды; 13 — грязевый; 14 — переливной

Лопастные мешалки на горизонтальных осях вращаются очень медленно—с окружной скоростью 0,4—0,55 м/сек, в зависимости от качества исходной воды, а также от вида и дозы применяемого коагулянта.

Лопасти, смонтированные на горизонтальной оси, вращаются от двигателя через зубчатую передачу с цепью или через коническую зубчатую передачу. Все механическое оборудование следует размещать в сухом колодце (камере), так как при контакте с водой оно быстро корродирует.

Длина камеры хлопьеобразования

(24)

где β —эмпирический коэффициент; принимается равным 1—1,5;

z — количество осей с лопастными рамами (обычно принимают z==2—4);

Н — глубина воды в камере в м.

Пример. Рассчитать лопастную камеру хлопьеобразования с лопастями на горизонтальных осях для станции очистки воды производительностью Q_cyт =40000 м³/сутки, или Q_час =1667 м³/ч.

Объем камеры хлопьеобразования

где t —время пребывания воды в камере, равное 30 мин.

Принимаем камеру хлопьеобразования, разделенную продольной перегородкой на два отделения. Следовательно, объем каждого из двух отделений камеры должен быть

Длина камеры хлопьеобразования при β=1,5; z=2 и H = = 3,6 м по формуле (24)

Ширина каждого отделения камеры хлопьеобразования

Средняя расчетная горизонтальная скорость прохода воды через камеру

Вращающаяся рама имеет четыре взаимна перпендикулярные лопасти. Размер лопастей должен быть принят таким, чтобы при вращении они не доставали, до дна камеры и до поверхности воды в ней на величину f=0,1—0,15 м. Следовательно, при глубине воды в камере Н диаметр лопастной рамы (рис. 23) будет D=H-2f.

Между концами лопастей и боковыми стенками камеры должны сохраняться зазоры не более 0,25 м. Такой же зазор предусматривается между передней (по ходу воды) лопастью и торцовой стенкой камеры.

Заделка осей в стены камеры не рекомендуется; для опирания осей нужно устраивать специальные опоры вдоль стенок камер.

При ширине одного отделения камеры хлопьеобразования В и установке на каждой оси отделения двух вращающихся рам (в шахматном порядке, как показано на рис. 22) длина лопасти будет равна:

Ширина лопасти Ь принимается в пределах (1/10—1/15)l.

Для определения мощности электродвигателя, требуемой для вращения одной лопастной рамы, необходимо рассчитать работу вращательно движущейся лопасти в жидкой среде.

Действующими силами являются: 1) сила Р, затрачиваемая на преодоление сопротивления водной среды при вращении рамы, которая состоит из четырех лопастей, закрепленных на одной оси (рис. 23,а); 2) сила Р₁,затрачиваемая на преодоление трения водной среды о боковые поверхности лопастей. Величина силы на преодоление трения весьма мала по сравнению с величиной силы на преодоление сопротивления водной среды, а поэтому без существенной погрешности для расчета величиной Р₁можно пренебречь.

Рис. 23. К расчету лопастной камеры хлопьеобразования

а —рама лопастной мешалки; б — схема размещения четырехлопастной вращающейся рамы в камере хлопьеобразования

Работу, производимую силой Р, можно определить по формуле

(25)

где y — количество лопастей на одной оси;

l — длина лопасти;

r₁— радиус внутреннею круга, описываемого лопастью (r₁=1,4 м);

r₂— радиус наружного круга, описываемого лопастью (r₂=1,65 м);

k — коэффициент, равный:

(26)

γ = 1000 кг/м³;

ψ — коэффициент сопротивления, зависящий от отношения ширины лопасти к ее длине (табл. 25);

Таблица 25

Значение коэффициента сопротивления ψ

b/l	<1	1-2	2,5—4	4,5—10	10,5—18	>18
ψ	1,1	1,15	1,19	1,29	1,4	2

и — угловая скорость вращения лопасти в рад, определяемая по формуле

(27)

υ_о— окружная скорость вращения точки, отстоящей от оси мешалки на расстоянии r₂/2(υ_о=0,2-0,5 м/сек).

Пример. Рассчитать работу вращательно движущейся лопасти в жидкой среде.

При глубине воды в камере H=3,6 м диаметр лопастной рамы (см. рис. 23) D = 3,6—2∙0,15 = 3,3 м.

Ширина каждого из двух отделений камеры В_о= 10,75 м. Зазоры между концами лопастей и боковыми стенками камеры принимаем по 0,15 м. Тогда длина лопасти l=(10,75—5∙0,15): : 4=2,5 м, а ширина лопасти b = 0,1∙2,5=0,25 м.

Для данного случая b : l=0,25 : 2,5=0,1. Следовательно, ψ = = 1,1. Тогда по формуле (26)

Принимаем в формуле (25) следующие значения величин: y=4; l = 2,5 м; r₁ = l,4 м и r₂= 1,65 м,

Угловая скорость вращения лопасти по формуле (27)

Тогда по формуле (25)

Мощность электродвигателя, необходимая для вращения одной лопастной рамы, составит

Применение лопастных камер хлопьеобразования позволяет регулировать интенсивность перемешивания изменением числа оборотов лопастной мешалки.

Американский исследователь Кэмп предложил теорию работы камер хлопьеобразования с лопастными мешалками на основе

обобщения опыта их эксплуатации. Согласно выводам Кэмпа, устанавливаются следующие параметры:

1) отношение площади лопастей f_л к площади поперечного сечения камеры F не должно превышать 15—20%, т. е. (f_л:F)100≤15—20% (f_л=4lbn, где п — количество рам);

2) отношение разности скоростей движения лопасти и воды Δυ к относительной скорости движения лопасти υдолжно быть

где

(28)

Тогда расход мощности для вращения четырех лопастных рам, размещенных на одной горизонтальной оси, по формуле Кэмпа составит

(29)

где φ — коэффициент сопротивления воды, зависящий от отношения l:b;при l:b = 5 φ=1,2; при l:b = 20 φ = 1,5 и при l:b=∞ φ=1,9;

3) критерий работы камер с лопастными мешалками должен

соответствовать величине

(30)

где

При температуре воды 10°С значение μ=0,0131 пз. По выводам Кэмпа, величина G должна быть в пределах 25—65 сек^–1.

Безразмерный критерий GT при продолжительности пребывания воды в камере 30 мин должен быть в пределах 40000— 2 100 000 при температуре воды 10°С.

Пример. Проверить по формулам Кэмпа правильность выбранных выше размеров и расчетных параметров камеры согласно данным предыдущего примера.

1-я проверка — соответствие площади лопастей мешалки принятой площади поперечного сечения камеры.

Площадь поперечного сечения камеры, состоящей из двух отделений,

F = 2В₀Н = 2∙10,75∙3,6 = 77,4 м².

Площадь лопастей, находящихся в поперечном сечении обоих отделений камеры (с четырьмя рамами),

f_л = 4lb∙4 =4∙2,5∙0,25∙4= 10 м².

Отношение площади лопастей к площади поперечного сечения камеры: (10:77,4) 100≈13% < 15-20%.

2-я проверка — расход мощности для вращения лопастных рам. Относительная, скорость движения лопасти с радиусом вращения r₂по формуле (28)

В данном случае l:b=2,5:0,25=10 и, следовательно, φ=1,29. Тогда по формуле (29) N=51∙1,29∙10∙0,33³≈23,9 кгс∙м/сек≈0,24 квт, т. е. менее 0,3 квт, принятых по расчету.

Так как одновременно действуют два двигателя, то удельный расход мощности на 1 м³ емкости камеры хлопьеобразования

3-я проверка — критерий работы камер с лопастными мешалками по предложенной Кэмпом формуле (30)

Безразмерный критерий выразится величиной

GT=29,6∙30∙60=53280.

Следовательно, произведенный выше расчет вполне отвечает рекомендуемым значениям критерия, предложенного Кэмпом.

Глава V

Расчет отстойников

§ 19. Краткие сведения о теоретических основах осаждения взвеси

Скорость осаждения взвешенных в воде частиц зависит от их размеров, формы, плотности и степени шероховатости их поверхности.

Если отстаиванию подвергаются мелкие частицы, или частицы малой плотности, то действует линейный закон, иначе говоря, сопротивление частиц осаждению пропорционально скорости осаждения впервой степени. Отстаивание крупных частиц происходит по квадратичному закону, т. е. сопротивление, испытываемое частицами, становится пропорциональным второй степени скорости осаждения. Для частиц средних размеров сопротивление пропорционально скорости осаждения в степени, значения которой больше 1 и меньше 2.

В условиях движения потока воды вертикальная составляющая скорости потока замедляет выпадение частиц. Исследования М. А. Великанова, С. Ф. Савельева, А. П. Зегжды и других показали, что величина вертикальной составляющей скорости потока подчиняется закону Гаусса.

Следовательно, в любой точке потока и в любое время могут появляться скорости, непостоянные по величине и (направлению. Таким же изменениям подвергается и действительная скорость перемещения частиц в отстойнике. Это исключает практическую возможность однозначного решения задачи определения точки выпадения взвешенной частицы на дно отстойника.

Из сказанного выше следует, что в настоящее время теоретическое определение расчетной скорости осаждения коагулированной взвеси является неосуществимым. Поэтому для расчета отстойников скорость осаждения взвеси должна определяться при помощи экспериментальной кривой процентного выпадения взвеси. По оси абсцисс откладывают числовые значения продолжительности отстаивания в минутах, а по оси ординат — количество выпавшей взвеси в процентном отношении к первоначальному содержанию взвешенных веществ в воде данного источника.

Другим параметром, необходимым для расчета отстойников, является средняя величина вертикальной составляющей скорости потока. Исследования показали, что эта величина линейно зависит от средней скорости потока. Следовательно, средняя скорость движения воды в горизонтальном отстойнике должна назначаться в зависимости от расчетной скорости выпадения взвеси и_окоторая, в свою очередь, зависит от мутности воды в данном источнике.

В СНиП приведены ориентировочные значения скорости выпадения взвеси и_ов мм/сек, задерживаемой отстойником.

Для определения коэффициента а , учитывающего взвешивающее влияние вертикальной скорости потока, служит формула

(31)

где и_о — скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником, в мм/сек;

υ_ср — средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике в мм/сек, которая принимается равной:

(32)

Отсюда следует, что

(33)

т. е. величина а зависит только от коэффициента K.

Величины коэффициентов К и а определяются в зависимости от отношения длины горизонтального отстойника L к его глубине Н и могут приниматься по данным табл. 26.

Таблица 26

Значения коэффициентов К и а

L/H 10 15 20 25

K 7,5 10 12 13,5

а 1,33 1,5 1,67 1,82

Для определения скорости выпадения взвеси и_опользуются данными технологического анализа или практическими данными эксплуатации отстойников, действующих в аналогичных условиях. При этом нужно учитывать, что содержание взвешенных веществ в воде, прошедшей отстойник, не должно превышать 8—12 г/м³. При отсутствии названных вышеданных значения и_оследует принимать по данным табл. 27.

90

При применении встроенных камер хлопьеобразования со слоем взвешенного осадка расчетную скорость осаждения взвеси в горизонтальном отстойнике при обработке мутных вод нужно принимать на 30% более высокой и при обработке маломутных вод на 20% большей по сравнению с величинами, приведенными в табл. 27.

Таблица 27

Скорость выпадения взвеси и_ои средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике υ_ср

Характеристика обрабатываемой воды и способ обработки

Скорость выпадения взвеси u_о, задерживаемой отстойником, в мм/сек

Средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике υ_ср в мм/сек при значениях K, равных

7,5 10 12 13,5

Маломутные цветные воды с содержанием взвеси до 50 мг/л, обрабатываемые коагулянтом
0,35 2,6 3,5 4,2 4,7

0,4 3 4 4,8 5,4

0,45 3,4 4,5 5,4 6,1

Воды средней мутности с содержанием взвеси 50—250 мг/л, обрабатываемые коагулянтом
0,45 3,4 4,5 5,4 6,1

0,5 3,8 5 6 6,8

Мутные воды с содержанием взвешенных веществ более 250 мг/л, обрабатываемые коагулянтом
0,5 3,8 5 6 6,8

0,55 4,1 5,5 6,6 7,4

0,6 4,5 6 7,2 8,1

Мутные воды, не обрабатываемые коагулянтом
0,12 0,9 1,2 1,4 1,6

0,13 1 1,3 1,6 1,8

0,14 1,05 1,4 1.7 1,9

0,15 1,1 1,5 1,8 2

Примечание. При применении флокулянтов значения и_о надо увеличивать на 20—30%.

§ 20. Отстойники

А. Расчет горизонтальных отстойников

В горизонтальном отстойнике (рис. 24) различают две зоны: зону осаждения взвеси и зону накопления и уплотнения осадка. Средняя глубина зоны осаждения принимается в пределах 2,5—3,5 м в зависимости от высотной схемы водоочистной станции; глубина зоны (накопления и уплотнения осадка зависит от средней концентрации взвешенных веществ и от продолжительности работы отстойника между двумя очередными чистками (см. далее).

Горизонтальные отстойники имеют прямоугольную форму в

91

плане и могут быть как одноэтажными, так и двухэтажными, но с общими устройствами для входа и выхода воды. Повороты потока в отстойниках не допускаются ни по вертикали, и по горизонтали¹.

Рис. 24. Горизонтальный отстойник

1 — вихревая камера хлопьеобразования; 2 — коридор отстойника; 3 — дырчатая перегородка; 4— камера для всасывающих труб насосов

При периодическом удалении осадка отстойник выключают из работы с полным его опорожнением. Может быть организовано и непрерывное удаление осадка без выключения отстойника, если предусмотрены устройства для механизированного или гидравлического удаления осадка. Суммарная (общая) площадь горизонтальных отстойников в плане

                                                                       (34)

где Q_час — расчетный расход воды, приходящейся на все отстойники, в м³/ч;

и_о— скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником, в мм/сек;

а   — коэффициент, учитывающий взвешивающее влияние вертикальной составляющей скорости потока (см. табл. 26).

Ширина одного отстойника

                                                                     (35)

где H — средняя глубина зоны осаждения;

υ_cp— средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике, в мм/сек (см. табл. 27);

N   — расчетное количество отстойников.

При количестве отстойников менее шести для возможности их ремонта и чистки следует предусматривать один резервный, если период коагулирования продолжается более трех месяцев.

¹ По исследованиям строф. П. И. Пискунова, при скоростях движения воды в отстойнике более 6 мм/сек на повороте возникают большие вихреобразования.

92

При значительной ширине отстойников каждый из них должен быть разделен направляющими перегородками на продольные коридоры, ширина которых зависит от шага колонн (но не более 9 м).

Длина отстойника

L=F_o_6щ:BN,

где F_общ — суммарная площадь всех отстойников в плане в м².

При этом должно быть соблюдено условие L/H=10-25 (см. табл.26).

Для обеспечения равномерного распределения воды по живому сечению отстойника в начале и в конце его устанавливают поперечные дырчатые перегородки на расстоянии 1,5 м от торцовых стенок. Нижняя часть дырчатых перегородок, расположенная на расстоянии 0,3 м выше зоны накопления и уплотнения осадка, отверстий не имеет.

Пример. Рассчитать горизонтальный отстойник на осветление заданного расхода воды Q_cyт=40000 м³/сутки, или Q_ч_ac=1667 м³/ч, при начальном и конечном (на выходе из отстойника) содержании взвеси соответственно 340 и 9,5 мг/л.

Принимаем и=0,5 мм/сек (по табл. 27) и тогда, задаваясь отношением L/H=15, по табл. 26 находим:а=1,5 и υ_cp=5 мм/сек.

Площадь всех отстойников в плане по; формуле (34)



Глубину зоны осаждения в соответствии с высотной схемой станции принимаем H=2,6 м (рекомендуется H=2,5-3,5 м). Расчетное количество одновременно действующих отстойников N=4.

Тогда ширина отстойника по формуле (35)



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

Длина отстойника



При этом отношение L:H=38,6:2,6≈15, т. е. отвечает данным табл. 26.

В начале и конце отстойника устанавливают поперечные водораспределительные дырчатые перегородки.

Рабочая площадь такой распределительной перегородки в каждом коридоре отстойника шириной b_к=3 м



93

Расчетный расход воды для каждого из 12 коридоров

q_к=Q_час:12=1667:12=139 м³/ч, или 0,039 м³/сек.

Необходимая площадь отверстий в распределительных перегородках:

а) в начале отстойника ∑f'_о=q_к:υ'_о=0,039:0,3=0,13 м² (где υ'_о—скорость движения воды в отверстиях перегородки, равная 0,3 м/сек);

б) в конце отстойника ∑f''_о=q_к:υ''_о=0,039:0,5=0,078 м²

(где υ''_о— скорость воды в отверстиях концевой перегородки, равная 0,5 м/сек).

Принимаем в передней перегородке отверстия d₁=0,05 м площадью f'_о=0,00196 м² каждое, тогда количество отверстий в передней перегородке п'_о=0,13:0,00196≈66. В концевой перегородке отверстия приняты диаметром d₂=0,04 м и площадью f''_о=0,00126 м² каждое, тогда количество отверстий п_о=0,078:0,00126≈62.

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.

Периодическое удаление осадка из отстойника. Если источником водоснабжения является равнинная река, то высокая мутность воды наблюдается только в короткий период весеннего паводка. В таких случаях экономически нецелесообразно устраивать механические приспособления для удаления осадка. Поэтому при чистке отстойника очередное отделение выключают из действия, спускают воду и при помощи брандспойта смывают в сток ту часть осадка, которую не удалось удалить при опорожнении отстойника.

Объем зоны накопления и уплотнения осадка равен:

                                               (36)

где Q_ч_ac — расчетный расход воды в м³/ч;

С_ср—средняя концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в отстойник за период между чистками, в г/м³;

m — количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, в мг/л (допускается 8—12 мг/л);

δ   — средняя концентрация осадка в г/м³ после уплотнения в течение 24 ч;

Т   — продолжительность действия отстойника между чистками в сутках.

Величина С_ср определяется по формуле

                               С_ср=М + КД_к + 0,25Ц + И,                      (37)

здесь М — количество взвешенных веществ в исходной воде в г/м³;

94

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 в г/м³;

Ц — цветность воды в град;

И — количество нерастворимых веществ, вводимых с известью для подщелачивания воды, в мг/л;

                                                                 (38)

где Д_и — доза извести в мг/л;

0,4 — содержание СаО в извести ( в долях по весу).

Величина δ зависит от концентрации взвешенных веществ С_ср, поступающих в отстойник за период между чистками, и имеет следующие значения: при С_ср<100 мг/л 30 000 г/м³, при С_ср=100-400 мг/л 30000—50000 г/м³, при С_ср=400—1000 мг/л 50000—70000 г/м³, при С_ср=1000-2500 мг/л 70 000—90 000 г/м³.

После выхода из отстойника содержание взвеси в воде составляет т мг/л. Следовательно, процент задержания взвеси отстойником



Процент воды, расходуемой при периодическом сбросе осадка, равен:

                                                                 (39)

где Q_oc=Q_час;

K_р — коэффициент разбавления осадка, принимаемый равным при периодическом удалении осадка с опорожнением отстойника 1,3 и при непрерывном удалении осадка 1,5.

Пример. Определить расход воды в % при периодическом сбросе осадка с опорожнением отстойника.

Продолжительность действия отстойника между чистками T=10 суток, т. е. расчет производится на длительность паводкового периода.

В данном примере приняты следующие значения величин, входящих в формулы (35)—(37):Q_час=1667 м³/ч; m=9,5 мг/л; М=340 г/м³; Д_к=60 г/м³; Д_и=40 г/м³; K=0,55; Д=50°. Тогда по формулам (37) и (38)

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

Процент задержания взвеси отстойником



95

Необходимый объем зоны накопления и уплотнения осадка по формуле (36)



Средняя высота этой зоны при площади отстойника F_отс=F_обш:4=1390:4=347,5 м² (см. предыдущий пример): h_з._н=W_з.н:F_отс=800:347,5=2,3 м.

Средняя глубина отстойника:H=2,6+2,3=4,9 м.

Общая длина отстойника с учетом распределительных отделений L_отс=38,6+2∙1,5=41,6 м.

Объем одного отстойника W=L_отсBH=41,6∙9∙4,9=1835 м³.

Тогда по формуле (39)



Удаление осадка без прекращения действия отстойника. Если высокая мутность воды повторяется в разные периоды года (например, в горных реках), то целесообразно применить гидравлический способ удаления осадка без выключения отстойника из действия.

Исследования, проведенные И. М. Миркисом (ВНИИ ВОДГЕО), доказали возможность удаления осадка по дренажным дырчатым трубам, уложенным надне отстойника по его продольной оси. При этом необходимо, чтобы расстояние между осями каналов или дренажных труб не превышало 3 м, а расстояние их от стен отстойника было не более 1,5 м.

Скорость движения осадка в конце каналов или труб должна составлять не менее 0,7 м/сек, диаметр отверстий должен быть не менее 20 мм, шаг отверстий — не более 500 мм.

Площадь всех отверстий ∑f_о на одной трубе диаметром d для приема осадка равна:



где k_п— коэффициент перфорации, принимаемый равным 0,5—0,7. Количество осадка, которое нужно удалить из каждого отстойника за одну чистку (по весу), составит:

                                                  (40)

Расход воды, сбрасываемой с осадком по дырчатой трубе, уложенной в каждом из трех коридоров отстойника, будет:

                                               (41)

96

где п   — количество продольных коридоров в отстойнике;

р_т— среднее содержание твердого вещества в осадке в %;

t    — продолжительность сброса осадка, равная 8—10 мин.

Пример. Рассчитать устройства для удаления осадка из горизонтального отстойника без прекращения его действия.

Исходные данные взяты из предыдущего расчета. В качестве нового условия принимаем, что сброс осадка производится один раз в течение трех суток с продолжительностью 10 мин без выключения отстойника из действия.

Количество осадка, удаляемого из каждого отстойника за одну чистку, по формуле (40)



Расход воды, сбрасываемой по дырчатой трубе, уложенной в каждом из трех коридоров отстойника, по формуле (41) с учетом коэффициента разбавления K_р=1,5



Диаметр дырчатых труб принят d_т_p=300 мм, диаметр отверстий d_о=25 мм площадью f_о=0,00049 м².



где k_п — коэффициент перфорации трубы, равный 0,7; f_тр — площадь поперечного сечения трубы. Количество отверстий на трубе



Шаг оси отверстий, которые размещаются в два ряда в шахматном порядке,



Площадь всех отверстий ∑f_о для приема осадка должна быть:

Б. Расчет вертикальных отстойников

Область применения вертикальных отстойников в настоящее время весьма сузилась, так как при производительности водоочистной станции свыше 3000 м³/сутки более экономичными являются осветлители со взвешенным осадком. Использование вертикальных отстойников целесообразно для установок производительностью менее 125 м³/ч, а также при некруглосуточной работе очистных сооружений. Однако в тех случаях, когда расход и температура воды подвергаются частым колебаниям¹, вертикальные отстой

¹ В этих условиях осветлители со взвешенным осадком не устойчивы в действии.

97

ники допустимы к применению и для водоочистных станций большей производительности, но не свыше 30 000 м³/сутки.

В вертикальном отстойнике имеются: зона осаждения и осадочная часть (рис. 25). Кроме того, в большинстве случаев в центральной трубе вертикального отстойника размещается водоворотная камера хлопьеобразования высотой 3,5—4,5 м. Расчет такой камеры, совмещенной с вертикальным отстойником, приводился в § 18 (см. рис. 19).

Отношение диаметра вертикального отстойника к высоте зоны осаждения должно быть D/H≤1,5.

Рис. 25. Вертикальный отстойник

Площадь поперечного сечения зоны осаждения вертикального отстойника определяется по формуле

                                                                     (42)

где Q_час— расчетный расход воды в м³/ч;

υ_p — расчетная скорость восходящего потока воды в мм/сек;

N   — расчетное количество отстойников;

β   — коэффициент для учета объемного использования отстойника; при D/H=1 β=1,3, при D/H=1,5 β=1,5.

Скорость восходящего потока воды принимается сообразно с технологическим ее анализом или по практическим данным эксплуатации отстойников, действующих в аналогичных условиях. При этом надо исходить из требования, чтобы в отстоенной воде содержание взвеси было не более 8—12 мг/л.

Величина расчетной скорости восходящего потока воды принимается не более указанной в табл. 27 скорости выпадения взвеси. Если в центральной трубе вертикального отстойника размещена водоворотная камера хлопьеобразования площадью f_к._х м², то диаметр отстойника

                                                             (43)

Осадочную часть вертикального отстойника устраивают с наклонными стенками, угол наклона которых к горизонтали а=50—55°. Осадок сбрасывают без выключения отстойника.

Период действия между сбросами осадка (не менее 6 ч)

                                                           (44)

98

где W_oc — объем конической осадочной части в м³;

N   — количество отстойников;

δ   —концентрация уплотненного осадка в г/м³; принимается ориентировочно в зависимости от содержания взвешенных веществ в исходной воде (см. стр. 95);

Q_час— расчетный расход воды в м³/ч;

С_ср—концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей в отстойник, в мг/л.

Пример. Рассчитать вертикальный отстойник при заданном расходе воды 2750 м³/сутки, или 115 м³/ч и количестве отстойников N=2.

Расход воды на один отстойник Q_час=57,5 м³/ч, или q_сек=0,016 м3/сек.



а площадь камеры хлопьеобразования



Площадь зоны осаждения одного отстойника по формуле (42)

Общая площадь одного отстойника с учетом площади камеры хлопьеобразования F_отс=40+3,2=43,2 м².

Диаметр отстойника



а отношение D:Н=7,4:5≈1,5.

Принимаем трубопровод для сброса осадка d=200 мм. Тогда высота конической осадочной части отстойника при угле наклона стен к горизонтали 50° составит



Объем конической осадочной части



Следовательно, по формуле (44)



Для сбора осветленной воды устраивается один периферийный желоб, в данном случае — кольцевой, и четыре радиальных желоба. Расчетная скорость движения воды до желобе υ=0,6 м/сек.

99

Площадь кольцевого желоба f_к.ж=q_сек:υ_о=0,016:0,6=0,027 м². Принимаем желоб с поперечным сечением 0,14X0,2 м.

Суммарная площадь затопленных отверстий во внутренней стенке кольцевого желоба ∑f_о=q_сек:υ_о=0,016:1=0,016 м².

При d_o=20 мм и f_о=0,000314 м² количество отверстий п_о=0,016:0,000314 ≈ 61. Периметр стенки кольцевого желоба р=22,55 м; шаг отверстий е_о=р:п_о=22,55:51 ≈ 440 мм <500 мм.

Пример. Рассчитать вертикальный отстойник с выносной камерой хлопьеобразования.

При определении расчетной площади отстойника надо суммировать площади осадочной части и центральной трубы. Нисходящая скорость в центральной трубе отстойника по формуле, предложенной проф. В. Т. Турчиновичем на основе опытов проф. С. X. Азерьера, должна быть

                                                         (45)

где D_п— диаметр проектируемого отстойника в м.

Площадь поперечного сечения центральной трубы f_ц.т=0,016:0,067=0,24 м². Откуда диаметр центральной трубы d_ц.т=0,55 м.

Суммарная площадь одного отстойника с учетом площади центральной трубы F'_отс=40+0,24=40,24 м², а диаметр отстойника



Следовательно,

Высота центральной трубы h=0,8H=4 м (где H=5 м — высота зоны осаждения).

Отношение D':H=7,15:5=1,43 <1,5 (находится в допустимых пределах).

Время пребывания воды в отстойнике



Процент воды, расходуемой при сбросе осадка из отстойника с учетом коэффициента разбавления 1,2—1,5,



Диаметр трубопровода для выпуска осадка из осадочной части отстойника принимаем d_oc=200 мм.

100

В. Расчет радиальных отстойников

Применение радиальных отстойников с вращающимися скребковыми фермами целесообразно при осветлении воды с высоким содержанием взвеси (более 2000 мг/л). Кроме того, радиальные отстойники используются для осветления воды в оборотной систе.ме водоснабжения некоторых промышленных предприятий (например, на металлургических заводах), а также в качестве сгустителей в угле- и рудообогащении¹.

Вода для осветления поступает снизу вверх по трубе, расположенной в центре отстойника, и по радиальным направлениям движется от центра к лотку, опоясывающему отстойник по периметру. Наличие скребков, прикрепленных к медленно вращающейся ферме (рис. 26), позволяет непрерывно удалять осадок, который сгребается в центральный приямок. Из последнего осадок откачивается по напорному трубопроводу при помощи специальных шламовых насосов. Осветленная вода переливается в сборный кольцевой желоб.



Рис. 26. Радиальный отстойник

1 — труба для впуска воды; 2 — сборный желоб; 3 — скребки; 4 — ферма; 5 — приемник для осадка

Пример. Рассчитать радиальный отстойник.

В тех случаях, когда осветляемая вода используется для охлаждения действующих производственных агрегатов, можно принять требуемый процент задержания взвеси отстойником



(где М=2200 мг/л — мутность исходной воды; М_о = 100 мг/л — мутность воды после отстаивания).

Заданная расчетная производительность отстойника Q_час = =4800 м³/ч, или q_сек =1,33 м³/сек.

Площадь радиального отстойника в плане

                                                    (46)

¹ Ф. Ф. Сергеев. Методика расчета радиальных отстойников в системах водоснабжения. В сб. № 3: «Проектирование водоснабжения и канализации». Изд. Главстройпроекта, 1960.

101

где Q_час — расчетный расход воды в м³/ч;

и_о— скорость выпадения взвеси, задерживаемой отстойником, в мм/сек;

f    — площадь вихревой зоны радиального отстойника в м².

Величина и_оустанавливается на основе технологического анализа или же по эксплуатационным данным для аналогичных условий (обычно и_о =0,4—1,5 мм/сек).

Радиус вихревой зоны r_в = r_р.у +1 м [где r_р.у—радиус цилиндрического водораспределительного устройства, величина которого должна быть в пределах 2—4 м (большая величина относится к отстойникам производительностью более 5000 м³/ч)].

Принимаем r_р.у=3 м, тогда r_в=4 м и f=12,57 м². Следовательно, по формуле (46)



Внутренний радиус отстойника



откуда D=74,3 м.

Применительно к типовому оборудованию, выпускаемому отечественной промышленностью (табл. 28), диаметр радиального отстойника Р принимаем равным 75 м.

Таблица 28

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 834; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!

Характеристика обрабатываемой воды и способ обработки	Скорость выпадения взвеси u_о, задерживаемой отстойником, в мм/сек	Средняя горизонтальная скорость движения воды в отстойнике υ_ср в мм/сек при значениях K, равных
Характеристика обрабатываемой воды и способ обработки		7,5	10	12	13,5
Маломутные цветные воды с содержанием взвеси до 50 мг/л, обрабатываемые коагулянтом	0,35	2,6	3,5	4,2	4,7
	0,4	3	4	4,8	5,4
	0,45	3,4	4,5	5,4	6,1
Воды средней мутности с содержанием взвеси 50—250 мг/л, обрабатываемые коагулянтом	0,45	3,4	4,5	5,4	6,1
	0,5	3,8	5	6	6,8
Мутные воды с содержанием взвешенных веществ более 250 мг/л, обрабатываемые коагулянтом	0,5	3,8	5	6	6,8
	0,55	4,1	5,5	6,6	7,4
	0,6	4,5	6	7,2	8,1
Мутные воды, не обрабатываемые коагулянтом	0,12	0,9	1,2	1,4	1,6
	0,13	1	1,3	1,6	1,8
	0,14	1,05	1,4	1.7	1,9
	0,15	1,1	1,5	1,8	2
Примечание. При применении флокулянтов значения и_о надо увеличивать на 20—30%.